UM L顺序图的形式化定义与特性分析

以统一建模语言(UML,Unified Modeling Language)规范为基础,给出UML顺序图及组合顺序图的形式化定义;并在此基础上,详细讨论了UML顺序图中对象的消息发送特性和消息接收特性,给出了发送消息集合和接收消息集合的形式化定义;同时进一步分析了对象消息发送和接收之间的一致性问题;最后,通过实例分析,对UML顺序图的特性作进一步的解释.该形式化定义与特性分析为基于UML顺序图的模型转换和模型验证提供了必要的前提条件,也为基于UML顺序图的测试用例的自动生成奠定了基础.UML顺序图的形式化描述可用于对软件结构的理解和构造可视化建模工具.     

基于Petri网的UML状态迁移策略

分析了统一建模语言(UML,Unified Modeling Language)状态图相关语义,阐述了Petri网基本特征和它所具有的建模事件并发、同步、冲突能力.为得到UML状态图无二义性的、可执行的和可验证的模型,在着色Petri网和层次化Petri网研究成果基础上,研究提出层次着色Petri网(HCPN,Hierarchical Colored Petri Net).HCPN中不同层的着色网CPN通过库所子网或变迁子网相关联.通过实例说明如何借助这些关联从HCPN中的CPN合并得到标注Petri网.标注Petri网可用于指导基于事件驱动的仿真过程,而标注Petri网转换得到的基本Petri网可用来进行特性分析,从而对所描述的UML状态图模型给出合理的评价,有利于建模系统的改进.      

UML状态图的形式化建模及其分析

为解决状态图的建模问题,特别是带有复合状态的层次化状态图的建模问题,分析了UML状态图的结构特点和语义特征,构造了层次化着色Petri网HCPN.将复合状态的Petri网子网结构划分成输入/输出端口、状态迁移部分和历史状态部分.其中输入/输出端口分别用于完成子网进入弧的解析和离开的弧的汇总,状态迁移部分完成状态机子网内部状态变换,历史状态部分通过"记忆单元",完成复合状态的"记忆恢复"和"记忆刷新".基于所构造的HCPN结构,总结了状态图复合状态转入/转出迁移的语义和约束规则,阐述了复合状态的Petri网子网的相应描述方法和分析技术.最后针对状态图的安全性要求详细论述了历史状态完备性判定原则、父子层一致性判定原则和状态可达性判定原则的HCPN语义表示.研究成果对进一步开发自动化分析验证工具,优化复杂系统设计方案,提高软件质量具有重要的指导意义.      

面向开发过程的产品结构形式化建模

为满足开发过程产品结构数据的动态结构配置、动态任务协作、动态目标求解、动态状态跟踪等应用需要,在对开发过程产品结构属性及其相互关系进行分析的基础上,提出了一种面向开发过程应用的产品结构形式化模型.结合产品开发活动的时域行为特征,给出了产品结构的时域定义,并以此为基础构建了产品结构模型的时域扩展定义.通过分析产品状态与开发任务时域行为的映射关系,在产品结构时域扩展定义的基础上,提出了基于时间截面的开发过程产品结构状态追踪方案及算法,并通过模拟产品对象在开发过程中的状态变迁过程,验证了模型及相关应用方案的实用性和有效性.      

基于有限状态机的Type A卡防冲突技术

在分析了Type A非接触智能卡防冲突的基本工作原理的基础上,采用有限状态机模型对卡上位冲突检测协议的实现算法进行了数学表述和状态转换的设计,并采用统一建模语言UML中的状态图描述了卡上的防冲突过程.最后,在智能卡芯片上实现了防冲突协议,实际应用证明系统运行正确.     

