基于状态图转形式化B模型的安全苛求系统开发方法

形式化方法精确且严格,较多应用于安全苛求系统开发,但目前仍存在学习成本高、使用复杂、重用性低等问题。常用的非形式化状态图模型虽易于使用却缺乏严格验证。针对这些问题,提出一种将状态图SCXML模型转译为形式化B模型的模型转化方法,从而结合状态图的易用性降低在安全苛求软件系统开发过程中使用形式化方法的复杂度。该转译方法分为映射规则、同步语义和程序实现3个部分,以保证自动转译后的模型自身含义与基础语义不变。在平交道口控制系统开发案例分析中,该方法根据图元模型自动生成了对应形式化模型,通过对形式化模型的分析改进系统在功能安全、数据安全、隐藏分支3个方面的非安全因素,并保证从需求至模型的一致性,证明了该方法可降低形式化方法建模难度,提高软件系统的正确性、可靠性与安全性。

UML到Event-B的系统化转换方法

在面向对象的软件开发中,UML已经成为事实上的建模标准。然而,UML虽然直观容易理解和应用,却存在着不精确的语义,而且UML是一种半形式化的建模语言,无法进行形式化的验证。Event-B是一种基于大量数学谓词逻辑的形式化方法,虽然精确却难以理解和应用。因此,如何结合UML图和Event-B方法的优点是研究的重点,以往的方法都是基于UML零散图到Event-B的转换,缺乏系统的转换方法。系统性的转换方法可以实现UML中的元素与Event-B中的元素相对应统一。一般的软件系统是中型系统,中型系统采用用例图、类图、状态图和顺序图这四种图就可以很好地表达清楚,有了上述的四种图,软件生命周期的需求获取、分析、设计、详细设计就可以完全表达清楚。文章中分别给出了这四种图到Event-B的转换方法,并将该系统的转换方法应用到对安全性和可靠性要求较高的电梯控制系统中。基于该实例的研究,验证了UML到Event-B系统性转换方法的可行性和有效性。UML到Event-B的系统转换方法不仅有利于UML的精确化和软件从业人员的使用,而且增强了形式化方法的可理解性,有利于形式化方法的推广和应用。

UML状态机到B形式化规约的转换

文章研究在高可信软件工程中集成形式化方法。以软件设计的UML状态机模型为起点,将其转换为B形式化模型,然后在B工具环境中遵循B方法的精化原则和正确性验证方法,开发出可靠的实现模型。提出一套从UML状态机到B形式化规约的转换规则,涵盖UML基本状态图、分层状态图和并发状态图。实例分析表明,这套转换规则行之有效。

形式化方法B及其程序规约机理

用形式化方法开发软件是提高软件可靠性和生产效率的革命性途径,是实现软件自动化的关键。文章针对B方法,介绍了其产生的历史背景,分析了其程序规约机理,并结合实例给出了B方法中抽象机的具体运用,对该方法的特点进行了评述。

基于B的UML形式化需求分析

为了消除软件需求中存在的不完整性、二义性和不一致性,可以用形式化方法描述软件需求;但是,形式化描述需要很强的专业知识,这样严重阻碍其广泛应用。为了使形式化描述简单、易行,提出了一种从UML试图转化为B形式化需求的一种新的实现方法,该方法通过在实际的项目中应用,取得了一定的效果。

形式化方法Designware、B的比较

用形式化方法开发软件是提高软件可靠性和开发效率的革命性途径。Designware、B是两种支持软件开发全过程的形式化方法。对它们的规约描述方法、规约求精方式、开发步骤进行比较,最后分析这两种方法各自的优缺点。

OCL数据类型到B形式化规约的转换

研究了UML模型到B形式化规约的转换。提出了一套从OCL数据类型及定义在这些数据类型上的操作到B AMN的转换规则。OCL的Boolean类型和Integer类型分别对应于B中的BOOL类型和Z类型;OCL中的String类型需用B抽象机器重新定义新的数据类型Char_TYPE和String_TYPE来进行规约;OCL中的REAL类型采用B中的记录表达式进行近似模拟;OCL中的Collection类型(包括Set,Orderedset,Bag,Sequence)用B语言中的set,sequence,tree等进行近似模拟。

