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复杂系统的形式化建模及量化分析方法综述
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作者 王慧强 林烊 吕宏武 《计算机科学》 北大核心 2025年第9期346-359,共14页
形式化模型是系统验证和性能分析的重要基础手段,在系统设计阶段即可评估复杂系统可行性和性能边界,被广泛用于各类复杂系统的抽象仿真与理论分析。由于系统交互模式逐渐向多元化、动态化转变,这加剧了系统的复杂性和不确定性。对此,以... 形式化模型是系统验证和性能分析的重要基础手段,在系统设计阶段即可评估复杂系统可行性和性能边界,被广泛用于各类复杂系统的抽象仿真与理论分析。由于系统交互模式逐渐向多元化、动态化转变,这加剧了系统的复杂性和不确定性。对此,以形式化建模的核心评价要素为出发点,系统分析了几种典型的形式化建模方法的优势和不足,为复杂系统形式化建模提供了技术参考。首先,提出形式化建模及模型求解方法的评价要素框架。其次,对常见形式化建模方法进行分类,阐述了不同形式化方法的实现原理、优势、局限及适用的应用场景。再次,围绕模型求解过程中状态空间爆炸问题,对比了目前典型的求解方法,并结合评价框架,探讨了不同方法在不同应用场景下的适用性;在此基础上,剖析了基于进程代数的2种典型应用案例。最后,总结了形式化建模和量化分析领域的研究热点,并展望了未来的发展方向。 展开更多
关键词 性能评估 形式化建模 复杂系统 型求解 状态空间爆炸
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FADEC软件需求形式化建模与测试用例生成的实例研究
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作者 董泽华 胡军 +3 位作者 沈翔宇 熊波 董亚炯 戴嘉磊 《南京航空航天大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第5期999-1012,共14页
研发具有安全关键特征的全权限数字化发动机控制(Full authority digital engine control,FADEC)软件是当前大飞机航空发动机控制系统研制的重要任务。本文工作面向大飞机FADEC软件研发中的需求分析与测试挑战,基于变量关系模型(Variabl... 研发具有安全关键特征的全权限数字化发动机控制(Full authority digital engine control,FADEC)软件是当前大飞机航空发动机控制系统研制的重要任务。本文工作面向大飞机FADEC软件研发中的需求分析与测试挑战,基于变量关系模型(Variable relation model,VRM)提出了对条目化自然语言描述的FADEC软件需求形式化建模、分析和基于模型测试用例生成的技术方法,并对FADEC中启动燃油控制软件(Start fuel control,SFC)功能实例进行了研究。研究包括对FADEC自然语言需求文档开展结构化预处理,生成领域概念库;通过需求规范化生成形式化建模框架;基于变量关系模型开展多范式的分析;基于需求模型自动生成测试用例;对FADEC需求建模分析中的领域特征问题进行总结分析等。本文对FADEC软件需求提供了建模与测试的工程经验。 展开更多
关键词 计算机软件与理论 机载软件形式化建模 变量关系 自然语言需求 测试用例自动生成
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指挥与控制系统复杂网络形式化建模与分析 被引量:10
3
作者 田旭光 朱元昌 邸彦强 《电光与控制》 北大核心 2012年第7期23-27,共5页
根据信息化条件下指挥与控制系统(以下简称C2系统)的复杂性特征以及网络化趋势,以复杂网络的研究思路,基于图论和集合论,对C2系统中的实体以及其逻辑关系进行了形式化抽象和描述;建立了C2系统的复杂网络模型,并辅以实例对C2系统结构的... 根据信息化条件下指挥与控制系统(以下简称C2系统)的复杂性特征以及网络化趋势,以复杂网络的研究思路,基于图论和集合论,对C2系统中的实体以及其逻辑关系进行了形式化抽象和描述;建立了C2系统的复杂网络模型,并辅以实例对C2系统结构的复杂网络统计特征进行了简要分析。在一定程度上解决了目前在以复杂网络理论研究C2系统结构过程中的定量描述问题,为以后的研究提供了一定的理论启示和参考价值。 展开更多
关键词 C2系统 图论 集合论 复杂网络 形式化建模
