一種基于uml順序圖和拓?fù)鋱D描述網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的圖示方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種基于UML順序圖和拓?fù)鋱D描述網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的圖示方法，首先分析UML順序圖中的各元素信息，以及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D中信道信實(shí)體之間信道的鏈接關(guān)系；根據(jù)分析結(jié)果建立表示協(xié)議起點(diǎn)的起始圖式和表示協(xié)議結(jié)尾的結(jié)束圖式；在起始圖式和結(jié)束圖式之間設(shè)置發(fā)起者圖式和接收者圖式構(gòu)成的動作對圖式；根據(jù)UML順序圖中的執(zhí)行順序以及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D中的連接關(guān)系按信號的流向，從開始圖式起將相應(yīng)的動作對圖式用指示箭頭連接，在所述指示箭頭上標(biāo)明動作條件，直至最后一個動作對圖式與結(jié)束圖式連接。本發(fā)明能完善描述協(xié)議交互規(guī)則，并且清晰明了，可為后續(xù)的形式化分析或其他自動化分析提供條件。
【專利說明】—種基于UML順序圖和拓?fù)鋱D描述網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的圖示方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，具體涉及一種在網(wǎng)絡(luò)協(xié)議需求和設(shè)計(jì)的形式化驗(yàn)證前利用UML順序圖和拓?fù)鋱D描述網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的圖示方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著核電廠數(shù)字化進(jìn)程的推進(jìn)，分布式控制系統(tǒng)(DCS)越來越多的被用于核電控制領(lǐng)域，DCS間的通信是否可靠將直接關(guān)系到核電站的安全，因此核安全級網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的驗(yàn)證就顯得尤為重要。在協(xié)議驗(yàn)證領(lǐng)域，形式化驗(yàn)證由于其嚴(yán)密的邏輯性及全覆蓋特性越來受到人們的重視，特別是模型檢測驗(yàn)證方法在協(xié)議驗(yàn)證中被廣泛應(yīng)用。
[0003]由于通信協(xié)議傳統(tǒng)驗(yàn)證方法不能解決全覆蓋驗(yàn)證的問題，協(xié)議的形式化驗(yàn)證就顯的越來越重要。然而協(xié)議的形式化驗(yàn)證需要驗(yàn)證者具備專門的數(shù)學(xué)知識，在協(xié)議模型檢測領(lǐng)域協(xié)議模型的建立是個難點(diǎn)，特別是協(xié)議交互規(guī)則的建模描述。
[0004]協(xié)議是一組表示通信主體之間信息交互的一組規(guī)則。協(xié)議交互規(guī)則構(gòu)成的主要特點(diǎn)是:條件和狀態(tài)比較多、而動作數(shù)量相對較少，用狀態(tài)圖描述協(xié)議時(shí)，圖元節(jié)點(diǎn)代表狀態(tài)和條件、動作表示在圖元之間的連線上，此時(shí)會出現(xiàn)大量的圖元節(jié)點(diǎn)，導(dǎo)致圖形占用幅面變大，而處于連線上的動作也會出現(xiàn)許多重復(fù)，致使圖形閱讀和分析困難；因此，通常繪制狀態(tài)圖會作一些狀態(tài)抽象，以減少狀態(tài)數(shù)量，但這樣又使協(xié)議表達(dá)不夠精確?；趧幼餍蛄械拿枋龇椒?主要是UML順序圖)描述協(xié)議時(shí)，發(fā)生交互的實(shí)體有清晰的生命線和動作鏈，相互之間的動作操作關(guān)系也很清晰，但是UML順序圖無法描述通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湎嚓P(guān)信息，無法基于此開展協(xié)議全性質(zhì)人工或自動分析。現(xiàn)有技術(shù)中的圖形化建模方法雖然有基于狀態(tài)圖的方法和基于動作序列的方法，但這些方法是通用方法，不是專門針對協(xié)議來開發(fā)的，不能體現(xiàn)出協(xié)議的特點(diǎn)和傳輸方式。