检索结果-内蒙古大学图书馆

系统工程与电子技术 2022年第4期44卷 1282-1290页

作者：刘嘉琛董磊赵长啸陈泓兵中国民航大学安全科学与工程学院天津300300 中国民航大学民航航空器适航审定技术重点实验室天津300300 天津市民用航空器适航与维修重点实验室天津300300

针对可重构分布式综合模块化航空电子(distributed integrated modular avionics,DIMA)系统在设计初期缺少仿真与验证手段的问题,首先分析了可重构DIMA软件体系的架构特征以及支持动态重构的层次化通用系统管理(generic system manageme... 详细信息

针对可重构分布式综合模块化航空电子(distributed integrated modular avionics,DIMA)系统在设计初期缺少仿真与验证手段的问题,首先分析了可重构DIMA软件体系的架构特征以及支持动态重构的层次化通用系统管理(generic system management,GSM)的组件功能划分。然后,使用架构分析与设计语言(architecture analysis and design language,AADL)及其相关附件对DIMA动态重构的架构基础、行为细节等要素进行建模。在此基础上,设计了一种基于形式化定义的模型转换规则,该规则将AADL动态重构模型转换成可执行的时间自动机模型。最后,利用模型验证工具UPPAAL验证了可重构DIMA系统逻辑及时序的正确性和不安全控制行为的可达性。结果表明,所提方法具有可行性和有效性,并且能够为后续DIMA动态重构的形式化安全性评估提供模型基础。

关键词：分布式综合模块化航空电子动态重构架构分析与设计语言形式化方法仿真验证

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软硬件综合AADL可靠性建模及分析方法

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软件学报 2022年第8期33卷 2995-3014页

作者：陆寅秦树东郭鹏董云卫西北工业大学计算机学院陕西西安710072 南京航空航天大学计算机科学与技术学院江苏南京211106 中国航空工业集团公司西安航空计算技术研究所陕西西安710068

目前嵌入式系统广泛应用于航空电子、远程医疗、汽车电子等具有高可靠性要求的系统中.随着嵌入式系统的复杂度越来越高,为了保障系统的高可靠性需求,需要在系统开发的早期设计阶段对系统的可靠性进行分析评估,以提高系统的开发效率.嵌... 详细信息

目前嵌入式系统广泛应用于航空电子、远程医疗、汽车电子等具有高可靠性要求的系统中.随着嵌入式系统的复杂度越来越高,为了保障系统的高可靠性需求,需要在系统开发的早期设计阶段对系统的可靠性进行分析评估,以提高系统的开发效率.嵌入式系统中软硬件功能的失效都会对系统可靠性产生影响,而AADL的可靠性模型缺乏对硬件构件错误的影响及传播机制进行刻画分析的能力.综合考虑软硬件错误发生失效后对系统可靠性的影响,提出了一种面向系统架构级别的软硬件综合可靠性分析方法.该方法基于电子电路设计中事务级建模方法,扩展了AADL事务级错误模型的语法和语义,来支持AADL对硬件构件错误传播的硬件功能行为建模,在此基础上,利用AADL模型实例化机制实现对嵌入式系统可靠性建模,刻画了错误行为在硬件构件之间、软硬件构件之间的传播与影响.同时,定义了AADL硬件构件事务级错误模型到广义随机Petri网模型的映射规则,实现了系统软硬件综合的可靠性行为仿真计算模型组合,支持嵌入式系统的软硬件综合可靠性分析.开发了软硬件综合可靠性建模与分析工具原型,并以某型飞机空气增压系统为例,在航空电子系统架构设计中进行尝试,验证了该方法在复杂嵌入式系统设计中进行软硬件综合可靠性分析的可行性与优越性.