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网络化控制系统的协同设计与形式化建模 被引量:5
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作者 彭可 罗安 +1 位作者 张伟 涂春鸣 《计算机集成制造系统》 EI CSCD 北大核心 2011年第2期433-441,共9页
为满足网络化控制系统的综合性能要求,实现其设计过程的形式化和规范化,针对其设计过程进行了形式化建模。给出了网络化控制系统中网络、控制、结构实体三个子模型的定义,分析了三者的构成要素以及相互之间的映射关系;进而提出了基于网... 为满足网络化控制系统的综合性能要求,实现其设计过程的形式化和规范化,针对其设计过程进行了形式化建模。给出了网络化控制系统中网络、控制、结构实体三个子模型的定义,分析了三者的构成要素以及相互之间的映射关系;进而提出了基于网络服务质量和控制性能质量的协同设计框架,并利用统一建模语言进行网络化控制系统的结构实体子模型设计,分析了网络化控制系统建模中类的概念和构造,针对类的属性和方法进行了扩展,归纳了建模过程的一般性步骤。最后以一台网络化三轴数控钻床的设计过程为例,实现并验证了所提出协同设计框架与形式化建模过程的可行性。 展开更多
关键词 网络化控制系统 协同设计 形式化建模 统一语言 网络服务质量 控制性能质量
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面向服务软件中异常处理的形式化建模方法 被引量:4
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作者 蒋曹清 应时 +2 位作者 文静 贾向阳 王一兵 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第4期118-124,共7页
针对面向服务软件中异常处理难以建模的问题,基于层次着色Petri网提出了一种面向服务软件中异常处理的形式化建模方法。该方法从异常的抛出、捕获、处理、返回或传播等方面入手进行了异常处理成分建模,给出了各成分的层次化的形式语义模... 针对面向服务软件中异常处理难以建模的问题,基于层次着色Petri网提出了一种面向服务软件中异常处理的形式化建模方法。该方法从异常的抛出、捕获、处理、返回或传播等方面入手进行了异常处理成分建模,给出了各成分的层次化的形式语义模型,来清晰地表达异常处理的过程。结合实例从有效性和可靠性角度对建模方法进行了验证,结果表明,所提方法能够充分利用着色Petri网的层次和数据类型的建模能力,为面向服务软件的数据流和控制流、大规模面向服务软件的层次化模型建模,为异常处理性质的分析与验证提供支持。 展开更多
关键词 面向服务软件 异常处理 形式化建模 方法
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高速铁路列控中心软件安全性需求形式化建模 被引量:4
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作者 喻钢 刘晓文 +2 位作者 熊静 徐中伟 杜军威 《铁道学报》 EI CSCD 北大核心 2013年第7期74-79,共6页
列控中心的安全性直接影响高速铁路的运行安全,为实现对其安全性需求更本质的形式化定义,提出1种基于安全行为模型的建模方法。根据其安全性需求的特征,安全行为模型定义安全因子以此描述系统状态、系统行为与系统风险之间的度量关系,... 列控中心的安全性直接影响高速铁路的运行安全,为实现对其安全性需求更本质的形式化定义,提出1种基于安全行为模型的建模方法。根据其安全性需求的特征,安全行为模型定义安全因子以此描述系统状态、系统行为与系统风险之间的度量关系,采用安全约束规则对软件的安全约束行为、安全响应行为及安全失效行为进行描述。通过在我国高速铁路列控中心安全性测试与验证中的应用,说明了该方法的有效性。 展开更多
关键词 高速铁路 列控中心 安全性 形式化建模 安全性需求
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铁路信号联锁逻辑形式化建模研究 被引量:25
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作者 陈邦兴 吴芳美 《铁道学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2002年第6期50-54,共5页
