基于自动机的构件实时交互行为的形式化模型

采用形式化方法对复杂实时构件系统交互行为进行描述和验证,对于提高系统的正确性、可靠性等可信性质具有重要意义.分析了基于进程代数和自动机的构件交互行为形式化建模方法各自的优缺点,在此基础上提出了基于时间构件交互自动机的建模方法,给出了时间构件交互自动机的相关定义、组合和验证算法.时间构件交互自动机引入了时间限制、时间代价、时间代价计算半环、构件组合层次等概念,既能够描述构件交互情况,又能够清楚地表示出构件系统的体系结构信息和实时信息,便于对系统进行描述和验证.最后,结合具体应用给出了应用示例.     

仿真模型的语义可组合性研究

可组合性是选择和组装仿真组件并以不同的方式组合成为有效的仿真系统来满足用户需求的一种能力。在语法组合的基础上,语义可组合性保证了组合模型的有效性。语义可组合性的形式化理论能够以形式化的方式确定模型组合的基本特征,为实现正确有效的模型组合奠定基础。首先,提出了模型、仿真、可组合性和有效性的形式化定义,并对对定义的合理性进行了分析;然后,建立形式化定义与语义之间的联系,研究了基于MDA的元建模方法,并确定了仿真模型中的语义元数据。     

软件组件的共代数语意

基于组件的软件开发能够有效提高软件开发的质量与效率.但在一些安全关键的领域,由于形式化模型与方法的缺乏,使得基于组件的开发方法不能成功应用.为了得到一套完整的形式化模型用于描述软件组件及其组成的系统,首先必须对软件组件的形式化语意进行定义.文中提出了一种基于共代数概念的语意,使得满足接口和组件规约的组件对应于一个具体的共代数,并由此推导出了接口和组件的功能契约的形式语意以及接口依赖的共代数语意.通过对一个简单的堆栈进行规约,体现了这种方法的可应用性.     

安全关键的信息物理系统中时序行为的组合与精化

信息物理系统（cyber physical systems, CPS）通常被应用于安全关键的场景中，需要进行实时监控，并计算反馈信息，实现对外部环境的自动控制与管理.基于模型驱动的开发方法是针对实时的、异构的CPS进行开发的，而模型的可组合性是其中的核心关键点.针对时序行为的可组合问题，首先通过时序约束语言（clock constraint specification language, CCSL）建立系统的时序行为需求模型，在此基础上通过迁移系统描述CCSL的时序行为语义，并给出其组合操作方法及可组合性的形式化定义.进一步地，对时序行为进行精化操作，给出从时序行为需求模型到任务执行模型的转换方法.同时，基于L*方法对模型行为进行学习，实现组合验证以缓解状态爆炸问题，并验证精化后模型的可组合性.最后通过仿真实验及主从智能小车实例对精化与验证方法进行评估.相关数据显示，精化与组合验证方法在处理时间和内存使用上具有一定的性能优势.     

一种软件自适应UML建模及其形式化验证方法

软件自适应的建模和形式化验证是提高自适应软件开发效率、保证自适应软件可靠性的基础,现有研究中软件自适应可视化建模与形式化建模相隔离,一定程度上阻碍了自适应软件的开发.为此,提出MV4SAS的方法,将可视化的UML与严格化的时间自动机相结合,用于软件自适应的建模和形式化验证.首先,应用UML扩展机制引入新的构造型、标记值和约束条件,定义软件自适应建模设施,在此基础上构造软件自适应结构模型和行为模型;然后,根据定义好的转换算法将软件自适应行为模型转换为时间自动机网络,建立软件自适应形式化模型;最后,定义一组软件自适应形式化验证性质,并利用模型检测工具UPPAAL验证软件自适应模型的可靠性.案例研究表明,该方法可有效降低软件自适应建模和验证的复杂度,提高软件自适应的建模效率和模型可靠性.     