关键词：架构分析与设计语言复杂嵌入式系统事务级错误模型软硬件综合可靠性分析

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基于AADL的综合模块化航空电子通信调度分析与建模

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南京航空航天大学学报 2015年第4期47卷 497-507页

作者：孙毅刚李浩赵珍樊智勇中国民航大学航空自动化学院天津300300 中国民航大学工程训练中心天津300300

针对具有最终配置信息的综合模块化航空电子(Integtated modular avionics,IMA)系统的通信调度问题,分析了IMA系统网络中通信调度流的产生、特性以及表示方式,并通过实例分析通信调度的生成表示过程。在此基础上,基于架构分析与设计语言... 详细信息

针对具有最终配置信息的综合模块化航空电子(Integtated modular avionics,IMA)系统的通信调度问题,分析了IMA系统网络中通信调度流的产生、特性以及表示方式,并通过实例分析通信调度的生成表示过程。在此基础上,基于架构分析与设计语言(Architecture analysis and design language,AADL),对实例中的通信流进行建模,并进行实例化,得到端口连接一致性检测报告,验证了文中通信流模型的可行性和有效性。

关键词：综合模块化航空电子通信调度通信流架构分析与设计语言

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基于AADL的IoP系统可靠性评估方法

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计算机工程 2022年第1期48卷 204-213页

作者：施小东勉治宝高亚晴北方民族大学计算机科学与工程学院银川750021 西北师范大学计算机科学与工程学院兰州730070

人联网(IoP)系统的架构复杂且存在海量、实时变化的数据,使得基于IoP系统的可靠性分析变得十分困难,目前仍缺乏一种健全的基于IoP系统的可靠性建模及评估方法。提出一种新型的IoP系统可靠性评估方法,利用AADL及其附件语言对IoP系统进行... 详细信息

人联网(IoP)系统的架构复杂且存在海量、实时变化的数据,使得基于IoP系统的可靠性分析变得十分困难,目前仍缺乏一种健全的基于IoP系统的可靠性建模及评估方法。提出一种新型的IoP系统可靠性评估方法,利用AADL及其附件语言对IoP系统进行可靠性建模,并基于该模型从定性角度评估系统故障的根本原因和风险。此外,结合Ocarina模型转换技术提出一种基于连续时间马尔科夫链(CTMC)的定量评估算法,将AADL可靠性模型转换为CTMC模型,实现对系统动态、实时等特性的评估。在此基础上,设计一个IoP系统通用模型,并以此为案例验证所提方法的可行性。实验结果表明,该方法不仅能对IoP系统建模,而且能自动、准确地对其进行可靠性分析,具有良好的应用价值。

关键词：人联网架构分析与设计语言可靠性建模及分析连续时间马尔科夫链 Ocarina模型转换

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一种AADL系统可靠性模型转换方法

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计算机工程 2011年第14期37卷 21-26页

作者：高磊董云卫张凡王广仁西北工业大学计算机学院西安710129

在原有构件依赖关系的基础上,提出一种架构分析与设计语言(AADL)系统可靠性模型的转换方法。该方法对AADL嵌入式系统体系结构进行可靠性建模,实现AADL可靠性模型到广义随机Petri网(GSPN)可靠性计算模型的转换。研究表明,该方法使AADL可... 详细信息

在原有构件依赖关系的基础上,提出一种架构分析与设计语言(AADL)系统可靠性模型的转换方法。该方法对AADL嵌入式系统体系结构进行可靠性建模,实现AADL可靠性模型到广义随机Petri网(GSPN)可靠性计算模型的转换。研究表明,该方法使AADL可靠性模型向GSPN模型的转换规则更加完备,能对嵌入式系统的可靠性进行准确与全面的分析与评估。

关键词：架构分析与设计语言广义随机Petri网可靠性模型模型装换规则可靠性评估

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败血症MCPS建模与验证

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计算机仿真 2023年第6期40卷 348-355页

作者：谭朋柳李梦嘉南昌航空大学软件学院江西南昌330000

败血症病理复杂,在公共医疗资源稀缺和分布不均的现状下,其发病率和死亡率居高不下,耗费了大量社会资源,社会关注度较高。随着现代医学的发展,败血症定义及诊断标准达成国际共识,有待临床推广和普及。作为时间敏感性疾病,尽早识别和早... 详细信息