铁路车站信号联锁逻辑的形式化描述无论对计算机联锁软件的开发 ,还是对联锁软件的测试都是非常重要的。铁路大站的联锁逻辑十分复杂 ,对其进行形式化描述是一项艰难的工作。目前 ,国内外尚无这方面详细研究的文章和报道。本文利用层次... 铁路车站信号联锁逻辑的形式化描述无论对计算机联锁软件的开发 ,还是对联锁软件的测试都是非常重要的。铁路大站的联锁逻辑十分复杂 ,对其进行形式化描述是一项艰难的工作。目前 ,国内外尚无这方面详细研究的文章和报道。本文利用层次结构的概念 ,采用层次化有色 Petri网 ,以建立铁路车站信号计算机联锁软件第三方测试的现场仿真环境为目的 ,以车站联锁设备的层次化有色 Petri网模型为背景 。 展开更多
关键词 铁路信号联锁逻辑 形式化建模 有色PETRI网 层次化有色Petri网 联锁设备
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铁路信号安全关键软件形式化建模 被引量:6
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作者 李耀 郭进 +1 位作者 杨扬 马亮 《铁道学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第9期74-80,共7页
针对现行建模方法不能满足铁路信号系统安全关键软件的时钟约束需求和模型复杂度较高的问题,分析SyncCharts建模方法,针对其缺少形式化规范和时钟约束的问题,扩展出具有时钟属性的Timed SyncCharts建模方法。首先,采用Z语言系统地给出了... 针对现行建模方法不能满足铁路信号系统安全关键软件的时钟约束需求和模型复杂度较高的问题,分析SyncCharts建模方法,针对其缺少形式化规范和时钟约束的问题,扩展出具有时钟属性的Timed SyncCharts建模方法。首先,采用Z语言系统地给出了Timed SyncCharts的形式化定义;其次,结合Timed SyncCharts的组件元素,确定Timed SyncCharts的宏步转移机制;然后,提出将Timed SyncCharts转化为Kripke结构的规则,保证了模型分析的可行性;最后,建立计算机联锁软件道岔定位需求的Timed SyncCharts模型,证明该方法的可行性和有效性。 展开更多
关键词 安全关键软件 形式化建模 时钟约束 TIMED SyncCharts Kripke 计算机联锁
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基于π演算的软件人群体形式化建模 被引量:4
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作者 马忠贵 叶斌 +1 位作者 曾广平 涂序彦 《北京理工大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第2期130-134,共5页
在参考多智体系统的基础上,根据大系统控制论的分解协调思想,提出一种软件人群体体系结构,并对其关键技术如本体库、知识库、任务库、通信协议、角色模型、交互模型等进行了描述.描述了对该系统从分析到设计的整个构建过程,并采用π演... 在参考多智体系统的基础上,根据大系统控制论的分解协调思想,提出一种软件人群体体系结构,并对其关键技术如本体库、知识库、任务库、通信协议、角色模型、交互模型等进行了描述.描述了对该系统从分析到设计的整个构建过程,并采用π演算形式化方法对整个系统的信息流和控制流,以及任务之间的4种协作方式进行了建模.对于不同的应用领域,通过定义相应领域的本体库和所需的角色以及任务分解,即可快速构建相应的应用系统,为分布式系统提供了一种解决方案. 展开更多
关键词 软件人 多智体系统 Π演算 形式化建模 分布式人工智能
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一个机载软件需求形式化建模与分析实例研究 被引量:5
10
作者 胡军 吕佳润 +3 位作者 王立松 康介祥 王辉 高忠杰 《软件学报》 EI CSCD 北大核心 2022年第5期1652-1673,共22页
