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基于UPPAAL的上下文感知系统的建模、仿真与验证工具的设计与实现

邹淑君  
【摘要】:上下文感知系统的广泛应用反映了其日益增长的市场需求和潜在的巨大经济效益。上下文感知系统通常是大型的、复杂的异构系统,开发这样的系统涉及到软件、硬件和网络的实现,设计实现一个完整的、安全性强的上下文感知系统的工作量是巨大的。这使得运用软件工程的原则来开发和设计显得尤为重要。 由于设备类型,上下文解释和适应需求的多样性所决定的上下文感知系统的异构性和动态性,决定了设计和开发上下文感知系统的复杂性。因此,要构建一个良好的、安全的上下文感知系统,运用形式化方法对系统进行模拟、仿真和验证是极为必要的。然而,目前尚没有方便快捷的形式化工具专门对上下文感知系统进行模拟、仿真和重要性质的验证。 UPPAAL是一个对实时系统进行形式化的建模、仿真和验证的工具。其在实时系统上的应用如通信协议的分析、列车系统的运行的建模、仿真和验证方面已经显示了特别的优势,若能将UPPAAL进行扩展,将其应用到上下文感知系统方面,对上下文感知系统进行在UPPAAL中的建模和动态仿真,并能对系统的重要性质如可达性、安全性和活性进行验证,将可贵对地上下文感知系统增加实时因素的约束,并可观地提高设计和验证上下文感知系统的效率。 本文的工作正是在这样的上下文感知研究的需求背景下展开。研究目标就是要对UPPAAL进行上下文感知方向的扩展,使UPPAAL能够服务于上下文感知系统,从而为上下文感知系统提供一套方便快捷的、形式化的建模、仿真和验证的方法和工具。为达到这样的研究目的,本文将首先对已有的上下文感知系统的应用进行分析和抽象,研究和设计在UPPAAL中对上下文感知系统进行建模的总体架构方式;其次将对UPPAAL进行较为深入的研究,运用UPPAAL的特征和语法,逐步实现在UPPAAL中具体的上下文感知系统的建模,包括上下文情境的构造和感应,上下文数据的表现方法、上下文的推理演算、上下文的适应方式、上下文感知系统的各个功能模块以及模块间的通信、上下文感知系统的数据存储等的设计和实现;同时,本文将根据UPPAAL中对于上下文感知方向的特殊设计,详细分析UPPAAL源文件的内容和组织结构,设计开发UPPAAL的扩展工具,以实现清晰、快捷地构造上下文感知系统的UPPAAL源文件;最后,根据文中提出的上下文感知系统的建模、仿真和验证的方法,使用UPPAAL扩展工具,对具体的实例进行了在UPPAAL中的建模、仿真和验证。以事实说明了本文提出的上下文感知系统在UPPAAL中建模的架构理论、设计方法和扩展工具的适用性和可行性,以及使用UPPAAL对上下文感知系统的模型进行验证的效率和便捷性。


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