基于擴(kuò)展活性順序圖模型檢測的物聯(lián)網(wǎng)可信性評價(jià)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于擴(kuò)展活性順序圖對物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行可信性評價(jià)的方法，屬于物聯(lián)網(wǎng)【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明提出采用概率時(shí)間活性順序圖對物聯(lián)網(wǎng)的運(yùn)行加以直觀和量化的描述，采用時(shí)間活性順序圖對物聯(lián)網(wǎng)的運(yùn)行場景加以規(guī)約，采用模型檢測的方法，實(shí)現(xiàn)對物聯(lián)網(wǎng)可信性的評價(jià)。該方法自動化程度高，對計(jì)算空間要求不高，過程清晰明確，可操作性和可復(fù)用性強(qiáng)。本發(fā)明提升了業(yè)內(nèi)對物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)與運(yùn)行的理論認(rèn)識水平和實(shí)際檢測技術(shù)水平，對加快國內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的健康和可持續(xù)發(fā)展具有重要的促進(jìn)作用。
【專利說明】基于擴(kuò)展活性順序圖模型檢測的物聯(lián)網(wǎng)可信性評價(jià)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及物聯(lián)網(wǎng)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種基于擴(kuò)展活性順序圖模型檢測的物聯(lián)網(wǎng)可信性評價(jià)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]物聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)基于互聯(lián)網(wǎng)、傳統(tǒng)電信網(wǎng)等信息承載體，讓所有能夠被獨(dú)立尋址的普通物理對象實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通的網(wǎng)絡(luò)。它具有普通對象設(shè)備化、自治終端互聯(lián)化和普適服務(wù)智能化三個(gè)重要特征?；ヂ?lián)網(wǎng)加物聯(lián)網(wǎng)形成“智慧地球”，是當(dāng)前世界性的熱門課題。被稱為下一個(gè)萬億級通信業(yè)務(wù)的物聯(lián)網(wǎng)，已被世界各國當(dāng)作應(yīng)對國際金融危機(jī)、振興經(jīng)濟(jì)的重點(diǎn)領(lǐng)域。抓住物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的這一機(jī)遇，將不僅為中國信息產(chǎn)業(yè)，也為“中國制造”贏得未來巨大而廣闊的發(fā)展空間。目前，我國政府十分關(guān)注和重視物聯(lián)網(wǎng)的研究，國家發(fā)改委、工業(yè)和信息化部已出臺多項(xiàng)重大舉措，促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
[0003]嵌入式系統(tǒng)是以嵌入式處理器為基礎(chǔ)，嵌入到對象體系中的智能化電子系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)作為熱門領(lǐng)域，涵蓋了微電子技術(shù)、傳感技術(shù)、電子信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)軟件和硬件等多項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用?？梢哉f現(xiàn)在的時(shí)代是一個(gè)嵌入式的時(shí)代，從我們生活的智能化、工業(yè)的自動化到國防的現(xiàn)代化，嵌入式系統(tǒng)無處不在。嵌入式技術(shù)日趨成熟，嵌入式產(chǎn)品網(wǎng)絡(luò)化需求在不斷的增長，并且存在巨大的市場潛力，由此推動了物聯(lián)網(wǎng)的誕生。可以說，物聯(lián)網(wǎng)是嵌入式系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化的產(chǎn)物。