现代民机机载软件系统的功能与复杂度在快速增长的同时还必须满足更严格的安全标准,使得在机载软件需求层级必须进行诸如一致性、完整性等分析与验证成为重要的挑战.工作基于一个自主设计实现的面向机载软件自然语言需求形式化建模与分... 现代民机机载软件系统的功能与复杂度在快速增长的同时还必须满足更严格的安全标准,使得在机载软件需求层级必须进行诸如一致性、完整性等分析与验证成为重要的挑战.工作基于一个自主设计实现的面向机载软件自然语言需求形式化建模与分析工具平台(ART)展开对座舱显控软件子系统(EICAS)需求的建模与分析,包括:ART工具平台所采用的变量关系(VRM)理论模型、平台架构和平台工具链,基于多范式的需求一致性、完整性形式化分析方法,EICAS系统的条目化初始自然语言需求的形式化建模和需求模型的自动化分析过程,如:需求条目的预处理、规范化处理、需求模型自动生成以及多范式分析等;给出了工程需求实例研究的经验总结和思考. 展开更多
关键词 机载软件形式化建模 变量关系 自然语言需求 形式化方法
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作战计划拟制中行动方案的形式化建模 被引量:11
11
作者 杨俊强 杜佳 《系统仿真学报》 CAS CSCD 北大核心 2009年第23期7386-7389,共4页
作战计划拟制是一个复杂、多标准的决策过程,带有高度的不确定性,如何辅助作战计划拟制的进行是军方面对的一个重要的问题。将作战计划拟制过程视为一个系统,对其中的关键性要素之间的关系进行分析,并讨论在状态空间中行动方案的开发与... 作战计划拟制是一个复杂、多标准的决策过程,带有高度的不确定性,如何辅助作战计划拟制的进行是军方面对的一个重要的问题。将作战计划拟制过程视为一个系统,对其中的关键性要素之间的关系进行分析,并讨论在状态空间中行动方案的开发与分析,最后提出一种形式化建模的方法,采用有限自动机和形式化语言来解决行动方案的逻辑特征以及定量特征问题。 展开更多
关键词 军事行动 作战计划拟制 行动方案 形式化建模
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面向航天嵌入式软件的形式化建模方法 被引量:7
12
作者 顾斌 董云卫 王政 《软件学报》 EI CSCD 北大核心 2015年第2期321-331,共11页
航天嵌入式软件是航天型号任务成败的关键之一.航天嵌入式软件是一种周期性、多模式的软件.软件的每个模式表示系统处于一定的状态,并进行相应的复杂计算.因此,提出了一种名为SPARDL的形式化建模方法.为了满足型号应用的需求,对这一方... 航天嵌入式软件是航天型号任务成败的关键之一.航天嵌入式软件是一种周期性、多模式的软件.软件的每个模式表示系统处于一定的状态,并进行相应的复杂计算.因此,提出了一种名为SPARDL的形式化建模方法.为了满足型号应用的需求,对这一方法进行了若干改进.为了表达航天器的时序性质,提出了一种基于区间逻辑的性质规范语言.为了支持工业应用,还设计了代码生成方法.这一建模方法已在航天工业领域得到了应用. 展开更多
关键词 航天嵌入式软件 形式化建模方法
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车辆安全跟驰模式预测的形式化建模方法 被引量:2
13
作者 刘秉政 高松 +2 位作者 曹凯 王鹏伟 徐艺 《自动化学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第10期2364-2375,共12页
由于传统车辆跟驰建模预测方法无法遍历车辆所有可能的系统输入与运行状态的不确定性,因而不足以从理论上保证对周边车辆安全跟驰行为预测的完整性与可信性.为此提出车辆安全跟驰模式预测的形式化建模方法.该方法利用随机可达集的遍历... 由于传统车辆跟驰建模预测方法无法遍历车辆所有可能的系统输入与运行状态的不确定性,因而不足以从理论上保证对周边车辆安全跟驰行为预测的完整性与可信性.为此提出车辆安全跟驰模式预测的形式化建模方法.该方法利用随机可达集的遍历表现特征实现对周边车辆行为预测的不确定性表述,并通过马尔科夫链逼近可达集的方式表达系统行为状态变化的随机性,从而完成对周边车辆跟驰行为状态变化的精确概率预估.为了表达跟驰情形中车辆之间的行为关联影响以及提高在线计算效率,离线构建了关联车辆在状态及控制输入之间的安全关联矩阵,描述周边车辆的安全跟驰控制输入选择规律,并综合相关车辆的当前状态信息,达到对周边车辆安全跟驰行为的在线分析与预估.数值验证不仅表明提出的建模方法完备地表述了周边车辆所有的安全跟驰行为及过程,显著提高了预测的精确度,也论证了该方法对车辆跟驰控制策略建模分析与安全验证的有效性. 展开更多
关键词 车辆跟驰 形式化建模 随机可达集 关联关系
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面向语用的仿真组件形式化建模及组合技术研究 被引量:3