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為解決現(xiàn)有技術(shù)中對網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的狀態(tài)圖描述不精確的問題，本發(fā)明提供一種通過發(fā)起者和接收者之間信道關(guān)系來描述網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湎嚓P(guān)信息的方法。具體方案如下:一種基于UML順序圖和拓?fù)鋱D描述網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的圖示方法，其特征在于，包括下述步驟:
[0006]步驟1、首先分析UML順序圖中的各元素信息，以及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D中信道信實(shí)體之間信道的鏈接關(guān)系；
[0007]步驟2、根據(jù)分析結(jié)果，建立表示協(xié)議起點(diǎn)的起始圖式和表示協(xié)議結(jié)尾的結(jié)束圖式；
[0008]步驟3、在起始圖式和結(jié)束圖式之間設(shè)置帶有動作發(fā)起者和信道標(biāo)識信息的發(fā)起者圖式以及帶有對應(yīng)信道標(biāo)識和動作接收者信息的接收者圖式，發(fā)起者圖式和接收者圖式之間通過指示方向的箭頭連接形成動作對圖式；
[0009]步驟4、根據(jù)UML順序圖中的執(zhí)行順序以及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D中的連接關(guān)系按信號的流向，從開始圖式起將相應(yīng)的動作對圖式用指示箭頭連接，在所述指示箭頭上標(biāo)明動作條件，直至最后一個動作對圖式與結(jié)束圖式連接。
[0010]為表明信息的流向:所述發(fā)起者圖式中包括動作信道發(fā)起者的名稱、當(dāng)前發(fā)送信息的名稱及流動方向、當(dāng)前使用的信道名稱，所述接收者圖式中包括當(dāng)前使用的信道名稱、當(dāng)前發(fā)送信息的名稱及流動方向、動作接收者的名稱，其中信道名稱由發(fā)起者-接收者構(gòu)成。
[0011]為表明動作之間的聯(lián)系:所述步驟I對網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D中通信實(shí)體信道之間的鏈接關(guān)系分析如下:
[0012]步驟31、任選一個節(jié)點(diǎn)，從該節(jié)點(diǎn)為出發(fā)點(diǎn)通過節(jié)點(diǎn)連線尋找并記錄與該節(jié)點(diǎn)相連的所有節(jié)點(diǎn)；
[0013]步驟32、再以任意一個被連接的節(jié)點(diǎn)為出發(fā)點(diǎn)通過節(jié)點(diǎn)連線尋找并記錄與該節(jié)點(diǎn)相連的所有節(jié)點(diǎn)；
[0014]步驟33、通過上述方式遍歷所有的節(jié)點(diǎn)，并做如下處理:
[0015](I)刪去連線兩端的節(jié)點(diǎn)名稱相同的多余記錄，僅保留一個；
[0016](2)對多個節(jié)點(diǎn)與虛節(jié)點(diǎn)連接共用一個信道的現(xiàn)象，對此信道用所有與此虛節(jié)點(diǎn)連接的節(jié)點(diǎn)名稱表示；
[0017](3)對所有不與虛節(jié)點(diǎn)連接的信道，用此信道兩端的節(jié)點(diǎn)名稱表示。
[0018]為清晰表明各元素的信息:所述UML順序圖中的元素信息包括發(fā)送消息和返回消息的標(biāo)識，通信動作名稱、通信動作中條件的格式。
[0019]本發(fā)明的方法利用UML順序圖描述的協(xié)議交互規(guī)則，用拓?fù)鋱D來描述各個通信主體間連接關(guān)系，然后依據(jù)順序圖和拓?fù)鋱D生成通信交互動作鏈圖，在動作鏈圖中表現(xiàn)通信主體、信道、接收、發(fā)送、狀態(tài)和條件等通信協(xié)議信息。該方法能完備描述協(xié)議交互規(guī)則，并且清晰明了，可以為后續(xù)的形式化分析或其他自動化分析提供條件。本發(fā)明通過定義和使用動作鏈圖元素“通信主體、信道、動作鏈條件、動作對連接、消息發(fā)送動作、消息接收動作、Begin、End”和按照狀態(tài)和條件串接動作鏈，達(dá)到精確、圖形化地描述協(xié)議交互規(guī)則，而且能夠從通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D中根據(jù)沖突區(qū)域識別信道的方法。通過帶信道的動作鏈，在驗(yàn)證活動中可由此識別可能發(fā)生相互沖突的并發(fā)動作，可在此基礎(chǔ)上驗(yàn)證協(xié)議中對動作執(zhí)行條件對這種沖突的控制。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1本發(fā)明的流程示意圖；