败血症病理复杂,在公共医疗资源稀缺和分布不均的现状下,其发病率和死亡率居高不下,耗费了大量社会资源,社会关注度较高。随着现代医学的发展,败血症定义及诊断标准达成国际共识,有待临床推广和普及。作为时间敏感性疾病,尽早识别和早期干预可以有效改善败血症预后。面向医疗的信息物理融合系统(Medical Cyber Physical System, MCPS)改变了传统医疗场景下医生和病人的交互方式,通过传感器等硬件设备采集实时医疗数据,并根据构建好的医学知识模型处理采集到的信息,为医护人员提供辅助诊疗和操作引导,提升了医疗服务的效率和质量,节省了医疗资源并缩短了地域医疗水平差异。依据与败血症相关的医学知识抽象出败血症的信息化模型,并结合MCPS技术建立败血症MCPS模型,重点验证败血症MCPS模型的准确性和实时性等属性。败血症MCPS模型对于MCPS技术的发展和完善具有重要意义,对于败血症诊疗效率优化、预后改善的实现提供了理论研究。

关键词：医疗信息物理融合系统败血症架构分析与设计语言疾病模型

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安全关键系统AADL架构安全性分析方法研究

安全关键系统AADL架构安全性分析方法研究

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作者：魏晓敏西北工业大学

学位级别：博士

广泛应用于航空、航天、核能等关键信息领域的复杂实时嵌入式系统被称为安全关键系统。安全关键系统必须要保证系统安全性,但是,系统设计缺陷会导致系统内部随机错误和永久错误,同时,许多安全关键系统常常在恶劣的环境中运行,不可避免... 详细信息

广泛应用于航空、航天、核能等关键信息领域的复杂实时嵌入式系统被称为安全关键系统。安全关键系统必须要保证系统安全性,但是,系统设计缺陷会导致系统内部随机错误和永久错误,同时,许多安全关键系统常常在恶劣的环境中运行,不可避免的会受到外部的干扰而产生错误。由错误进一步可以导致失效,甚至事故的发生,可能造成灾难性的后果。安全性分析与评估是安全关键系统开发过程中保证系统安全性的重要步骤,安全性评估是使用安全性分析方法对系统安全性做出评判。在系统设计阶段识别安全性问题并修正系统设计,相较于在系统开发的后期阶段识别与修正,可以极大的降低开发成本,而且能够从系统整体的角度上提高系统安全性。架构分析与设计语言(Architecture Analysis and Design Language,简称AADL)可以为安全关键系统建立运行时架构和刻画非功能属性等。因此,本文主要研究安全关键系统AADL安全性模型设计方法和安全性分析方法。本文的主要工作体现在如下几个方面:1、针对AADL及其错误模型附录(Error Model Annex,简称EMA)在安全性建模方面的不足,创建了危险模型附录(Hazard Model Annex,简称HMA)。基于AADL、EMA和HMA提出了AADL安全性模型设计方法,并为AADL安全性模型制定了形式化定义,以支持后文提出的安全性分析与评估方法。2、针对安全关键系统中的永久错误和随机错误行为,提出了AADL架构安全性定性分析方法,研究从AADL安全性模型到确定性随机Petri网(Deterministic Stochastic Petri-Net,简称DSPN)的映射关系,制定了转换规则和模型组装方法。实验表明该方法可以有效的分析系统安全性。3、针对安全关键系统会受到外部环境危害以及运行过程中突发错误(error burst)的发生频率很高的问题,分别提出了面向安全关键系统高层级和低层级AADL架构的安全性定量分析方法。以随机多人博弈(Stochastic Multi-player Game,简称SMG)理论分析高层级架构中系统与环境之间的竞争;扩展了AADL线程执行状态机,以离散时间马尔科夫链(Discrete Time Markov Chain,简称DTMC)理论分析低层级架构中系统运行和错误发生过程。提出了基于AADL安全性模型生成SMG和DTMC模型的方法,进而综合概率模型检验技术进行安全性分析。实验表明,提出的方法可以分析外部环境对系统安全性的影响,以及随机错误和突发错误行为对系统安全性的影响。4、大多数安全性评估方法没有包含明确的失效概率分配方法,针对AADL架构特性提出了AADL架构失效概率分配方法。综合本文提出的可分析模型(DSPN和DTMC等)生成方法,提出了AADL架构安全性评估方法。实验以及安全性评估方法对比分析说明了提出的安全性评估方法的有效性,可作为实际应用的参考方法。