[0004]人們對包括嵌入式系統(tǒng)在內(nèi)的各種計(jì)算系統(tǒng)的可依賴程度越來越高，用戶對于計(jì)算服務(wù)的“可信性”也越來越關(guān)注，可信計(jì)算己成為當(dāng)前的一個(gè)熱點(diǎn)研究領(lǐng)域。目前對于可信性還沒有統(tǒng)一的定義，本文中“可信性”指系統(tǒng)在規(guī)定的時(shí)間與環(huán)境內(nèi)交付可信賴服務(wù)的能力，這種能力常常以概率的大小來定量表示。物聯(lián)網(wǎng)執(zhí)行的可信性問題，是物聯(lián)網(wǎng)背后的重要科學(xué)問題之一。物聯(lián)網(wǎng)執(zhí)行的可信性問題是指，如何應(yīng)對物理實(shí)體的控制要求，實(shí)現(xiàn)和滿足系統(tǒng)執(zhí)行過程與結(jié)果符合設(shè)計(jì)期望，達(dá)到可信控制的問題。執(zhí)行的可信性是物聯(lián)網(wǎng)實(shí)施和應(yīng)用的核心和關(guān)鍵。
[0005]模型檢測作為保證系統(tǒng)正確性和可靠性的一種重要手段，在最近20多年取得長足發(fā)展。通過對被研究的系統(tǒng)建立模型，對系統(tǒng)應(yīng)遵循的各種性質(zhì)使用適當(dāng)?shù)囊?guī)約語言加以描述，通過遍歷模型可檢查系統(tǒng)是否遵循有關(guān)的性質(zhì)。如果不遵循指定的性質(zhì)，還能給出違背性質(zhì)的反例。由于模型檢測采用了嚴(yán)格的形式化方法對系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)證，因此比測試和仿真更能保證系統(tǒng)的正確性。
[0006]隨著嵌入式系統(tǒng)的廣泛使用，嵌入式系統(tǒng)的性能與可信性分析也受到人們的關(guān)注?！斗磻?yīng)式嵌入式系統(tǒng)形式化性能模型的研究》(張冠華等，小型微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，2005)基于進(jìn)程代數(shù)EACSR-VP和形式化描述語言CPSL，對反應(yīng)式嵌入式系統(tǒng)的通信信道的吞吐率、隊(duì)列緩沖區(qū)的平均長度等進(jìn)行了形式化建模，并開發(fā)了形式化工具PVKit來對系統(tǒng)進(jìn)行性能分析?！恫呗则?qū)動的可靠嵌入式系統(tǒng)建模及分析方法》(范貴生等，軟件學(xué)報(bào)，2011)針對嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)，提出一種策略驅(qū)動的可靠嵌入式系統(tǒng)建模與分析方法?；赑etri網(wǎng)建立嵌入式系統(tǒng)的形式化描述語言，并對設(shè)備、計(jì)算與物理交互、組件及通信過程等要素進(jìn)行建模，并利用Petri網(wǎng)相關(guān)理論分析嵌入式系統(tǒng)可靠性保障策略的有效性。
[0007]從20世紀(jì)90年代開始，國外對嵌入式系統(tǒng)性能與可信性分析就引起了廣泛興趣。針對嵌入式系統(tǒng)中存在的實(shí)時(shí)性特點(diǎn)，關(guān)于實(shí)時(shí)系統(tǒng)的研究，是一個(gè)研究熱點(diǎn)。針對嵌入式系統(tǒng)中存在的不確定性，關(guān)于概率系統(tǒng)的研究，也是一個(gè)研究熱點(diǎn)。時(shí)間自動機(jī)是描述嵌入式系統(tǒng)實(shí)時(shí)性的基本模型，用時(shí)間自動機(jī)建立系統(tǒng)模型，可以驗(yàn)證系統(tǒng)滿足用戶實(shí)時(shí)性的正確性。UPPAAL就是這方面的典型工具。概率時(shí)間自動機(jī)是在時(shí)間自動機(jī)模型上進(jìn)行概率擴(kuò)展形成。概率時(shí)間自動機(jī)不僅可以描述系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，還能夠進(jìn)一步對系統(tǒng)狀態(tài)躍遷的不確定性進(jìn)行定量描述，是比較典型和常用的性能建模模型?？梢愿怕蕰r(shí)間計(jì)算樹邏輯(PTCTL)來描述用戶對系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和可靠性要求，以概率時(shí)間自動機(jī)來建模系統(tǒng)，以模型檢測的方法可以來檢驗(yàn)系統(tǒng)的正確性。該驗(yàn)證已研制出較好的實(shí)現(xiàn)工具PRISM。