[0021]圖2本發(fā)明中開始圖式示意圖；
[0022]圖3本發(fā)明中結(jié)束圖式示意圖；
[0023]圖4本發(fā)明中動作對圖式示意圖；
[0024]圖5本發(fā)明的動作對圖式鏈接示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]本發(fā)明的方法是在現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)對原始通信進(jìn)行了 UML順序圖和拓?fù)鋱D處理，在此兩圖的基礎(chǔ)上進(jìn)行簡化和動作鏈的表示。如圖1所示，本發(fā)明的基于UML順序圖利用動作鏈描述網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的圖示方法，包括下述步驟:[0026]101、首先分析UML順序圖中的各元素信息以及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D中信道通信實(shí)體之間信道的鏈接關(guān)系；
[0027]其中UML順序圖中的元素信息包括發(fā)送消息和返回消息的標(biāo)識，通信動作名稱、通信動作中條件的格式。
[0028]對象消息(object message),在UML順序圖中表示為實(shí)箭線；
[0029]返回消息(return message),在UML順序圖中表示為虛箭線。
[0030]通信動作名稱:“ ID (動作標(biāo)識)-Send (消息)”或“ ID (動作標(biāo)識)-1f (條件)-Send (消息)”；
[0031]通信動作名稱中條件的描述格式:通信動作名稱中的條件可以是單個條件元素，也可以是用“并且”和“或者”對條件元素的組合。
[0032]條件元素格式:“ID(相關(guān)動作標(biāo)識)I成功失敗”；
[0033]條件元素組合時(shí)，使用的組合符號和運(yùn)算規(guī)則與C語言一致，SP:
[0034]- “&&”為與，表示“并且”；
[0035]- “I I”為或，標(biāo)識“或者”；
[0036]-“ [] ”中括號為邏輯運(yùn)算優(yōu)先次序控制符號。
[0037]在UML順序圖中，消息名稱和執(zhí)行條件可以重名，在本發(fā)明中為簡化圖式，需要對此進(jìn)行處理，此外在標(biāo)準(zhǔn)UML順序圖中對動作名稱也未注明執(zhí)行條件，但在本發(fā)明中為清晰表示動作需要對此做出注明。
[0038]對拓?fù)鋱D中通信實(shí)體信道之間的鏈接關(guān)系分析如下:
[0039]首先任選一個節(jié)點(diǎn)，從該節(jié)點(diǎn)為出發(fā)點(diǎn)通過節(jié)點(diǎn)連線尋找并記錄與該節(jié)點(diǎn)相連的所有節(jié)點(diǎn)；如任選一節(jié)點(diǎn)K，從該節(jié)點(diǎn)出發(fā)尋找與該節(jié)點(diǎn)相關(guān)的所有節(jié)點(diǎn)連線記為Ki，任選一條上一步驟中找出的節(jié)點(diǎn)連線，尋找連線另一端的節(jié)點(diǎn)，記為Ki〈K，G>其中G為節(jié)點(diǎn)連線另一端節(jié)點(diǎn)，重復(fù)上一步驟直至與節(jié)點(diǎn)K相關(guān)的節(jié)點(diǎn)連接線的另一端節(jié)點(diǎn)都尋找到。
[0040]再以任意一個被連接的節(jié)點(diǎn)為出發(fā)點(diǎn)通過節(jié)點(diǎn)連線尋找并記錄與該節(jié)點(diǎn)相連的所有節(jié)點(diǎn)；即從分析出的另一端節(jié)點(diǎn)中任選一節(jié)點(diǎn)依據(jù)前述步驟，尋找此節(jié)點(diǎn)連線及此節(jié)點(diǎn)連線的所有另一端節(jié)點(diǎn)。
[0041]重復(fù)上述步驟直至所有節(jié)點(diǎn)遍歷完成。當(dāng)遇到兩條節(jié)點(diǎn)連線其兩端的節(jié)點(diǎn)名稱相同(沒有順序)則舍去其中一條，即刪去連線兩端的節(jié)點(diǎn)名稱相同的多余記錄，僅保留一個。對多個節(jié)點(diǎn)與虛節(jié)點(diǎn)連接共用一個信道的現(xiàn)象，對此信道用所有與此虛節(jié)點(diǎn)連接的節(jié)點(diǎn)名稱表示；如，與虛節(jié)點(diǎn)L相連的所有節(jié)點(diǎn)的線段，這些線段共享一條信道，記為〈節(jié)點(diǎn)名、節(jié)點(diǎn)名、節(jié)點(diǎn)名……>，其中節(jié)點(diǎn)名為各個線段的非虛端點(diǎn)。對所有不與虛節(jié)點(diǎn)連接的信道，用此信道兩端的節(jié)點(diǎn)名稱表示，其中兩個節(jié)點(diǎn)間的每條線段為一條信道，記為〈節(jié)點(diǎn)名，節(jié)點(diǎn)名〉。其中節(jié)點(diǎn)名為線段的端點(diǎn)。