系统架构描述语言AADL的功能行为建模扩展

架构分析与设计语言(AADL)是一种用于描述复杂嵌入式系统体系架构的建模语言,被广泛用于安全关键系统建模与验证。AADL通过行为附件以状态机的形式对组件的内部行为建模。工业界中的复杂系统常使用层次自动机描述组件的功能行为,而行为附件中没有表达层次自动机的机制。针对这一问题,提出了AADL行为附件的层次化扩展——HBA。首先给出了HBA的形式语法,然后定义了HBA的操作语义。提出了HBA的元模型,并在OSATE环境中实现其文本和图形化编辑器。为了便于形式化验证,给出了HBA到时间自动机(TA)的转换规则,并基于模型检测工具UPPAAL进行形式化验证。最后,给出一个案例研究来验证所提方法的有效性。     

构件式实时系统建模与验证研究

在复杂的实时系统开发中使用构件式设计方法已成为目前软件开发领域中的研究热点,如何有效地验证实时软件的设计是否满足给定的时间需求并降低验证过程的复杂度,是实时计算领域中的主要挑战之一.文中对构件接口模型进行时间扩展,提出了时间接口模型,并将其用于构件接口交互行为的形式化建模.在接口自动机理论的的基础上进一步提出了时间接口自动机模型用于描述时间接口交互下构件的行为及组合方法,通过消除错误状态产生组合模型来约减构件时间接口自动机模型的积,并在约减的模型上进行性质检验,降低了分析复杂度,有效地应对状态空间爆炸问题.为了说明论文建议的方法,详细讨论了一个简单的、贯穿整篇论文的示例系统.     

基于时间概率代价进程代数的Web服务组合建模和分析

形式化建模Web服务组合并分析其功能正确性和QoS可满足性,是提高组合服务可信性的重要手段,但目前形式化方法侧重功能正确性建模和分析,对QoS可满足性的建模和分析支持不足.为此提出一种时间概率代价进程代数TPPPA(Timed Probabilistic Priced Process Algebra),给出了TPPPA的语法和语义,并证明其具有功能、时间、概率和代价的统一建模和分析能力.用实例表明了TPPPA可有效支持Web服务组合功能正确性和QoS可满足性的形式化统一建模和分析.     

一种面向SCR需求模型的形式化验证方法研究

在需求层级进行建模分析与验证是复杂安全关键软件开发过程中的核心关注点.本论文工作面向航空领域中典型安全关键软件的需求层级,提出了一种基于形式化模型检验技术的需求模型验证方法.首先分析了形式化需求模型(SCR)的建模工具(T-VEC)中所定义的递归结构形式的模型语法与语义,提出了一种对模型变量关系进行平展化的方法,将SC...     

一种形式化的组件化软件过程建模方法

为了解决当前软件过程重用方法中存在的问题,特别是由于缺乏对软件过程组件及其操作法则的精确定义所带来的重用中的低效率问题,介绍了一种形式化的组件化软件过程建模方法(componentized software process modeling,简称CSPM).CSPM提供了形式化定义可重用软件过程的机制,并且给出了将过程组件组合成过程模型的一系列操作法则.利用CSPM方法,能够以严格的方式对软件过程组件进行重用,并且有效地避免了传统非形式化建模方法中因歧义而有可能引起的潜在错误.CSPM还可以将对组装后的软件过程模型针对某些特定性质的验证问题转化成对其对应组件的一系列子验证问题,从而通过指数地减少需要搜索的状态空间规模,将原来在某些特定环境下不实用的验证问题简化成验证代价较小的一系列问题.     

基于SPN的信息系统生存性分析建模研究

研究基于随机Petri网(SPN)的信息系统生存性分析建模方法.首先,将信息系统抽象为请求组件、通信组件、处理组件和存储组件4个部分;其次,将信息系统工作流程形式化描述和生存性分析建模相结合,并分别描述了通用信息系统、系统组件失效修复、串联并接、冗余以及具有可生存属性组件的随机Petri网建模方法.从而对系统形式化描述的同时对系统生存性能做了定性和定量分析;最后,仿真实验证明基于SPN建模方法分析信息系统生存性的有效性和准确性,并为可生存的信息系统设计提供理论基础和指导.     

基于构件运算的可重构系统代数模型

可重构系统是指一个系统由构件组成,随着构件被替换以及组合拓扑关系的变化,系统表现出不同的功能.针对可重构系统在形式化和重构建模方面的不足,用代数学方法对可重构构件、构件组合、可重构系统的属性和行为特征进行抽象,把构件组合定义成构件的"运算"实现,结合进程代数中算子的概念,定义了多种构件组合运算,建立了可重构系统的代数模型.在代数模型基础上,提出了重构建模和重构范式,为可重构系统提供理论支持,最后介绍了应用案例.     

