轨道交通联锁领域特定语言的形式化
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作者简介:

赵梦瑶(1995-),女,河北邢台人,硕士生,CCF学生会员,主要研究领域为需求工程,形式化方法;陈小红(1982-),女,博士,副教授,CCF专业会员,主要研究领域为需求工程,形式化方法,安全攸关系统;孙海英(1976-),女,讲师,CCF专业会员,主要研究领域为形式化建模,形式化测试,时空逻辑;刘静(1964-),女,博士,教授,博士生导师,CCF专业会员,主要研究领域为可信软件,模型驱动式软件开发方法,面向服务的软件架构;陈良育(1980-),男,博士,副教授,主要研究领域为程序分析和验证;周庭梁(1980-),男,博士,高工,主要研究领域为安全苛求系统,可信测评,形式化方法.

通讯作者:

陈小红,E-mail:xhchen@sei.ecnu.edu.cn

中图分类号:

基金项目:

国家重点研发计划(2018YFB2101300);国家自然科学基金(61332008,91418203,61672230,61572195,11471209,61802251);上海市经济和信息化委员会专项资金(160306)


Formalizing Railway Interlocking Domain Specific Language
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Fund Project:

National Key R&D Program of China (2018YFB2101300); National Natural Science Foundation of China (61332008, 91418203, 61672230, 61572195, 11471209, 61802251); Specific Foundation of Shanghai Municipal Commission of Economy and Informatization (160306)

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    摘要:

    作为轨道交通系统的核心子系统之一,对联锁系统进行形式化建模与分析,是保证其安全性的重要手段.形式化建模需要领域知识和形式化知识的结合,由于形式化知识难以掌握,领域专家在建模整个过程中都需要形式化专家的帮助.为了解决这个问题,针对联锁系统的故障随机性、行为实时性、构件可重用的特点,提出设计联锁领域特定语言IS-DSL描述具体的联锁系统的参数,并基于随机混成自动机模板自动生成联锁系统的形式化模型,以进一步在此基础上进行安全分析.首先对联锁系统模型进行分析,根据不同案例设计其领域特定语言;其次,确定联锁系统的系统模型模板,包括环境构件模板和控制器模板,并举例抽取其随机混成自动机模板;在模板基础上定义系统模型生成过程,让领域专家可以通过领域特定语言,输入参数自动生成具体的随机混成自动机系统模型;最后以某站联锁系统为例,展示了基于模板的具体系统模型的生成过程,并通过基于系统模型的事故预测分析,证明了该方法的可行性与有效性.

    Abstract:

    As a core subsystem of the rail transit systems, the formal modeling and analysis of the interlocking system is an important means to ensure its safety. Formalization requires both domain knowledge and formal knowledge. Since formal knowledge is difficult to master, domain experts need the help of formal experts throughout the modeling process. To solve this problem, aiming at the characteristics of fault randomness, real-time behavior, and reusability of components in railway interlocking systems, a specific language IS-DSL is proposed to describe the parameters of specific interlocking system. A formal model of interlocking system is generated automatically based on the stochastic hybrid automata (SHA) templates, to carry out further safety analysis. In this study, the model of interlocking system is analyzed firstly, and the domain specific language is designed according to different cases. Secondly, the templates of the interlocking system model, including environment component templates and controller template are established, and the SHA templates are extracted as examples. Based on these templates, the system model generation process is defined, so that the domain experts can automatically generate the specific SHA model by inputting parameters through the IS-DSL. Finally, the interlocking system of a station is taken as an example to show the generation process. The following accident prediction analysis based on this system model proves the feasibility and effectiveness of the proposed approach.

    参考文献
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    引证文献
引用本文

赵梦瑶,陈小红,孙海英,刘静,陈良育,周庭梁.轨道交通联锁领域特定语言的形式化.软件学报,2020,31(6):1638-1653

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  • 收稿日期:2019-08-20
  • 最后修改日期:2019-10-23
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  • 在线发布日期: 2020-04-20
  • 出版日期: 2020-06-06
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