UML状态图到形式化B语言转换的实例研究

使用UML中的状态图可以帮助描绘生物领域中碰到的很多问题,而形式化B方法能为生物系统建模并提供严格的证明,UML和B的结合可产生一种形式化的UML,并精确地用B方法建模。对免疫因子网络中T细胞免疫状态的UML状态图进行了两种方法的形式化,并进行了比较。

B语言和方法与Z、VDM的比较

1 引言形式化方法是建立在严格数学基础上的软件开发方法。软件开发的全过程中,从需求分析、规格说明、设计、编程、系统集成、测试、文档生成直至维护各阶段,凡是采用严格的数学语言、具有精确的数学语义的方法都称为形式化方法。形式化方法的一个重要研究内容是形式规格说明,即用具有精确语义的形式化语言书写的程序功能描述,它是论证程序是否正确的依据。形式化方法需要形式规格说明语言的支持,也可以说形式化方法的关键在于形式规格说明语言。形式规格说明语言提供了一个称为语法域的记号系统和一个称为语义域的目标集合,以及一组精确地定义哪些目标系统满足哪个规格说明的规则。根据对目标软件系统进行说明的方式分三种规格说明语言:

集成CCS和B语言的形式化方法

本文尝试集成通信系统演算(CCS)和B语言,以扩展CCS在数据和操作定义方面的能力,以及B方法在描述并发系统方面的能力。集成后的形式化模型BCCS可以描述和分析系统的不同方面(结构、控制、数据和功能)和不同类型的系统(顺序、并发和分布式)。

基于Event-B的形式化建模关键技术研究

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。

基于B方法的Web Service组合描述和验证方法

对于Web Service及其组合来说,保证其组合的正确性是十分必要的。B方法是一个基于模型的形式化方法,有很强的结构化机制和很好的工具支持,对于建模和软件验证是一种有效的方法。该文基于B方法对Web服务及其组合进行了形式化建模,并能够利用B方法相对成熟和完善的模型检查工具,来完成模型的正确性验证。

基于形式语言B的一种新的时态规约方案

提出一套利用B方法中经典AMN记号表达时态规约的函数结构方案以支持实时软件系统的规约和验证。该方案中,时间类型表示为B方法中系统内部支持的非负整数集合,所有依赖于时间的变量都表示成定义域为时间的全函数。该方案可以方便地表达“过去”、“现在”、“稳定”、“跳变”等时态概念。定义了时间类型、“现在”以及与时间有关的变量的宏操作等抽象机,这些抽象机已经通过B工具的一致性验证,可以在实时系统的B形式化规约中直接使用。

基于改进Event-B建模的高速列车追踪运行仿真研究

针对铁路移动闭塞系统中高速列车间隔动态实时变化的特征,结合Agent理论对Event-B方法中Machine动态属性进行改进,提出一种基于Event-B建模方法的高速列车追踪运行模型。给出高速列车追踪运行形式化控制策略,研究运行过程中速度变化关系、不同发车间隔时间对高速铁路运营的影响,得到相应的定量与定性分析。仿真结果表明,该模型能够准确描述高速列车追踪运行机理,有助于列车间隔动态控制,具有较强的适用性。

一种状态图到B规格说明的自动转换方法研究实现

状态图是UML动态视图之一,主要描述对象的动态行为,但缺乏形式化的动态语义,不利于软件从需求到代码的自动化转换。B语言支持形式化规格说明,在MDA转换过程中,把UML状态图转换为B规格说明,可以使MDA中的需求表达得更为精确。基于此,提出了一种基于EMF的状态图到B规格说明的转换方法,设计了状态图和B抽象机的元模型,定义了元模型之间的转换规则,给出了该规则的ATL描述,最后在Eclipse平台实现了状态图到B规格说明的自动转化。该方法为MDA过程中获取形式化需求提供了一种新的途径。