[0008]上述研究對系統(tǒng)性質(zhì)的描述，采用的是形式化的邏輯，其存在兩個(gè)方面的問題。一是，對用戶的要求較高，沒有專門的數(shù)學(xué)與邏輯方面的訓(xùn)練，難以掌握使用這些邏輯來描述系統(tǒng)性質(zhì)的技巧。二是，形式化的邏輯對系統(tǒng)性質(zhì)的表達(dá)能力也存在一定的局限性。欲進(jìn)行性能評估的系統(tǒng)，如果是比較復(fù)雜的系統(tǒng)，比如物聯(lián)網(wǎng)中的許多嵌入式系統(tǒng)，就可能存在:I)層次性-系統(tǒng)由多個(gè)子系統(tǒng)或組件等組成；2)并行性-多個(gè)子系統(tǒng)同時(shí)運(yùn)行；3)交互性-子系統(tǒng)間進(jìn)行同步和通信。這類系統(tǒng)中行為的發(fā)生常常由來自內(nèi)部或外界的事件所觸發(fā)。對于這類系統(tǒng)，用常規(guī)的時(shí)序邏輯難以描述其性質(zhì)，甚至難以用進(jìn)程代數(shù)、petri網(wǎng)或自動機(jī)來對系統(tǒng)建模。
[0009]基于場景的規(guī)約(Scenario-Based Specification)用直觀、可視的形式描述系統(tǒng)各部件之間的交互活動，在系統(tǒng)開發(fā)過程中扮演著重要的角色。自ITU-Z120推出以來，消息順序圖(Message Sequence Chart, MSC)逐漸被工業(yè)界接受為基于場景的規(guī)約語言。隨著OMG推出的統(tǒng)一建模語言(Unified Modeling Language, UML)將類似于MSC的順序圖(Sequence Diagram)集成其中，類似于MSC的基于場景的規(guī)約語言被越來越多的系統(tǒng)開發(fā)人員認(rèn)識并使用?；钚皂樞驁D(Live Sequence Chart, LSC)是MSC(或UML的順序圖)的模態(tài)擴(kuò)展，能夠?qū)?qiáng)制場景和可能場景加以區(qū)分，因此具有圖形化的界面和更強(qiáng)的規(guī)約表達(dá)能力，是重要的基于場景的規(guī)約語言，在工業(yè)界逐漸得到廣泛使用。
[0010]本發(fā)明認(rèn)為一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)由多個(gè)相對獨(dú)立而內(nèi)部緊密耦合的嵌入式系統(tǒng)構(gòu)成。在物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下，系統(tǒng)運(yùn)行的實(shí)時(shí)性和不確定性是影響嵌入式系統(tǒng)可信性的關(guān)鍵要素，在對嵌入式系統(tǒng)各個(gè)部件之間的交互活動進(jìn)行建模的過程中必須要考慮時(shí)間因素和不確定性因素。本發(fā)明采用LSC及其擴(kuò)展語言能夠?qū)ι鲜鰪?fù)雜情況進(jìn)行系統(tǒng)的需求描述和系統(tǒng)建模?？梢砸詴r(shí)間擴(kuò)展的LSC(簡稱TLSC)來描述系統(tǒng)的需求，以時(shí)間擴(kuò)展和概率擴(kuò)展的LSC(本文中稱這種擴(kuò)展后的LSC為PTLSC)來對系統(tǒng)本身建模?？梢詫σ粋€(gè)嵌入式系統(tǒng)的每一個(gè)重要的子系統(tǒng)或組件，采用一個(gè)PTLSC來描述，從而用一個(gè)PTLSC網(wǎng)絡(luò)來對構(gòu)成物聯(lián)網(wǎng)的各個(gè)嵌入式系統(tǒng)進(jìn)行建模。在此基礎(chǔ)上，可通過模型檢測的方法，來分析系統(tǒng)滿足場景規(guī)約的可信度(概率)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明提供了一種基于擴(kuò)展活性順序圖模型檢測的物聯(lián)網(wǎng)可信性評價(jià)方法，通過該方法以實(shí)現(xiàn)對物聯(lián)網(wǎng)可信性的評價(jià)。
[0012]本發(fā)明的技術(shù)方案包括以下步驟:
[0013]一種基于擴(kuò)展活性順序圖模型檢測的物聯(lián)網(wǎng)可信性評價(jià)方法，包括以下步驟:
[0014](I)采用概率時(shí)間活性順序圖對被評價(jià)的物聯(lián)網(wǎng)建立系統(tǒng)模型；
[0015](2)采用時(shí)間活性順序圖對物聯(lián)網(wǎng)的運(yùn)行建立規(guī)約模型；
[0016](3)將概率時(shí)間活性順序圖轉(zhuǎn)換為概率時(shí)間自動機(jī)；
[0017](4)將時(shí)間活性順序圖轉(zhuǎn)換為時(shí)間自動機(jī)；
[0018](5)調(diào)整并組合上述的概率時(shí)間自動機(jī)和時(shí)間自動機(jī)，形成新概率時(shí)間自動機(jī)；
