基于UPPAAL的实时系统模型验证

UPPAAL是一种使用时间自动机模型的实时系统验证工具，它可以避免时间自动机求积时状态空间的爆炸。介绍了时间自动机理论和工具UPPAAL，着重说明如何用UPPAAL进行模型检查，并给出了一个应用实例。     

实时时序逻辑语言XYZ/RE到时间自动机的映射

时间自动机是一种重要的实时系统建模工具。本文建立了实时时序逻辑语言XYZ/RE到时间自动机的一种映射机制,将XYZ/RE所描述的系统进程直接转换为时间自动机,这样不但可以准确捕获实时系统功能和控制行为,还可以利用基于时间自动机的验证工具UPPAAL对XYZ/RE描述的系统正确性进行检测。最后本文通过一个实例的描述与检测,验证了映射机制的有效性。     

基于着色时间Petri网的实时系统的形式验证

嵌入式实时系统多数应用在安全性要求较高的场合,因此需要保证系统的正确性.复杂性不断增加的实时系统迫切需要在系统开发早期引入形式化分析技术来验证系统的期望性质.时间Petri网是有严格数学基础的图形表达工具,适合对实时系统建模;时间自动机(Timed Automata,TA)有成熟的验证工具,被广泛用于实时系统的模型检验和验证.本文提出一种基于着色时间Petri网(Colored Time Petri Net,CTPN)的实时系统的验证方法,用CTPN对带有控制流和数据流的实时系统建模,通过转换规则将CTPN模型转换成语义等价的TA模型,利用模型检验工具UPPAAL验证系统的性质.最后,用实例证明此方法有效.     

基于观察者模式的实时系统验证方法

复杂实时系统的验证问题一直备受关注。验证过程中,验证特性可以用时序逻辑来描述,但时序逻辑对于非专业人员而言较为复杂,难度较大。观察者模式是一个额外的子系统,可以将复杂的验证特性转换为简单的可达性问题,同时也可以避免使用复杂的验证算法。将Etienne和Nouha Abid等人提出的抽象的观察者模式应用到实时系统实例——Train-Gate系统中,采用UPPAAL工具对Train-Gate系统中的某些场景建立观察者模型,并采用对比实验将验证结果与无观察者模式状态下的验证结果进行对比。对比结果表明,使用观察者模式和验证特性都可以得到正确的验证结果,但观察者更节省时间,对于非专业人员而言更简单且更容易接受。因此,使用观察者模式对如Train-Gate的实时系统进行验证是可行的。     

UPPAAL--一种适合自动验证实时系统的工具

UPPAAL是一个基于时间自动机的自动验证工具,已成功地用于实时控制器和通信协议等实时系统的验证.本文介绍了UPPAAL的语法,语义和语用,列举了它的几种扩展形式,并归纳了其应用及研究现状.     

混杂系统的扩展时间自动机模型及验证研究

混杂系统复杂度高且涉及领域广,没有通用的方法来解决分析、设计等问题。为解决一类工业控制混杂系统的建模和验证问题,对时间自动机进行了语义扩展,使其含有连续变量以及映射在其上的约束,使用扩展后的时间自动机对此类混杂系统进行建模,采用验证工具UPPAAL进行模型分析模拟,并使用简化的CTL对系统需求规范进行验证。具体实例研究表明,该方法对于分析设计一类混杂系统具有可行性和有效性。     

一种实时系统时间约束验证方法研究

目前,能够对汽车电子领域中复杂嵌入式系统安全关键软件功能模和时间约束分析的方法尚在研究中,而这些系统作为实时控制系统,应该确保其具有准确的、可分析的时间行为。时钟约束规范语言CCSL是实时系统的标准描述语言中描述时钟约束的规范语言。采用CCSL规范表达式描述实时系统时间约束;设计了CCSL基本元素到时间自动机基本元素的转换规则;使用时间自用机验证工具UPPAAL对转换得到的自动机模型进行验证分析,验证实时系统是否满足相应的时间约束。     

基于STeC-Stateflow转换系统的实时系统仿真与验证方法

物联网以及信息物理融合系统对形式化建模提出了新的挑战, 引入了实时系统规范语言STeC, 为刻画实时系统的时空一致性提供了规范语言。针对STeC语言建立STeC至Stateflow自动转换系统, 提出一种基于STeC至Stateflow转换的仿真及验证方法, 该方法使用STeC语言对实时系统进行形式化建模, 再建立实时监控的Simulink仿真模型, 并使用Checkmate对系统进行安全性验证。通过对京沪高铁运行的实例研究, 表明该方法对高铁运行系统实时仿真的有效性, 并能够验证高铁运行系统的安全性。     

不可靠环境下多轮FR协议分析

随着网络的大规模应用,越来越多的协议在并发的、不可靠的环境中执行。文章用有限自动机对FR协议建模,并用自动验证工具UPPAAL验证了多轮协议在可靠环境下的性质。重点验证了不可靠环境中多轮协议的执行情况,最后对协议进行了修改。     

基于扩展SysML活动图的嵌入式系统设计安全性验证方法研究

能源、交通等领域中复杂嵌入式系统设计的安全性分析与验证工作已经成为当前的重要研究热点之一;本文提出一种结合MARTE语义信息的扩展Sys ML活动图模型,用于描述安全关键应用中的嵌入式系统动态行为的设计,并对此扩展模型展开基于模型转换的系统设计安全性特征的形式化分析与验证方法的研究;包括:构建了Sys ML活动图与MARTE中非功能性质建模语义相结合的元模型,以及验证工具UPPAAL的时间自动机元模型,并且给出了二者之间的语义映射规则;建立了从时间自动机模型描述到UPPAAL工具输入格式之间的语法转换方法;设计了一个基于AMMA平台的面向扩展Sys ML活动图的模型转换与验证框架;最后,给出了一个高铁控制系统设计模型的安全性验证的实例分析.     