关键词：架构分析与设计语言安全关键系统安全性分析危险模型安全性评估

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基于AADL的分布式综合模块化航电系统架构建模与分析

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电光与控制 2020年第2期27卷 64-69,97页

作者：邢亮航空工业西安航空计算技术研究所

针对分布式综合模块化航空电子(DIMA)系统设计的早期验证问题,分析了架构分析与设计语言(AADL)和DIMA架构特征,以项目架构设计实例为输入,对DIMA系统进行了架构和模块间通信建模。在此基础上,对实例中的处理器资源利用率、分区/任务的... 详细信息

针对分布式综合模块化航空电子(DIMA)系统设计的早期验证问题,分析了架构分析与设计语言(AADL)和DIMA架构特征,以项目架构设计实例为输入,对DIMA系统进行了架构和模块间通信建模。在此基础上,对实例中的处理器资源利用率、分区/任务的可调度性进行了分析,对模块间通信进行了模拟,验证了架构设计实例的可行性。

关键词：分布式综合模块化航空电子架构分析与设计语言可调度性架构设计

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综合模块化航空电子系统重构与验证方法研究

综合模块化航空电子系统重构与验证方法研究

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作者：丁明西北大学

学位级别：博士

为了满足飞机日益增长的军事和民用需求,综合模块化航空电子系统(Integrated Modular Avionics,IMA)近年来受到了工业界和学术界的广泛关注。IMA系统是安全攸关的嵌入式系统,当运行环境变化或组件故障时,系统对软件和硬件资源进行重构配... 详细信息

为了满足飞机日益增长的军事和民用需求,综合模块化航空电子系统(Integrated Modular Avionics,IMA)近年来受到了工业界和学术界的广泛关注。IMA系统是安全攸关的嵌入式系统,当运行环境变化或组件故障时,系统对软件和硬件资源进行重构配置,保证功能和性能要求。重构必须严格遵照预先设定的策略执行,避免出现失控情况,引发系统故障。因此,重构设计过程中,如何对IMA系统资源进行分配,确保满足系统的功能性需求和安全性等质量属性要求,是整个飞机功能正常运行的关键。目前在IMA系统重构设计方面已取得了诸多研究进展和重要成果,但现有方法还面临以下挑战:首先,系统重构是逻辑架构到物理实现的重新映射,过程具有多样性和不确定性,且缺少对系统资源的精确描述,收集系统软件和硬件资源信息困难,重构自动化程度不高。其次,现有的验证方法在系统逻辑模型、物理架构模型、分区映射方面各有侧重,但缺少必要衔接,模型之间未建立统一的映射关系,验证结果的完整性有待提高。因此,通过基于模型的重构方法,简化映射过程,验证系统的功能性和安全性需求,实现对系统资源的重构配置,具有一定的研究意义和实用价值。本文围绕基于模型的IMA系统重构设计过程中建模、映射、验证、蓝图生成等内容进行详细讨论。论文的主要研究成果如下:(1)为保证重构后系统逻辑架构满足功能性需求,提出了一种SysML活动图的自动机模型构建和验证方法。采用扩展的有限自动机模型建模活动图内容和嵌套调用,使用线性时序逻辑表示功能性需求属性,通过相应的转换算法和模型检测方法确认设计的功能逻辑流程与需求的一致性。提出了一种基于模型的测试用例生成方法,将确认正确的活动图转为带约束的接口自动机,生成测试模型,通过其特有的乐观方法和博弈思想组合活动间的调用关系。然后在满足流约束条件组合覆盖准则的前提下,设计了测试用例生成算法,自动生成测试用例,用于架构的功能性测试。(2)为保证重构后系统逻辑架构满足安全性需求,提出了一种基于模型的系统安全性需求描述和验证方法。该方法针对系统功能需求、安全性目标和失效状态,建立危害用例,提取安全性需求;采用带功能失效的状态机图描述包含安全性需求的系统功能模型,并使用安全扩展层次自动机作为中间状态,通过转换算法实现系统功能模型的形式化描述,通过模型检测方法完成安全性需求验证。(3)为保证重构后系统物理架构满足安全性需求,提出了一种基于模型的组件错误行为描述和验证方法。该方法通过分析系统需求和安全性目标,建立物理架构模型,采用错误模型附件描述组件的错误行为和导致的故障影响;使用层次自动机作为中间状态,通过转换算法实现物理架构错误行为模型的形式化描述,采用模型检测验证故障影响是否满足安全性需求。(4)针对系统重配置、重映射过程复杂,功能性和安全性需求验证困难的问题,提出一种基于模式的IMA系统重构方法。将系统逻辑架构划分为多个层级,给出逻辑架构模型到AADL组件,以及AADL组件到ARINC653元素的映射规则;采用模式表示系统运行时资源配置,通过模式迁移实现不同层级的重构设计,并对各模式下的系统逻辑架构和映射所得的物理架构模型进行验证和分析;构建系统蓝图生成算法,根据模式迁移和验证结果自动生成重构蓝图,指导系统资源动态配置,实现相应的功能。