[0019](6)將新概率時(shí)間自動機(jī)輸入到模型檢測工具PRISM，進(jìn)行系統(tǒng)的可信性評價(jià)。
[0020]實(shí)現(xiàn)步驟(I)的方法如下:
[0021]a、確定被評價(jià)的物聯(lián)網(wǎng)對象，可以是一個(gè)完整的物聯(lián)網(wǎng)，也可以是物聯(lián)網(wǎng)的一部分；
[0022]b、確定被評價(jià)對象中的各個(gè)主要組件，以及各個(gè)主要組件之間的交互關(guān)系，包括時(shí)間約束關(guān)系和以概率來描述的可信度指標(biāo)；
[0023]C、遵循MARTE分析模型的規(guī)范，采用Papyrus軟件繪制出相應(yīng)的概率時(shí)間活性順序圖。
[0024]實(shí)現(xiàn)步驟(2)的方法如下:
[0025]a、針對被評價(jià)的物聯(lián)網(wǎng)對象，分析該物聯(lián)網(wǎng)對象中各個(gè)主要組件之間的約束關(guān)系，提出系統(tǒng)運(yùn)行的硬性要求，包括系統(tǒng)運(yùn)行的時(shí)間約束要求和運(yùn)行的可信度要求；
[0026]b、遵循MARTE分析模型的規(guī)范，采用Papyrus軟件繪制出相應(yīng)的時(shí)間活性順序圖。
[0027]實(shí)現(xiàn)步驟(3)的方法如下:
[0028]a、建立MARTE的一般元模型和概率時(shí)間自動機(jī)的一般元模型；
[0029]b、建立MARTE的一般元模型和概率時(shí)間自動機(jī)的一般元模型中的變量和元素之間的映射關(guān)系，撰寫ATL工具的第一轉(zhuǎn)換規(guī)則；
[0030]C、將上述概率時(shí)間活性順序圖、MARTE的一般元模型、概率時(shí)間自動機(jī)的一般元模型、ATL工具的第一轉(zhuǎn)換規(guī)則輸入到ATL工具，經(jīng)過轉(zhuǎn)換得到相應(yīng)的XMI格式的一組概率時(shí)間自動機(jī)；
[0031 ] d、建立XMI格式的概率時(shí)間自動機(jī)與XML格式的概率時(shí)間自動機(jī)的轉(zhuǎn)換規(guī)則，通過TCS轉(zhuǎn)換器將上述XMI格式的一組概率時(shí)間自動機(jī)轉(zhuǎn)換為XML格式的一組概率時(shí)間自動機(jī)。
[0032]實(shí)現(xiàn)步驟(4)的方法如下:
[0033]a、建立MARTE的一般兀模型和時(shí)間自動機(jī)的一般兀模型；
[0034]b、建立MARTE的一般元模型和時(shí)間自動機(jī)的一般元模型中的變量和元素之間的映射關(guān)系，撰寫ATL工具的第二轉(zhuǎn)換規(guī)則；
[0035]C、將上述時(shí)間活性順序圖、MARTE的一般元模型、時(shí)間自動機(jī)的一般元模型、ATL工具的第二轉(zhuǎn)換規(guī)則輸入到ATL工具，經(jīng)過轉(zhuǎn)換得到相應(yīng)的XML格式的一組時(shí)間自動機(jī)；
[0036]d、建立XMI格式的時(shí)間自動機(jī)與XML格式的時(shí)間自動機(jī)的轉(zhuǎn)換規(guī)則，通過TCS轉(zhuǎn)換器將上述XMI格式的一組時(shí)間自動機(jī)轉(zhuǎn)換為XML格式的一組時(shí)間自動機(jī)。
[0037]實(shí)現(xiàn)步驟(5)的方法如下:[0038]a、概率時(shí)間自動機(jī)的調(diào)整規(guī)則:
[0039]在組成物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的各個(gè)概率時(shí)間自動機(jī)中，對發(fā)送消息的遷移行為，其標(biāo)記從ch改記為ch !;對接收消息的遷移行為，其標(biāo)記從ch改記為ch ?；
[0040]對于概率時(shí)間自動機(jī)中包含發(fā)送消息的概率分支pb = (I1, ch ! , g, r, prob, I2)(ch !為內(nèi)部遷移行為的除外)，在IjP I2之間增加一個(gè)中間committed位置 1； IjP i之間的概率分支就是Pb(除了目標(biāo)位置的名稱從I2變成了 I' 定義 1和12之間的概率分支為Pb' = 0- cho ! , true, null, I, I2)。其中，I1' ι和I2表示自動機(jī)中的位置，ch和cho表示自動機(jī)中的行為，prob = p(l1；r, I2)是分支上的概率，而g和r分別表示分支上的衛(wèi)士和復(fù)位時(shí)鐘；