基于描述逻辑DL_(RBAC)的RBAC形式化模型

提出了一种新的基于描述逻辑的形式化表示方法,将组成基于角色的访问控制(RBAC,Role-Based Access Control)模型的集合和关系分别用描述逻辑中的概念和角色表示,并且在基本的描述逻辑语言上引入了可以表示角色的复合关系和包含关系的符号,从而形式化表示出了RBAC与角色继承有关的一些关键性质和约束条件,如角色层次关系(RH,Role Hierarchy)传递性、用户角色分配关系(UA,User-Role Assignment)的继承性和权限角色分配关系(PA,Permission-Role Assignment)的继承性,以及RBAC中的静态职权分离约束和动态职权分离约束等.通过形式化地表示RBAC的继承关系及约束条件,利用描述逻辑本身的推理机制可以限制不符合访问控制策略的继承关系产生.     

基于UML模型的嵌入式软件测试用例生成方法

软件测试是保证嵌入式软件质量的重要手段之一,测试用例集的完备性是软件测试的关键因素.研究一种基于统一建模语言(UML)状态图生成测试用例集的方法,根据状态、迁移不变性原则以及动作映射,将UML状态图转换为扩展有限状态机(EFSM),采用广度优先搜索满足状态、迁移覆盖准则,由测试序列建立查找表生成测试用例集.最后给出实例说明该方法的可行性和有效性.     

组合服务控制流测试

结合Web服务本体语言(OWL-S,Web Ontology Language for Services)和线性时态逻辑理论(LTL, Linear Temporal Logic),研究用于测试的组合服务流程形式化描述方法和动态测试信息分析方法.将OWL-S作为组合服务的需求参考模型,采用组合服务标准和形式化描述方法相结合的方式,用线性时态逻辑刻画OWL-S控制结构的动态语义,明确地表示出控制结构中各成分的执行顺序.进一步用线性时态逻辑公式集合描述组合服务的控制流需求,从而使原子服务的交互模式有了明确的表示.基于这种交互模式表示,采用LTL在有限状态序列上的语义,对组合服务实现执行过程中获取的动态信息进行分析,测试组合服务实现的执行过程与组合服务控制流需求的一致性.     

CMS中RBAC模型的改造和应用

针对内容管理系统(CMS)中内容、权限和用户数量规模大的特点,采用形式化方法定义了改造后的基于角色的权限模型--RBAC0.5.对照RBAC96定义的4个模型,RBAC0.5是一个介于RBAC0和RBAC1之间的新模型.它覆盖了RBAC0,将RBAC1中的角色层次关系改造为通过用户组关联的映射关系,从而获取以关系型数据库为后台的集合操作能力.并且,为了有效组织CMS中的内容,形式化定义了内容分区和层次分类,在此基础上定义了层次化的权限集合,从而支持多层粒度上的访问控制.基于上述模型, 给出CMS中基于短路操作、垃圾收集以及缓存技术的实现访问控制的优化算法.     

面向对象的虚拟组织集成建模方法

提出了一种适应虚拟组织业务过程动态变化的虚拟组织集成建模方法(VOIM,Virtual Organization Integrated modeling),该方法集标准化面向对象的建模语言(UML,Unified Modeling Language)、功能建模集成化定义方法(IDEF0,Integration Definition for Function Modeling)和事件驱动过程链(EPC,Event-driven Process Chain)为一体,以弥补单一方法的不足,适合复杂系统特别是虚拟组织的建模,其中:IDEF0对虚拟组织的功能建模,EPC对功能视图进行细化,UML通过实体映射关系把虚拟组织模型的各个视图有机结合起来,有利于实现系统的模块化和模型的重用;同时对建模过程中UML到EPC之间的转换方法进行了研究.最后对模型进行了形式化描述,从而使VOIM具备严格定义的抽象语法和语义,为模型的验证和仿真提供了良好的基础.     