14
作者 胡鹏 沈建京 吴善明 《计算机应用研究》 CSCD 北大核心 2015年第9期2697-2701,共5页
语法和语义层次的组合并不足以保证仿真组件组合的完整性、有效性和实用性,在语用组合问题分析的基础上,提出了基于扩展有限状态自动机的仿真组件模型形式化描述,包含了仿真组件行为语义和仿真运行语境约束信息,并在此基础上设计了基于... 语法和语义层次的组合并不足以保证仿真组件组合的完整性、有效性和实用性,在语用组合问题分析的基础上,提出了基于扩展有限状态自动机的仿真组件模型形式化描述,包含了仿真组件行为语义和仿真运行语境约束信息,并在此基础上设计了基于XML的仿真组件模型描述规范。最后,通过应用实例具体描述了面向语用组合的仿真组件模型组合过程。组合中考虑了模型发现、组合判定、仿真运行与仿真语境之间的关系,并且实现了面向语用的仿真系统自动化动态构建。 展开更多
关键词 语用 组合 仿真组件 形式化建模 扩展有限状态自动机
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面向开发过程的产品结构形式化建模 被引量:3
15
作者 孙飞 唐晓青 段桂江 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第10期1222-1227,共6页
为满足开发过程产品结构数据的动态结构配置、动态任务协作、动态目标求解、动态状态跟踪等应用需要,在对开发过程产品结构属性及其相互关系进行分析的基础上,提出了一种面向开发过程应用的产品结构形式化模型.结合产品开发活动的时域... 为满足开发过程产品结构数据的动态结构配置、动态任务协作、动态目标求解、动态状态跟踪等应用需要,在对开发过程产品结构属性及其相互关系进行分析的基础上,提出了一种面向开发过程应用的产品结构形式化模型.结合产品开发活动的时域行为特征,给出了产品结构的时域定义,并以此为基础构建了产品结构模型的时域扩展定义.通过分析产品状态与开发任务时域行为的映射关系,在产品结构时域扩展定义的基础上,提出了基于时间截面的开发过程产品结构状态追踪方案及算法,并通过模拟产品对象在开发过程中的状态变迁过程,验证了模型及相关应用方案的实用性和有效性. 展开更多
关键词 产品开发过程 产品结构 形式化建模 时间截面
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CTCS-3列控系统RBC切换的形式化建模、分析与验证 被引量:4
16
作者 潘登 郑应平 《计算机应用研究》 CSCD 北大核心 2013年第2期443-446,453,共5页
针对影响RBC切换质量的列车速度、RBC切换时间等诸因素,以及澄清对RBC交接协议安全性在认识上的一些误区,利用随机Petri网形式化描述工具,建立了CTCS-3列控系统RBC切换模型。通过理论分析和仿真实验,验证了不同速度条件下高速列车越区运... 针对影响RBC切换质量的列车速度、RBC切换时间等诸因素,以及澄清对RBC交接协议安全性在认识上的一些误区,利用随机Petri网形式化描述工具,建立了CTCS-3列控系统RBC切换模型。通过理论分析和仿真实验,验证了不同速度条件下高速列车越区运行RBC交接协议A、B的可靠性、安全性和合理性。交接协议B作为协议A的冗余措施,由于考虑了RBC切换过程中通信中断时间,从RBC切换成功概率上讲,并不存在安全上的问题,但降低了RBC切换效率,对行车效率有所影响;列车速度进一步提高时,RBC切换的可靠性下降,可考虑适当增加RBC重叠覆盖区域、场强和列车间隔时间裕量。 展开更多
关键词 CTCS-3列控系统 RBC切换 通信协议 形式化建模 PETRI网 分析与验证
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面向SDN的脆弱性扩散形式化建模与扩散因素分析 被引量:2
17
作者 王健 赵国生 +1 位作者 赵中楠 李可 《计算机研究与发展》 EI CSCD 北大核心 2018年第10期2256-2268,共13页
