問題框架理論中領(lǐng)域因果行為形式化驗證的研究.pdf

1、近年來，隨著計算機產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，軟件和信息技術(shù)服務(wù)業(yè)規(guī)模不斷擴大，復(fù)雜程度不斷提高，一部分軟件產(chǎn)品在研發(fā)過程中由于經(jīng)費，人力等原因造成工程進度滯后，軟件質(zhì)量無法滿足設(shè)計要求，逐漸脫離前期需求標準。從軟件工程的角度看，決定軟件項目成敗與否的主要原因是需求，需求分析工作的好壞對最終軟件產(chǎn)品的質(zhì)量具有重要意義。尤其在安全攸關(guān)(Safety-Critical)的重大科研項目當中，前期的需求分析直接影響項目的研發(fā)進度和開發(fā)質(zhì)量，需求失敗或是需求

2、工作的不完整不僅會延緩工程進度，更可能會對整個項目造成不可預(yù)估的損失。因此在實際項目開發(fā)過程中，我們應(yīng)該正視需求分析對整個系統(tǒng)的作用，保證需求分析工作的完整性。
　　作為一種需求分析方法，問題框架理論強調(diào)現(xiàn)實世界對軟件系統(tǒng)的作用，通過構(gòu)建上下文圖、問題圖，運用領(lǐng)域間的問題漸變等方法將用戶需求推演變換，實現(xiàn)用戶需求到軟件規(guī)約的平滑變換。然而，目前基于問題框架方法的建模及問題漸變的實現(xiàn)主要依賴于需求分析員的直覺和經(jīng)驗，這在一定程度上限

3、制了需求分析的嚴謹性和可跟蹤性，特別是在分析安全攸關(guān)軟件系統(tǒng)的需求時，問題模型中起關(guān)鍵作用的領(lǐng)域如果出現(xiàn)期望的狀態(tài)不可達或非良構(gòu)等問題，所導(dǎo)出的軟件規(guī)約的正確性無法保證，缺少形式化證據(jù)的支持和論證。因此，問題模型中領(lǐng)域間遷移關(guān)系的形式化驗證對業(yè)務(wù)系統(tǒng)特別是安全攸關(guān)系統(tǒng)的軟件規(guī)約的獲取和處理具有重要的理論意義和實際應(yīng)用價值。模型檢驗技術(shù)作為一種形式化驗證方法與其它驗證技術(shù)或者方法相比有很多優(yōu)點，最重要的就是其高度自動化，可對有限狀態(tài)結(jié)構(gòu)空

4、間進行自動化的系統(tǒng)校驗，并對系統(tǒng)規(guī)約描述進行改進。作為模型檢驗的一個分支，符號模型檢驗方法不但繼承了模型檢驗高度自動化的特點，同時一定程度上避免了狀態(tài)爆炸問題，處理問題的規(guī)模也可以隨之增大。該驗證方法用一系列的布爾表達式來表示系統(tǒng)所滿足的所有狀態(tài)及狀態(tài)間的遷移關(guān)系，布爾表達式則以壓縮的方式存儲在有序二叉判定圖OBDD(Ordered Binary Decision Diagram)中。
　　本文基于問題框架和符號模型驗證理論，提出

5、一套對關(guān)鍵問題領(lǐng)域模型內(nèi)狀態(tài)遷移關(guān)系的驗證方法，隱式映射出了外部共享現(xiàn)象和內(nèi)部狀態(tài)變化事件的對應(yīng)規(guī)則，從而確定該領(lǐng)域外部共享現(xiàn)象之間具有的因果關(guān)系，為問題漸變的實現(xiàn)提供可靠的保障。同時，論文將問題框架理論和符號模型驗證方法相結(jié)合，通過模型校驗確定因果關(guān)系進而為問題漸變提供變換的形式化依據(jù);定義了Kripke結(jié)構(gòu)和UML狀態(tài)機子集一對一的映射規(guī)則，將UML狀態(tài)機轉(zhuǎn)換為形式化驗證工具的輸入語言，通過驗證可達性性質(zhì)確定遷移路徑，篩選出具有因果