需求模式

为了解决软件开发过程中需求重用的问题,对统一建模语言中的活动图进行了扩展,用以作为软件需求捕获和描述的工具,并以此为基础通过借鉴其它模式语言的通用描述方式,提出了基于过程模型的需求模式描述语言,其描述框架包括模式名称、所属领域集合、适用语境、所要解决问题、条件约束、解决方案、模式实施、应用实例以及相关模式等方面,详细定义了语境、解决方案和相关模式的描述方式,并在此基础上给出了需求模式开发和应用的指导性原则.提出的需求模式技术,使软件最高抽象描述层次的重用成为可能,其应用必将大大提高软件开发的效率.      

基于设计特征模型的加工特征映射技术

为了实现数控编程过程中能够自动确定加工区域,对基于特征设计系统构建产品模型的方法、产品信息模型、信息模型间的关联关系、飞机结构件加工特征定义分类、设计特征与加工特征间的内在关系进行了深入的研究,提出了基于设计特征模型映射加工特征的方法.该方法通过遍历特征设计树,判断特征间的关系,查询特征组成面信息,从而构建出特征属性邻接图,进而采用基于图匹配的特征识别方法得到加工特征,并提取加工特征信息.该方法压缩了图匹配空间,大大提高了特征识别的速度,应用此方法实现了飞机壁板类零件的特征识别.      

一种面向服务的业务过程建模语言

通过对现有业务过程建模语言的分析指出了其对面向服务支持的不足,以可视化过程建模语言VPML(Visual Process Modeling Language)为基础,提出了一种面向服务的可视化过程建模语言VPML-S,并提出了该语言的概念设计框架,简述了其通用的建模元素;使用UML类图设计了该语言的元模型,在此基础上建立了语言的形式化模型;分析和评估了VPML-S中的服务元素所提供的将活动映射为Web服务的面向服务功能,嵌入子过程元素所提供的多个业务过程之间的复用机制,管道元素所提供的多个业务过程的协作机制以及VPML-S和其它语言所建立的业务过程模型的互操作支持机制;评述了VPML-S的可视化图符替换、元模型扩展机制;最后通过一个网上购物流程实例说明VPML-S为面向服务的环境下的业务过程复用、协作和互操作提供了有效的支撑.      

一种面向最终用户的图形建模语言规范

图形语言形式化描述体系由于需要一定的理论背景而不适于最终用户,为了满足最终用户对领域建模语言进行规范描述的需求,提出了一种可以描述图形语言二维语法结构的语言(EUVDL,End-User Visual Definition Language),分别从设计范型、抽象语法和具体语法3个方面考虑了最终用户的支持,并且给出支持最终用户使用的具体设计策略、设计了基于EUVDL的图形建模语言环境开发平台.通过和其他图形语言描述方法的比较以及实例演示,可以看出利用EUVDL描述图形建模语言具有语法结构简单、描述能力较强、支持描述重用的特点,适于最终用户使用.      

密码协议的分层安全需求及验证

将密码协议的安全需求分为浅层需求和深层需求2个层面,阐述了密码协议的分层安全需求.采用近世代数和时序逻辑的方法定义了形式化描述语言,并形式化地描述了密码协议的分层安全需求.将类BAN逻辑与模型检查相结合,在Abadi-Tuttle模型的基础上建立密码协议的计算模型.以Otway-Rees协议为例,利用该计算模型和定理证明技术对密码协议进行了多层需求验证.     

基于扩展Petri网的除冰软件安全需求建模和验证

Petri网是形式化的系统建模方法,以严格的数学基础来保证系统的正确构建,但在支持复杂软件建模和自动化验证方面存在不足.扩展了Petri网的形式语义,区别定义了状态型和数值型库所,区别定义了变迁的激发和抑制状态,引入了无前置、一元和组合判断规则,同时根据形式化定义将模型自动转换为检验程序实施安全性验证.最后给出了以上方法在典型安全关键软件-除冰系统上的应用,过程和结果表明扩展的模型和方法增强了Petri网对复杂软件系统的建模能力,提高了软件的安全性,从模型到验证代码的自动转换解决了完善模型时人工修改相应代码的工作量和因此而引入人为错误的重复工作量的问题.