一个基于形式化方法的系统安全性建模分析实例研究

随着安全关键性系统的日益复杂,如何提高安全关键系统的安全性成为急需解决的问题.基于形式化模型的复杂系统设计与分析是一种重要的安全性分析方法.本文工作对AIR6110标准中的机轮刹车实例系统进行了基于形式化方法的安全性分析研究,包括:在系统模型设计层级对机轮刹车系统(WBS)的架构进行层次化分析,将自然语言描述的WBS系统功能用形式化语言(AADL的子集SLIM)进行严格的建模描述,消除AIR6110标准中自然语言描述存在的需求语义的二义性,从而建立了WBS系统的形式化模型;考虑系统可能发生的故障并设计多种类的故障模式,基于这些故障模式对建立的形式化功能模型进行失效行为语义的扩展,然后对获得的扩展系统模型进行安全性分析.实例分析论证了基于模型的安全性分析方法在工业系统中的有效性和实用性.

面向SysML的系统安全性分析工具与实例研究

基于模型的安全性分析方法能够提高对目前复杂安全关键系统的建模与分析能力。系统建模语言(System Modeling Language,SysML)是一类在工业领域被广泛应用的非形式化系统功能建模语言,AltaRica是面向系统安全性分析的形式化建模语言。针对国内目前缺乏面向SysML的系统安全性分析工具的现状,设计实现了一个面向SysML的系统安全性分析工具并进行了实例研究。首先建立了SysML设计模型到AltaRica分析模型的映射规则;同时根据映射规则设计算法实现两种模型的自动转换,并集成了Altarica的分析引擎对系统模型进行自动化安全性分析;最后以SAE-AIR6110标准中的一个复杂的机轮刹车系统(Wheel Brake System,WBS)为实例,验证了所提工具的可行性和有效性。实验结果表明,对于包含25个组件类型、34个组件实例的复杂系统,该工具可有效地完成SysML模型到AltaRica模型的转换并进行正确的安全性分析。

安全关键系统需求形式化建模分析实例研究

近年来,基于模型的安全性分析技术(MBSA)在航空等领域有着广泛应用,因此对以xSAP安全分析平台为核心,基于MBSA的系统安全性评估方法进行了研究,并通过一个真实的综合航电系统GarminG1000的自动飞行控制系统(AFCS)GFC700为实例来详细介绍。该方法的实现包括使用NuSMV形式化语言对系统进行需求建模,根据系统设计故障模式,在NuSMV模型中注入故障事件,使用xSAP对NuSMV需求模型进行模型扩展得到故障扩展模型,以及对故障扩展模型进行故障分析及系统安全性评估,例如生成故障树及FMEA表等。从分析结果来看,使用xSAP平台对实际系统进行基于模型的系统安全分析是行之有效的。

一种AltaRica3.0模型到NuSMV模型的转换方法

AltaRica 3.0是一类面向复杂关键系统的安全性建模与分析语言,缺乏时态属性的模型检验技术,不支持穷尽式的空间检验,而NuSMV支持穷尽式的模型检验技术,因此对AltaRica 3.0模型进行扩展,提出了基于语言解析器生成器ANTLR(Another Tool for Language Recognition)的AltaRica 3.0模型到NuSMV模型的转换规则和算法。首先,利用ANTLR构建AltaRica 3.0平展化GTS模型的AST(Abstract Syntax Tree);其次,设计语言结构转换规则,显示AltaRica 3.0和NuSMV之间的行为语义对应关系;然后,设计转换算法G2N,在遍历AST时,G2N对结点存储的GTS模型语言信息进行获取和转换,在保留语义的情况下,通过不断地遍历转换过程来获取转换后的NuSMV文件;最后,以需求工程中的4个典型案例为例进行实验分析,验证了G2N的有效性和需求模型的安全性。实验结果表明,G2N算法可以在词法和语法层次上完成AltaRica 3.0模型到NuSMV模型的转换工作。