[0041]在概率時(shí)間自動機(jī)中，使用全局布爾變量MayFire來強(qiáng)化committed遷移的發(fā)生:在non-committed位置，設(shè)置MayFire為真,遷移可以自由發(fā)生；在committed位置，設(shè)置MayFire為假，表示只有從該位置出發(fā)的遷移可以進(jìn)行，此時(shí)其它位置不能進(jìn)行遷移，該遷移完成后，再重新設(shè)置MayFire為真；
[0042]b、時(shí)間自動機(jī)的調(diào)整規(guī)則:
[0043]將時(shí)間自動機(jī)每條邊上行為的名字由ch修改為cho ?；
[0044]C、將一組概率時(shí)間自動機(jī)組合成一個(gè)概率時(shí)間自動機(jī)的規(guī)則:
[0045]在構(gòu)成系統(tǒng)的一組概率時(shí)間自動機(jī)中，令各個(gè)概率時(shí)間自動機(jī)W' i=(L' i; 0i，X' i，Act' i； InvijpEi i)(i eO>2)，且假設(shè)X;n(=0;其中 L' i 是位置的有限集合， Μ是初始 位置，X' i是時(shí)鐘的有限集合，Act' i是行為的有限集合，inv' 1是為每個(gè)位置指定一個(gè)不變式的函數(shù)，而pE' 基于概率的邊關(guān)系。兩個(gè)概率時(shí)間自動機(jī)Ψ jPW' 2的并行組合，是一個(gè)新概率時(shí)間自動機(jī)W' iOW' 2=(L' iXL' 2，0- 01, J,V I U X' 2，Act' I U Act' 2，inv'，pE')。在2個(gè)概率時(shí)間自動機(jī)的并行組合中，MayFire仍然協(xié)調(diào)著committed行為。以此類推，將2個(gè)概率時(shí)間自動機(jī)的并行組合能夠擴(kuò)展到多個(gè)；
[0046]d、概率時(shí)間自動機(jī)與時(shí)間自動機(jī)的并行組合
[0047]時(shí)間自動機(jī)為概率時(shí)間自動機(jī)的簡化，其中所有的概率分布都是點(diǎn)分布；根據(jù)c中的定義，可直接實(shí)現(xiàn)概率時(shí)間自動機(jī)與時(shí)間自動機(jī)的組合，得到一個(gè)新的概率時(shí)間自動機(jī)；在組合后，去掉永遠(yuǎn)不會發(fā)生的躍遷。
[0048]實(shí)現(xiàn)步驟(6)的方法如下:
[0049]a、使用PRISM來計(jì)算Pr(^(PTAKZmm —/_))的概率；輸入到PRISM中的概率模型是來自上述組合得到的新概率時(shí)間自動機(jī)PTA ;待驗(yàn)證的性質(zhì)是lmin — Imax ;其中，Imin和Imax表不經(jīng)調(diào)整后的時(shí)間自動機(jī)的初始位置和最終位置；
[0050]b、使用公式 Pmin =? [F target]和 Pmax =? [F target]來計(jì)算Ρ ΟΑ(ΡΤΑ > (Irmn Zmax))的最大概率和最小概率，其中target可設(shè)置為新概率時(shí)間自動機(jī)PTA中包含Imax分量的位置。
[0051]采用以上方法后，本發(fā)明很好地契合了我國大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)與利用的需要。本發(fā)明在基于物聯(lián)網(wǎng)是嵌入式系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化這一理念的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步地提出了由多個(gè)緊密耦合的嵌入式設(shè)備構(gòu)成一個(gè)相對獨(dú)立的嵌入式系統(tǒng)，一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)由多個(gè)這樣的嵌入式系統(tǒng)，通過網(wǎng)絡(luò)的連接而構(gòu)成，從而為利用現(xiàn)有的實(shí)時(shí)嵌入式系統(tǒng)技術(shù)來分析物聯(lián)網(wǎng)奠定了理論基礎(chǔ)。
[0052]本發(fā)明提出利用概率時(shí)間活性順序圖來建模物聯(lián)網(wǎng)，利用時(shí)間活性順序圖來描述物聯(lián)網(wǎng)的運(yùn)行場景，從而使得對物聯(lián)網(wǎng)的描述擺脫了形式化描述的局限，描述直觀、可視化程度高，便于本發(fā)明的推廣利用。本發(fā)明的各個(gè)主要技術(shù)環(huán)節(jié)都有開源軟件的支持，具有很高的可操作性，為本發(fā)明的實(shí)際利用創(chuàng)造了很好的條件。本發(fā)明利用了模型檢測技術(shù)，因此既可用于已建成物聯(lián)網(wǎng)(或其一部分)的可信性評估，也適合于物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段的對系統(tǒng)開發(fā)模型的可信性評估，使用面十分廣泛。