支持Web服务组合与验证的形式化模型

针对Web服务的组合与验证问题,在范畴理论描述框架的基础上,引入进程代数描述服务组件的外部行为,为Web服务系统的架构描述建立了一种形式化的语义模型。Web服务作为范畴理论中的对象节点,服务间的交互和组合关系作为态射,从而以范畴图表的形式来描述服务网络。在形式化定义服务接口、Web服务、服务组合等概念的基础上,进一步分析讨论了服务组合和交互过程中的语义特性,给出了Web服务可替代性和服务请求可满足性的形式化定义。实例研究表明,该框架增强了Web服务架构的语义描述能力。     

接口自动机--一种用于组件组合的形式系统

接口自动机是描述基于组件系统中组件及组件间交互行为的形式化工具。接口自动机在处理组件组合问题时所使用的“乐观方法”和博弈思想是区别于其它形式化工具的关键点。本文对接口自动机、时间接口自动机和资源接口及其中的博弈思想进行综述。在同其它形式化方法比较的基础上,指出了接口自动机的长处和局限。文中总结了接口自动机在理论上和实际中的意义并对其应用前景做了展望。     

组件化的数据库设计研究

组件方法是现代应用软件系统开发的一种新方法,它可以提高软件的重用性、可替换性和软件开发的快速性。以及应用软件系统的性能。通过面向业务的组件化表单集的设计方法,实现了组件化的数据库设计。为组件的高度自治提供了支撑。也进一步完善了组件方法。     

从行为树转换到UML状态机来验证系统需求

定义了从行为树到统一建模语言状态机的转换.行为树是一种图形化建模方法,它能够抓取和形式化自然语言描写的需求的系统的动态行为,但是在软件开发过程中,人们更广泛的使用UML状态机.把这两种方法结合到一起提供了一种从自然语言需求到系统可执行模型的道路,这反过来又促进了需求验证和到模型驱动软件开发方法的转变.在Eclipse模型框架下实现了从行为树到统一建模语言状态机的转换,并通过一个安全警报案例研究来表明此方法的可行性.     

基于等级PRES+的嵌入式系统的建模与实现

为了有效的描绘规模较大的系统,需要一个分层机制,使模型可以有条理地构建.它由简单的单元组件构成,使得设计师在每个描述级上都可以很容易理解.提出并定义了用于形式化描述嵌入式系统建模的petri网的分层概念,显示了一个规模较大系统中的小部件如何使用层次的概念进行转换.该方法使得复杂的嵌入式系统描述更加模块化,具有可重用性,提高了嵌入式系统建模和分析的效率.通过一个实例表明了该方法的可行性.     

基于同态映射的从UML导出可综合Verilog算法

UML建模因其可显著提高开发效率和代码质量已经成为软件开发领域的一大热点，而硬件设计的日益复杂性也要求我们在更高层次抽象上分析和验证系统行为，故更精细的系统级建模方法变得日趋重要。本文构建了UML元模型与可综合Verilog间的同态映射，定义了一个从UML模型子集导出可综合Verilog描述的算法，为UML模型对于建模硬件系统提供了形式化的语义，从而使运用UML进行硬件系统级建模和系统级上验证系统性能和功能正确性成为可能。     

基于XML的组件化工作流模型研究

提出一种新的组件化工作流建模方法,旨在以统一的数据交换格式XML语言进行任意工作流的过程建模.在对工作流过程进行形式化描述和实质抽象的基础上,给出了工作流模型组件详细的XML语言描述,模型的组件化赋予了工作流柔性特征,扩展了工作流应用领域,提高了工作流引擎设计效率,对于高效开发实用的工作流管理系统具有重要的应用价值.     

基于PTCPN的网构软件建模与分析

时间Petri网能够对网构软件的性能进行分析,但是无法对网构软件的可变代价进行分析.为了进一步满足对网构软件所具有的柔性建模以及可变代价分析的需求,提出一种代价时间有色Petri网模型(price time colored Petri net,简称PTCPN).该模型对时间Petri网进行了可变代价和颜色信息的扩展,并使用代价时间变迁系统定义了PTCPN的语义;定义了PTCPN的累积代价状态类,并证明了累积代价状态类的合理性和完备性;给出了基于PTCPN的多Agent网构软件建模及分析方法.最后,通过实例分析说明应用PCTPN对网构软件进行形式化建模及分析是可行的.