SDN将传统网络控制面与转发面解耦,在实施集中化管控的同时引入诸多新的安全和管理问题.脆弱点类型在SDN各层及南北向接口存在差异性,且传播趋势不同.针对脆弱性在SDN层内及层间的扩散效果及抑制策略问题,提出了一种基于Bio-PEPA的SDN... SDN将传统网络控制面与转发面解耦,在实施集中化管控的同时引入诸多新的安全和管理问题.脆弱点类型在SDN各层及南北向接口存在差异性,且传播趋势不同.针对脆弱性在SDN层内及层间的扩散效果及抑制策略问题,提出了一种基于Bio-PEPA的SDN脆弱性扩散形式化模型.1)对Bio-PEPA基础语义进行讨论,阐明其适用于具有明显分层架构的SDN及具有动态性的脆弱性扩散过程;2)探讨SDN中各层存在的脆弱性问题,并对SDN中存在的脆弱性以层为单位进行建模,通过对SDN层内及层间脆弱性扩散过程构建形式化模型,进而分析SDN内脆弱性在水平(层内)及垂直(层间)2个维度内的扩散机理,从而更好地抑制脆弱性在SDN内的扩散;3)通过仿真实验得出可以通过降低连接转化率、提升检测转化率及修复转化率来有效抑制SDN的脆弱性扩散. 展开更多
关键词 软件定义网络 Bio-PEPA 形式化建模 脆弱性扩散 抑制策略
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基于Pi-演算的信任网络形式化建模 被引量:2
18
作者 袁禄来 曾国荪 王伟 《系统仿真学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第1期57-61,116,共6页
网格环境下实体信任网络的形式化建模是实现其仿真的关键环节,利用pi-演算刻画网格中信任网络的结构和交互。抽象定义信任网络,讨论信任网络节点与Pi-演算的对应关系,给出基于Pi-演算的信任网络建模规则和建模过程,借助pi-演算模型检测... 网格环境下实体信任网络的形式化建模是实现其仿真的关键环节,利用pi-演算刻画网格中信任网络的结构和交互。抽象定义信任网络,讨论信任网络节点与Pi-演算的对应关系,给出基于Pi-演算的信任网络建模规则和建模过程,借助pi-演算模型检测工具对提出的信任网络形式化系统进行行为分析与推演,结果表明其具有活性和安全性,且能有效满足用户在信任方面的服务质量需求。 展开更多
关键词 网格安全 信任网络 形式化建模 PI-演算 进程代数
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基于Event-B的形式化建模关键技术研究 被引量:4
19
作者 吴劲 陈志慧 《电子科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第3期405-408,共4页
软件系统的规模和复杂程度不断提高而传统的需求分析方法难以确保软件的正确性和一致性,为软件系统的质量埋下了隐患。软件工程的实践表明,在开发过程中,错误发现得越早,修复得越早,付出的代价越小。为了确保软件的质量,可在软件开发的... 软件系统的规模和复杂程度不断提高而传统的需求分析方法难以确保软件的正确性和一致性,为软件系统的质量埋下了隐患。软件工程的实践表明,在开发过程中,错误发现得越早,修复得越早,付出的代价越小。为了确保软件的质量,可在软件开发的早期需求分析阶段,采用Event-B形式化方法描述软件的需求,并验证模型的正确性。以文件系统建模为例,该文讨论了如何利用Event-B方法,采用逐步精化的方式建立并验证模型,确保软件的正确性。 展开更多
关键词 Event-B形式化方法 形式化建模 精化 需求分析
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CTCS-3级列控系统车地交互流程形式化建模与验证 被引量:2
20
作者 刘中田 吕继东 孙伟亮 《北京交通大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2011年第2期76-81,共6页
正在建设的时速300 km/h以上的高速铁路已采用CTCS-3级列车运行控制系统.车地信息交互流程是影响CTCS-3级列控系统的效率、可靠性和安全性的主要因素之一.基于时间自动机理论对车地交互流程进行建模与验证具有重要意义.首先将车地交互... 正在建设的时速300 km/h以上的高速铁路已采用CTCS-3级列车运行控制系统.车地信息交互流程是影响CTCS-3级列控系统的效率、可靠性和安全性的主要因素之一.基于时间自动机理论对车地交互流程进行建模与验证具有重要意义.首先将车地交互流程分为4个典型的子流程:任务启动流程、正常行车流程、RBC切换流程和任务结束流程,然后针对这些子流程建立无线闭塞中心(RBC)、车载设备(ATP)和铁路专用移动通信网(GSM-R)的时间自动机网络模型,最后利用时间自动机模型验证工具UPPAAL进行仿真分析,验证了CTCS-3级列控系统的车地交互流程的安全性和受限活性. 展开更多
关键词 列车运行控制系统 车地信息交互流程 形式化建模与验证 时间自动机
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