[0053]本發(fā)明提出的基于擴(kuò)展活性順序圖模型檢測的物聯(lián)網(wǎng)評價(jià)方法，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)論證，效果可信。解決問題速度較快，對計(jì)算空間要求不高，節(jié)約成本。本發(fā)明專利經(jīng)過充分的技術(shù)論證，具備充分的理論可行性和實(shí)踐可行性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0054]圖1:系統(tǒng)的MARTE建模與自動機(jī)轉(zhuǎn)換框圖
[0055]圖2 =GQAM域模型中GQAM_Workload包的簡圖
[0056]圖3:概率時(shí)間自動機(jī)的元模型
[0057]圖4:UML交互圖的元模型
[0058]圖5:一個(gè)概率時(shí)間系統(tǒng)
[0059]圖6:圖5修改后的概率時(shí)間系統(tǒng)
[0060]圖7:表示圖5中概率時(shí)間系統(tǒng)需求規(guī)約的時(shí)間自動機(jī)O[0061 ]圖8:圖7修改后的時(shí)間自動機(jī)O'
[0062]圖9 W IBi \0'的組合
[0063]圖10:圖9修改后的版本
【具體實(shí)施方式】
[0064]基于擴(kuò)展活性順序圖模型檢測的物聯(lián)網(wǎng)可信性評價(jià)方法，充分考慮到了物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)部嵌入式組件之間的交互性，和系統(tǒng)運(yùn)行中存在的實(shí)時(shí)性和不確定性，以可視化的方式對系統(tǒng)自身的運(yùn)行和系統(tǒng)的運(yùn)行場景加以定量地描述與深入地分析，從而實(shí)現(xiàn)對物聯(lián)網(wǎng)可信性的量化評估。
[0065]一、本評價(jià)方法的基本思路與流程
[0066]本評價(jià)方法的基本思路與流程是:一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)可看作一個(gè)復(fù)雜的概率時(shí)間系統(tǒng)。在這樣的系統(tǒng)中，組件之間在一定的時(shí)間約束下相互交互，且行為存在不確定性。人們也常常希望系統(tǒng)的運(yùn)行遵循一定的要求?；钚皂樞驁D是系統(tǒng)建模與場景描述的可視化工具。在本發(fā)明中，將活性順序圖進(jìn)行了時(shí)間和概率擴(kuò)展。我們將活性順序圖加以時(shí)間擴(kuò)展，以描述對物聯(lián)網(wǎng)的運(yùn)行要求；將時(shí)間擴(kuò)展的活性順序圖再加以概率擴(kuò)展(或者直接采用概率時(shí)間自動機(jī))，以其構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)描述物聯(lián)網(wǎng)的運(yùn)行；在此基礎(chǔ)上，采用模型檢測的方法，來評估物聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行的可信性。本發(fā)明提出了一個(gè)基于MDA將擴(kuò)展的活性順序圖轉(zhuǎn)換為相應(yīng)自動機(jī)的框架，從而將上述模型檢測的問題，轉(zhuǎn)換為自動機(jī)之間的模型檢測問題。在后續(xù)的模型檢測工作中，我們采用了“觀察”的方法-讓需求自動機(jī)觀察系統(tǒng)的運(yùn)行。通過修改和組合涉及的一組自動機(jī)，可獲得一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的概率時(shí)間自動機(jī)，將之輸入到概率模型檢測工具PRISM，可計(jì)算出反映原始系統(tǒng)滿足運(yùn)行要求的程度(概率)。
[0067]下面給出本評價(jià)方法中主要概念的形式化定義與有關(guān)說明:
[0068]時(shí)鐘與時(shí)鐘賦值時(shí)鐘X表示記錄時(shí)間的非負(fù)實(shí)數(shù)變量。X是時(shí)鐘X的有限集合。時(shí)鐘賦值
【權(quán)利要求】