[0042]102、根據(jù)分析結(jié)果，建立表示協(xié)議起點(diǎn)的起始圖式和表示協(xié)議結(jié)尾的結(jié)束圖式；
[0043]此步是為建立一個新的動作鏈圖做準(zhǔn)備，在新動作鏈圖中，需要設(shè)置一個開始動作點(diǎn)和一個結(jié)束動作點(diǎn)，其中開始動作點(diǎn)和結(jié)束動作點(diǎn)用圖式的方法表示，如圖2、3所示。
[0044]103、在起始圖式和結(jié)束圖式之間設(shè)置帶有動作發(fā)起者和信道標(biāo)識信息的發(fā)起者圖式，以及帶有對應(yīng)信道標(biāo)識和動作接收者信息的接收者圖式，發(fā)起者圖式和接收者圖式之間通過指示方向的箭頭連接形成動作對圖式。[0045]由于在UML順序圖中，是由上到下依次處理每個涉及到的通信動作，而本發(fā)明的動作鏈圖需要在表示出執(zhí)行順序的情況下標(biāo)明網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的方式及信息，根據(jù)前面步驟中識別出的信道名〈節(jié)點(diǎn)名、節(jié)點(diǎn)名、節(jié)點(diǎn)名……>或〈節(jié)點(diǎn)名，節(jié)點(diǎn)名〉中，建立相應(yīng)的圖式，如圖4所示，本發(fā)明用動作對圖式來標(biāo)明一個信息的發(fā)起者、采用的信道和接收者的信息，其中的動作對圖式包括發(fā)起者圖式和接收者圖式，以分別表示信息的來源和去處，具體的發(fā)起者圖式中包括信息發(fā)起者的名稱，此次發(fā)送的消息名稱以及使用的信道的名稱，其中信道的名稱用涉及到的發(fā)起者和接收者的名稱表示；而同一個動作對圖式中的接收者圖式內(nèi)容包括同樣由信息發(fā)起者和接收者名稱表示的信道名稱，信息名稱以及接收信息的接收者名稱，其中發(fā)起者圖式和接收者圖式中的信息名稱都帶有指明信息流動方向的箭頭。
[0046]在一個動作對圖式中的相關(guān)信息由前面101步驟中獲取的UML順序圖中的信息確定，在本發(fā)明中，根據(jù)信道名稱中同時(shí)存在的發(fā)起者和接收者名稱，來確認(rèn)該信道位于動作對圖式中相應(yīng)位置。其中通信動作發(fā)起者是指UML順序圖中箭線起點(diǎn)所在的實(shí)體，發(fā)起者名稱即為該實(shí)體的名稱；而通信接受方是指UML順序圖中箭線終點(diǎn)所在的實(shí)體，接受方名稱即為該實(shí)體的名稱。UML順序圖中的“動作ID”為以ID開頭的短語中，隨后緊鄰小括號中的內(nèi)容；“消息名稱”為以Send開頭的短語中，隨后緊鄰小括號中的內(nèi)容；“執(zhí)行條件”:為以if開頭的短語中，隨后緊鄰小括號中的內(nèi)容，在分析時(shí)，將執(zhí)行條件拆解為條件元素，按C語言的語法分析過程執(zhí)行，此為現(xiàn)有技術(shù)這里不再說明。根據(jù)上述方式按UML順序圖將所有信息傳送方式都用相應(yīng)的動作對圖式表示出來。
[0047]104、根據(jù)UML順序圖中的執(zhí)行順序以及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D中的連接關(guān)系按信號的流向，從開始圖式起將相應(yīng)的動作對圖式用指示箭頭連接，在所述指示箭頭上標(biāo)明動作條件，直至最后一個動作對圖式與結(jié)束圖式連接。
[0048]將各動作對圖式用相應(yīng)指示箭頭連接在一起，而每個動作對圖式中內(nèi)容表明了此時(shí)信息的流向以及信息的內(nèi)容，而箭頭在表示連接關(guān)系的同時(shí)，也指明了當(dāng)前動作對圖式的鏈接形式，使得當(dāng)前信息的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議內(nèi)容一目了然。為了更清晰的表示當(dāng)前動作對圖式之間的連接關(guān)系，在連接各動作對圖式的箭頭連線上標(biāo)明此時(shí)信息動作執(zhí)行的條件。
[0049]以下為本發(fā)明的一個具體實(shí)現(xiàn)的例子。