基于通信顺序进程与B方法的CBTC计算机联锁系统的形式化建模与验证

针对CBTC联锁系统的复杂性,提出一种基于通信顺序进程(CSP)与B方法集成的形式化方法,即在通信顺序进程的通信事件与B方法抽象机的操作之间建立起一对一的映射关系,实现通信事件通过控制抽象机的操作、进而影响抽象机状态的目标,从而实现通信顺序进程和B方法之间的同步。以1个实际站场为例,采用B方法对具有复杂状态空间的CBTC联锁系统的逻辑状态运算建立抽象机,采用通信顺序进程对CBTC联锁系统与外部系统的并发交互行为建立进程,并通过映射关系使CBTC联锁系统的抽象机与外部交互行为进程同步,由此建立基于通信顺序进程与B方法的CBTC联锁系统的形式化模型。采用ProB工具对建立的CBTC联锁系统模型的安全性、无死锁性进行验证。发现并修改模型中的不一致、不完全、歧义等错误,从而验证了CBTC联锁系统的安全性和无死锁性,保证了系统的最终实现。

基于B方法的体系结构描述语言的形式化研究

通过分析B方法和软件体系结构描述语言ABC/ADL各自的特点,提出了一种两者结合的形式化方法。该方法利用B方法扩充的事件机制,定义软件体系结构描述语言的构件和连接子观察模型、行为规约和约束规约,并给出了规约实例,从而使得基于B方法的ABC/ADL能够形式化描述软件体系结构的结构和行为。

基于B方法的道岔控制系统形式化建模与验证

为解决目前安全苛求系统研发中的功能安全问题,以用于轨旁设备联锁控制的道岔控制系统为研究对象,基于系统需求规范,使用形式化软件开发方法(B方法)对系统的功能逻辑建立形式化模型,完成对需求规范、系统功能及决策过程的验证,最终生成C语言形式的可执行代码。在分析系统各类属性与联锁逻辑关系的基础上,使用一阶逻辑和公理化集合论的数学方式,严格定义系统各层的B语言模型。通过对不变式的证明义务进行证明,验证系统中的安全、时间特性,检查出需求规范中的缺陷,提出增强系统稳健性的改进方案,进一步修正系统设计原型。通过不变式冲突和死锁检验进一步确认系统的正确性。研究表明,在所有证明义务通过机器自动证明和手动交互式证明的验证后,B模型自动生成的C代码能够正常运行并且功能满足实际联锁需求。将形式化方法应用于系统开发的全过程,所使用的技术路线及开发方法可以有效提高道岔控制系统的安全可靠性,并减少编码阶段工作量,对其他安全苛求系统的开发有重要参考意义。

基于Event-B和Rodin开展形式化软件工程教学

形式化软件工程是软件工程的重要组成部分。Event-B方法是一种软件形式化开发方法,Rodin是支持Event-B方法的开放工具集。基于Event-B方法和Rodin开展形式化软件工程教学,有益于学生正确理解精化等重要的软件工程概念,理解并掌握开发可信软件的方法,是软件工程教学的重要补充。

基于B方法的轨道交通控制系统配置数据的形式化验证

轨道交通控制系统对安全性和可靠性要求极高,其正常运行依赖于正确的配置数据,因而采用有效的方法保证配置数据的正确性显得十分重要。以轨道交通控制系统的配置数据为研究对象,选取道岔、信号机、轨道区段、进路等站场型信号设备数据为研究案例,基于各个配置数据的站场型数据结构,先用自然语言描述各个配置数据和配置数据需要满足的静态规则,再使用B语言形式规约各个配置数据及其所需要满足的静态规则,建立静态形式化模型,最后使用ProB模型检验工具,验证分析已生成的各个配置数据是否满足静态规则。验证结果表明,使用B方法对轨道交通控制系统配置数据进行形式化验证,有效提高配置数据正确性,进而为轨道交通控制系统的正常运行提供可靠保障。