1.一種基于擴(kuò)展活性順序圖模型檢測的物聯(lián)網(wǎng)可信性評價(jià)方法，其特征在于:包括以下步驟: (1)采用概率時(shí)間活性順序圖對被評價(jià)的物聯(lián)網(wǎng)建立系統(tǒng)模型； (2)采用時(shí)間活性順序圖對物聯(lián)網(wǎng)的運(yùn)行建立規(guī)約模型； (3)將概率時(shí)間活性順序圖轉(zhuǎn)換為概率時(shí)間自動機(jī)； (4)將時(shí)間活性順序圖轉(zhuǎn)換為時(shí)間自動機(jī)； (5)調(diào)整并組合上述的概率時(shí)間自動機(jī)和時(shí)間自動機(jī)，形成新概率時(shí)間自動機(jī)； (6)將新概率時(shí)間自動機(jī)輸入到模型檢測工具PRISM，進(jìn)行系統(tǒng)的可信性評價(jià)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于擴(kuò)展活性順序圖模型檢測的物聯(lián)網(wǎng)可信性評價(jià)方法，其特征在于:實(shí)現(xiàn)步驟(1)的方法如下: a、確定被評價(jià)的物聯(lián)網(wǎng)對象，可以是一個(gè)完整的物聯(lián)網(wǎng)，也可以是物聯(lián)網(wǎng)的一部分； b、確定被評價(jià)對象中的各個(gè)主要組件，以及各個(gè)主要組件之間的交互關(guān)系，包括時(shí)間約束關(guān)系和以概率來描述的可信度指標(biāo)； c、遵循MARTE分析模型的規(guī)范，采用Papyrus軟件繪制出相應(yīng)的概率時(shí)間活性順序圖。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于擴(kuò)展活性順序圖模型檢測的物聯(lián)網(wǎng)可信性評價(jià)方法，其特征在于:實(shí)現(xiàn)步驟(2)的方法如下: a、針對被評價(jià)的物聯(lián)網(wǎng)對象，分析該物聯(lián)網(wǎng)對象中各個(gè)主要組件之間的約束關(guān)系，提出系統(tǒng)運(yùn)行的硬性要求，包括系統(tǒng)運(yùn)行的時(shí)間約束要求和運(yùn)行的可信度要求； b、遵循MARTE分析模型的規(guī)范,采用Papyrus軟件繪制出相應(yīng)的時(shí)間活性順序圖。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于擴(kuò)展活性順序圖模型檢測的物聯(lián)網(wǎng)可信性評價(jià)方法，其特征在于:實(shí)現(xiàn)步驟(3)的方法如下: a、建立MARTE的一般元模型和概率時(shí)間自動機(jī)的一般元模型； b、建立MARTE的一般元模型和概率時(shí)間自動機(jī)的一般元模型中的變量和元素之間的映射關(guān)系，撰寫ATL工具的第一轉(zhuǎn)換規(guī)則； C、將上述概率時(shí)間活性順序圖、MARTE的一般元模型、概率時(shí)間自動機(jī)的一般元模型、ATL工具的第一轉(zhuǎn)換規(guī)則輸入到ATL工具，經(jīng)過轉(zhuǎn)換得到相應(yīng)的XMI格式的一組概率時(shí)間自動機(jī)； d、建立XMI格式的概率時(shí)間自動機(jī)與XML格式的概率時(shí)間自動機(jī)的轉(zhuǎn)換規(guī)則，通過TCS轉(zhuǎn)換器將上述XMI格式的一組概率時(shí)間自動機(jī)轉(zhuǎn)換為XML格式的一組概率時(shí)間自動機(jī)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于擴(kuò)展活性順序圖模型檢測的物聯(lián)網(wǎng)可信性評價(jià)方法，其特征在于:實(shí)現(xiàn)步驟(4)的方法如下: a、建立MARTE的一般元模型和時(shí)間自動機(jī)的一般元模型； b、建立MARTE的一般元模型和時(shí)間自動機(jī)的一般元模型中的變量和元素之間的映射關(guān)系，撰寫ATL工具的第二轉(zhuǎn)換規(guī)則； C、將上述時(shí)間活性順序圖、MARTE的一般元模型、時(shí)間自動機(jī)的一般元模型、ATL工具的第二轉(zhuǎn)換規(guī)則輸入到ATL工具，經(jīng)過轉(zhuǎn)換得到相應(yīng)的XML格式的一組時(shí)間自動機(jī)； d、建立XMI格式的時(shí)間自動機(jī)與XML格式的時(shí)間自動機(jī)的轉(zhuǎn)換規(guī)則，通過TCS轉(zhuǎn)換器將上述XMI格式的一組時(shí)間自動機(jī)轉(zhuǎn)換為XML格式的一組時(shí)間自動機(jī)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于擴(kuò)展活性順序圖模型檢測的物聯(lián)網(wǎng)可信性評價(jià)方法，其特征在于:實(shí)現(xiàn)步驟(5)的方法如下: a、概率時(shí)間自動機(jī)的調(diào)整規(guī)則: 在組成物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的各個(gè)概率時(shí)間自動機(jī)中，對發(fā)送消息的遷移行為，其標(biāo)記從ch改記為ch !;對接收消息的遷移行為，其標(biāo)記從ch改記為ch ?