基于时间自动机模型的无线传感器网络数据收集协议测试用例生成

从协议测试的角度出发研究了基于时间自动机模型的无线传感器网络数据收集协议测试用例生成方法,提出利用UPPAAL工具对数据收集协议建立时间自动机模型,进而利用UPPAAL CoVer工具生成满足特定覆盖标准的测试路径集合的方法。为了便于生成实际测试用例,开发了辅助自动测试用例生成工具ATCGT。通过一个工业界的无线抄表数据收集协议的建模与测试用例生成实例,阐明了该方法的有效性。     

基于IF的实时系统验证

IF是一个对异步实时系统建模和验证的开放环境,建立在具有丰富表达能力,基于时间自动机的中间语言IF符号集之上。文章描述了IF的组成,包括其体系结构,所使用的符号集;然后给出了IF对实时系统验证的方法,并运用此验证方法对一个实时系统实例进行了验证。     

基于MDA的实时软件资源建模与模型转换的方法

模型驱动体系结构(MDA)是一种以模型为中心的软件开发框架,其本质是元建模与模型转换。提出了一种基于MDA的实时软件资源建模与模型转换的方法。首先通过元建模抽象出包含资源信息的MARTS元模型以及价格时间自动机的元模型;然后利用模型转换语言ATL对MARTS元模型和价格时间自动机元模型构造转换规则,通过将对应的实例模型进行相互转换,实现在MDA下MAR"I'E模型到价格时间自动机模型的转换;最后通过形式化工具UPPAAL对模型转换结果进行形式化验证。实例分析表明了该方法的可行性与有效性,它能够提高实时软件资源建模的可信性。     

小规模协作研发资源管理系统的设计与实现

针对小规模协作研发中存在成员之间交互不及时、文献资料管理不系统、项目信息及项目进度更新不及时等问题,设计和实现基于小规模协作研发的资源管理系统,主要包括交互平台、文献管理、系统信息管理等3个分系统。本系统选择实体关系模型对数据库进行建模,采用B/S结构,并使用C#的Windows编程完成界面和代码设计。本文设计和实现的资源管理系统软件占用资源少,能为团队研发提供高效的管理服务,提高团队协作研发进度,是研发团队管理高效的工具。     

航空全双工交换以太网冗余管理机制研究

围绕AFDX系统中的冗余管理问题,针对冗余帧发送时间间隔SkewMax,进行了较为深入地分析与研究,利用Network Calculus对AFDX网络进行建模,并定量分析其数据包的延迟抖动,提出了较为有效的冗余管理算法SKRM。然后,运用时序自动机模型的验证工具UPPAAL,对所提出的SKRM冗余管理算法进行仿真验证。结果证明,SKRM冗余管理算法是有效的,可以保证航电网络数据传输可靠性要求。     

基于时间自动机的道岔自动控制研究

实时系统由于受时间约束,设计和验证具有很高的挑战性。用多个时间自动机来规范模拟道岔自动控制系统,给出了一种自动化的道岔控制模型(TTCQ),并采用UPPAAL作为模型验证工具,证明了该模型具有安全性、有效性和可控性。所采用的方法避免了积的等价类状态空间的爆炸,减少了验证的搜索空间,为铁路交通提供了一种可行的、安全的、智能的控制机制。     

物联网系统时间自动机建模的研究与应用

探讨基于时间自动机理论进行物联网系统建模和模型检测的理论、方法、工具和实践.对时间自动机的基础理论进行比较全面和精确的论述,完善部分概念及其精确的形式化定义.提出基于时间自动机理论进行建模的方法,并指出时间自动机理论研究对物联网系统建模的指导意义.介绍时间自动机的建模工具UPPAAL,说明基于UPPAAL建立时间自动机模型的建模、仿真和检测方法.结合物联网系统中一个经典的温度感知服务的系统需求、理论与实践相结合,进行温度感知管理系统时间自动机建模,并进行模型仿真与模型检测.实验结果表明,该系统能够正确感知温度,具有容错性且不会陷入死锁.     

基于AOP的实时系统关注点分离方法

提出一种基于AOP的实时系统关注点分离方法。该方法分析并识别实时系统中的关注点,将非功能性关注从系统核心功能关注中分离出来,提出基于方面连接件的组装模型,该模型将AOP引入到软件连接件中,从而实现了功能关注与非功能关注绑定或组合过程的透明性,同时使用State模式解决了实时系统软件开发中的状态管理问题。通过一个实时系统实例分析与实现,介绍了该方法在应用中的前景。     

基于时间自动机的道岔自动控制研究

实时系统由于受时间约束,设计和验证具有很高的挑战性.用多个时间自动机来规范模拟道岔自动控制系统,给出了一种自动化的道岔控制模型(TTCQ),并采用UPPAAL作为模型验证工具,证明了该模型具有安全性、有效性和可控性.所采用的方法避免了积的等价类状态空间的爆炸,减少了验证的搜索空间,为铁路交通提供了一种可行的、安全的、智能的控制机制.     

基于时间自动机的实时系统建模及验证

实时系统必须在一个事先定义好的时间限制内对来自外部或内部的事件进行响应,如何有效验证实时模型的正确性和安全性是一个难点.文章通过多个时间自动机来模拟实时系统中的各个对象,并用UPPAAL对模型进行验证,减少了模型验证的状态搜索空间,为实时嵌入式系统开发和验证提供了一种可行、安全的控制机制.实验结果显示了系统的有效性.