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基于混成自动机的事件驱动的CPS系统监控方法研究

作　者: 毛建辉
导　师: 王戟
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 计算机科学与技术
关键词: 信息物理融合系统 运行时监控 混成自动机 安全性质 协同自适应巡航控制
分类号: TP311.52
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


信息物理融合系统(CPS系统)被认为是下一代嵌入式系统,具有广阔的应用前景。CPS系统涉及信息、物理等多方面,本身复杂度高,而且CPS系统往往运行于不确定的物理环境中,这使得应用传统的形式验证技术去验证完全的系统行为变得不实际。因而,运行时监控作为一种轻量级的验证技术,为监控和验证系统运行时的动态行为提供了一种切实可行的方法。在深入学习研究CPS系统和软件运行时监控相关理论和技术的基础上,本文面向CPS系统的监控问题主要展开了以下工作:1、对CPS系统的理论基础及现有研究成果,以及软件运行时监控相关技术和方法进行深入学习研究,分析CPS系统监控问题的主要困难。2、基于混成自动机模型,论文提出了一个事件驱动的CPS系统性质监控理论框架,该框架结合基于模型的设计和形式分析于一体,能够对由时序逻辑MEDL表达的安全性质进行有效的监控。3、针对工业界广泛使用的CPS系统建模平台——Simulink/Stateflow,论文随后提出了由PEDL/MEDL规约生成监控器模型的方法,设计了由PEDL/MEDL向Stateflow状态图转换的规则,并实现了PEDL/MEDL——Stateflow状态图的自动转换工具。4、论文以交通CPS系统领域典型的应用案例——CACC系统为应用背景,展示了如何利用对本框架对系统模型注入监控能力,在系统运行过程中,监控其动态行为,证实了本文所提出和设计的监控框架的有效性。

全文目录


摘要  9-10
ABSTRACT  10-11
第一章 绪论  11-15
  1.1 课题研究背景和意义  11-12
  1.2 论文研究内容  12-13
  1.3 主要的创新点  13-14
  1.4 论文结构  14-15
第二章 相关工作  15-25
  2.1 CPS 系统模型  15-18
    2.1.1 CPS 抽象模型  15-16
    2.1.2 CPS 系统建模工具  16-18
  2.2 软件运行时监控技术  18-23
  2.3 小结  23-25
第三章 事件驱动的 CPS 系统监控框架  25-39
  3.1 框架介绍  26-28
  3.2 基于混成自动机的模型构造  28-30
  3.3 基于 PEDL/MEDL 的监控需求表达  30-36
    3.3.1 事件与条件逻辑  30-32
    3.3.2 PEDL——原子事件定义语言  32-34
    3.3.3 MEDL——性质规约定义语言  34-35
    3.3.4 MEDL 语义扩展  35-36
  3.4 监控能力形成  36-38
    3.4.1 模型插装  36-37
    3.4.2 生成监控自动机  37
    3.4.3 监控实施  37-38
  3.5 小结  38-39
第四章 基于 Simulink/Stateflow 的 CPS 系统监控框架实现  39-55
  4.1 基于 Simulink/Stateflow 的 CPS 系统监控框架介绍  39-41
  4.2 基于 Simulink/Stateflow 的 CPS 系统建模  41-43
  4.3 PEDL/MEDL 到 Stateflow 状态图生成规则  43-48
    4.3.1 Stateflow 相关语法概念  43-45
    4.3.2 生成规则  45-48
  4.4 面向 Stateflow 的监控器生成  48-52
    4.4.1 基本思想  48-49
    4.4.2 PEDL/MEDL 脚本生成 Stateflow 状态图算法  49-52
  4.5 小结  52-55
第五章 汽车协同自适应巡航控制案例分析  55-69
  5.1 汽车协同自适应巡航控制(CACC)系统描述  55-57
    5.1.1 CACC  55-56
    5.1.2 CACC 工作模式  56-57
  5.2 基于 Simulink/Stateflow 的 CACC 系统模型构建  57-63
    5.2.1 汽车物理模型  57-59
    5.2.2 CACC 控制器  59-63
  5.3 CACC 监控需求  63-66
    5.3.1 PEDL/MEDL 安全规约表达  64-65
    5.3.2 生成的观察状态图和监控器状态图  65-66
  5.4 CACC 系统模型监控仿真实验  66-68
    5.4.1 情景描述及参数设置  66-67
    5.4.2 仿真监控结果  67-68
  5.5 小结  68-69
第六章 结 束 语  69-71
  6.1 全文工作总结  69
  6.2 研究工作展望  69-71
致谢  71-73
参考文献  73-77
作者在学期间取得的学术成果  77-78
附录 A PEDL BNF 语法  78-79
附录 B MEDL BNF 语法  79

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 计算机软件 > 程序设计、软件工程 > 软件工程 > 软件开发
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