； 對于概率時(shí)間自動機(jī)中包含發(fā)送消息的概率分支pb = (I1, ch ! , g,r,prob, l2) (ch !為內(nèi)部遷移行為的除外)，在IjPl2之間增加一個(gè)中間committed位置1' pljPT間的概率分支就是Pb(除了目標(biāo)位置的名稱從I2變成了 1' 定義1' 1和12之間的概率分支為pb' = (1' cho ! , true, null, I, I2)。其中，I11' l和I2表示自動機(jī)中的位置，ch和cho表示自動機(jī)中的行為，prob = p(l1；r, I2)是分支上的概率，而g和r分別表示分支上的衛(wèi)士和復(fù)位時(shí)鐘； 在概率時(shí)間自動機(jī)中，使用全局布爾變量MayFire來強(qiáng)化committed遷移的發(fā)生:在non-committed位置，設(shè)置MayFire為真,遷移可以自由發(fā)生；在committed位置，設(shè)置MayFire為假，表示只有從該位置出發(fā)的遷移可以進(jìn)行，此時(shí)其它位置不能進(jìn)行遷移，該遷移完成后，再重新設(shè)置MayFire為真； b、時(shí)間自動機(jī)的調(diào)整規(guī)則: 將時(shí)間自動機(jī)每條邊上行為的名字由ch修改為cho ?； C、將一組概率時(shí)間自動機(jī)組合成一個(gè)概率時(shí)間自動機(jī)的規(guī)則: 在構(gòu)成系統(tǒng)的一組概率時(shí)間自動機(jī)中，令各個(gè)概率時(shí)間自動機(jī)W' i=(L' 1; 1' 0i,x'iAct' pinv' ppE' )(i∈口≥2)。，且假設(shè)x'i∩x'j其中l(wèi)'i是位置的有限集合，1' Cu是初始位置，i是時(shí)鐘的有限集合，Act' i是行為的有限集合，inv' 1是為每個(gè)位置指定一個(gè)不變式的函數(shù)，而pE' i為基于概率的邊關(guān)系。兩個(gè)概率時(shí)間自動機(jī)W' 1和r 2的并行組合，是一個(gè)新概率時(shí)間自動機(jī)W'2=(l' yL' 2，(r Q1，r 02),x'! U Xi 2, kct' I U Act' 2，inv'，pE')。在2個(gè)概率時(shí)間自動機(jī)的并行組合中，MayFire仍然協(xié)調(diào)著committed行為。以此類推，將2個(gè)概率時(shí)間自動機(jī)的并行組合能夠擴(kuò)展到多個(gè)； d、概率時(shí)間自動機(jī)與時(shí)間自動機(jī)的并行組合: 時(shí)間自動機(jī)為概率時(shí)間自動機(jī)的簡化，其中所有的概率分布都是點(diǎn)分布；根據(jù)c中的定義，可直接實(shí)現(xiàn)概率時(shí)間自動機(jī)與時(shí)間自動機(jī)的組合，得到一個(gè)新的概率時(shí)間自動機(jī)；在組合后，去掉永遠(yuǎn)不會發(fā)生的躍遷。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于擴(kuò)展活性順序圖模型檢測的物聯(lián)網(wǎng)可信性評價(jià)方法，其特征在于:實(shí)現(xiàn)步驟(6)的方法如下: a、使用PRISM來計(jì)算Ρι?(ΡΤΑ> (Zimn Zmax))的概率；輸入到PRISM中的概率模型是來自上述組合得到的新概率時(shí)間自動機(jī)PTA ;待驗(yàn)證的性質(zhì)是Imin — Ifflax ;其中，Ifflin和Imax表示經(jīng)調(diào)整后的時(shí)間自動機(jī)的初始位置和最終位置；
b、使用公式Pmin=? [F target]和 Pmax = ? [F target]來計(jì)算ProZ>(PTA>(Zmin — Zmax))的最大概率和最小概率，其中target可設(shè)置為新概率時(shí)間自動機(jī)PTA中包含Imax分量的位置。
【文檔編號】G06F17/30GK103761084SQ201310756455
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2013年12月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月31日
【發(fā)明者】張君華, 徐濟(jì)惠, 顏晨陽, 李麗, 鄭哲, 張作為 申請人:寧波城市職業(yè)技術(shù)學(xué)院