[0050]例1、在UML順序圖中，A發(fā)送信息X給B，B收到后如果正確，則向A發(fā)送確認(rèn)信息Y，如果不正確則向A發(fā)送錯誤確認(rèn)消息Z，當(dāng)A接收到Y(jié)時(shí)，協(xié)議停止，當(dāng)A接收到Z時(shí)，A重新發(fā)送消息X給B。上述內(nèi)容用本發(fā)明的動作對圖式鏈接后如圖5所示，當(dāng)一個動作對圖式到另一個動作對圖式具有動作條件時(shí)，就將相應(yīng)的動作條件標(biāo)注在兩者的指向箭頭上。
[0051]以上所述僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例公開如上，然而并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本專利的技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)，當(dāng)可利用上述提示的技術(shù)內(nèi)容作出些許更動或修飾為等同變化的等效實(shí)施例，但凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明方案的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于UML順序圖和拓?fù)鋱D描述網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的圖示方法，其特征在于，包括下述步驟: 步驟1、首先分析UML順序圖中的各元素信息，以及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D中信道信實(shí)體之間信道的鏈接關(guān)系； 步驟2、根據(jù)分析結(jié)果，建立表示協(xié)議起點(diǎn)的起始圖式和表示協(xié)議結(jié)尾的結(jié)束圖式； 步驟3、在起始圖式和結(jié)束圖式之間設(shè)置帶有動作發(fā)起者和信道標(biāo)識信息的發(fā)起者圖式以及帶有對應(yīng)信道標(biāo)識和動作接收者信息的接收者圖式，發(fā)起者圖式和接收者圖式之間通過指示方向的箭頭連接形成動作對圖式； 步驟4、根據(jù)UML順序圖中的執(zhí)行順序以及拓?fù)鋱D中的連接關(guān)系按信號的流向，從開始圖式起將相應(yīng)的動作對圖式用指示箭頭連接，在所述指示箭頭上標(biāo)明動作條件，直至最后一個動作對圖式與結(jié)束圖式連接。
2.如權(quán)利要求1所述的圖示方法，其特征在于，所述發(fā)起者圖式中包括動作發(fā)起者的名稱、當(dāng)前發(fā)送信息的名稱及流動方向、當(dāng)前使用的信道名稱，所述接收者圖式中包括當(dāng)前使用的信道名稱、當(dāng)前發(fā)送信息的名稱及流動方向、動作接收者的名稱，其中信道名稱由發(fā)起者-接收者構(gòu)成。
3.如權(quán)利要求1所述的圖示方法，其特征在于，所述步驟I對拓?fù)鋱D中通信實(shí)體信道之間的鏈接關(guān)系分析如下: 步驟31、任選一個節(jié)點(diǎn)，從該節(jié)點(diǎn)為出發(fā)點(diǎn)通過節(jié)點(diǎn)連線尋找并記錄與該節(jié)點(diǎn)相連的所有節(jié)點(diǎn)； 步驟32、再以任意一個被連接的節(jié)點(diǎn)為出發(fā)點(diǎn)通過節(jié)點(diǎn)連線尋找并記錄與該節(jié)點(diǎn)相連的所有節(jié)點(diǎn)； 步驟33、通過上述方式遍歷所有的節(jié)點(diǎn)，并做如下處理: (1)刪去連線兩端的節(jié)點(diǎn)名稱相同的多余記錄，僅保留一個； (2)對多個節(jié)點(diǎn)與虛節(jié)點(diǎn)連接共用一個信道的現(xiàn)象，對此信道用所有與此虛節(jié)點(diǎn)連接的節(jié)點(diǎn)名稱表不; (3)對所有不與虛節(jié)點(diǎn)連接的信道，用此信道兩端的節(jié)點(diǎn)名稱表示。
4.如權(quán)利要求1所述的圖示方法，其特征在于，所述UML順序圖中的元素信息包括發(fā)送消息和返回消息的標(biāo)識，通信動作名稱、通信動作中條件的格式。
【文檔編號】H04L29/06GK103647765SQ201310631137
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年11月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月29日
【發(fā)明者】周小波, 孫王強(qiáng), 趙云飛, 龍威 申請人:北京廣利核系統(tǒng)工程有限公司, 中國廣核集團(tuán)有限公司