关键词：综合模块化航空电子系统系统建模语言架构分析与设计语言重构验证

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一种面向任务的DIMA动态重构策略与建模分析

一种面向任务的DIMA动态重构策略与建模分析

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作者：刘嘉琛中国民航大学

学位级别：硕士

目前,分布式综合模块化航电系统(Distributed Integrated Modular Avionics,DIMA)已经成为航电系统的最新发展方向,体现出了集成模块化和分布式配备两大特点,提高了资源的共享程度,更易于系统的升级和重构。而DIMA的动态重构技术采用资... 详细信息

目前,分布式综合模块化航电系统(Distributed Integrated Modular Avionics,DIMA)已经成为航电系统的最新发展方向,体现出了集成模块化和分布式配备两大特点,提高了资源的共享程度,更易于系统的升级和重构。而DIMA的动态重构技术采用资源再分配、软硬件冗余备份和应用功能部署三大手段,使其成为新一代航电系统中必不可少的关键技术。但动态重构过程中的任何的设计和实现偏差都可能引起航电系统间不希望遇见的冲突,随着航电系统复杂程度的不断提高,传统的安全性分析方法容易导致分析效率慢、出现分析差错等问题从而影响结果的准确性。所以在设计可重构DIMA系统时,有必要对重构进行分析,以保障重构不仅是完整的、有效的,也必须是符合安全性要求的。因此,本文对DIMA的动态重构过程的机制和策略进行了深入分析,并利用新型的形式化方法对DIMA的动态重构过程进行建模、分析和验证。本文首先对可重构DIMA系统的特性进行了研究,在此基础上提出了面向任务的DIMA动态重构策略,建立了动态重构的有效性评估体系并引入组合赋权法计算不同任务模式下的功能优先级,并通过算例和对比分析表明动态重构策略的有效性的变化情况。接下来,利用架构分析与设计语言(Architecture Analysis&Design Language,AADL)及其相关附件对DIMA动态重构的架构基础、行为细节及错误信息等要素进行建模,并对AADL的线程组件和行为模型附件进行形式化定义。最后,设计了一种基于形式化定义的模型转换规则将AADL动态重构模型转换成可执行的时间自动机模型,利用模型验证工具UPPAAL验证了可重构DIMA系统设计中的逻辑正确性和行为可达性,并通过致因分析为可重构DIMA系统的后续改进提供指导意见。结果表明,面向任务的动态重构策略能够显著提高动态重构的有效性,给任务的执行提供充足的安全裕度,针对动态重构过程的建模、分析和验证有利于改良可重构DIMA系统的设计,对于改进复杂航电系统的安全性分析方法、降低工作量、提高分析效率、减少人为差错具有重要的意义,为DIMA系统的国产化以及动态重构技术的应用提供了有力的支持。

关键词：分布式综合模块化航空电子动态重构有效性分析架构分析与设计语言时间自动机理论仿真验证

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