[发明专利]基于扩展活性顺序图模型检测的物联网可信性评价方法

说明书

技术领域

本发明涉及物联网技术领域，具体涉及一种基于扩展活性顺序图模型检测的物联网可信性评价方法。

背景技术

物联网是一个基于互联网、传统电信网等信息承载体，让所有能够被独立寻址的普通物理对象实现互联互通的网络。它具有普通对象设备化、自治终端互联化和普适服务智能化三个重要特征。互联网加物联网形成“智慧地球”，是当前世界性的热门课题。被称为下一个万亿级通信业务的物联网，已被世界各国当作应对国际金融危机、振兴经济的重点领域。抓住物联网发展的这一机遇，将不仅为中国信息产业，也为“中国制造”赢得未来巨大而广阔的发展空间。目前，我国政府十分关注和重视物联网的研究，国家发改委、工业和信息化部已出台多项重大举措，促进物联网产业的发展。

嵌入式系统是以嵌入式处理器为基础，嵌入到对象体系中的智能化电子系统。嵌入式系统作为热门领域，涵盖了微电子技术、传感技术、电子信息技术、计算机软件和硬件等多项技术的应用。可以说现在的时代是一个嵌入式的时代，从我们生活的智能化、工业的自动化到国防的现代化，嵌入式系统无处不在。嵌入式技术日趋成熟，嵌入式产品网络化需求在不断的增长，并且存在巨大的市场潜力，由此推动了物联网的诞生。可以说，物联网是嵌入式系统网络化的产物。

人们对包括嵌入式系统在内的各种计算系统的可依赖程度越来越高，用户对于计算服务的“可信性”也越来越关注，可信计算己成为当前的一个热点研究领域。目前对于可信性还没有统一的定义，本文中“可信性”指系统在规定的时间与环境内交付可信赖服务的能力，这种能力常常以概率的大小来定量表示。物联网执行的可信性问题，是物联网背后的重要科学问题之一。物联网执行的可信性问题是指，如何应对物理实体的控制要求，实现和满足系统执行过程与结果符合设计期望，达到可信控制的问题。执行的可信性是物联网实施和应用的核心和关键。

模型检测作为保证系统正确性和可靠性的一种重要手段，在最近20多年取得长足发展。通过对被研究的系统建立模型，对系统应遵循的各种性质使用适当的规约语言加以描述，通过遍历模型可检查系统是否遵循有关的性质。如果不遵循指定的性质，还能给出违背性质的反例。由于模型检测采用了严格的形式化方法对系统进行验证，因此比测试和仿真更能保证系统的正确性。

随着嵌入式系统的广泛使用，嵌入式系统的性能与可信性分析也受到人们的关注。《反应式嵌入式系统形式化性能模型的研究》(张冠华等，小型微型计算机系统，2005)基于进程代数EACSR-VP和形式化描述语言CPSL，对反应式嵌入式系统的通信信道的吞吐率、队列缓冲区的平均长度等进行了形式化建模，并开发了形式化工具PVKit来对系统进行性能分析。《策略驱动的可靠嵌入式系统建模及分析方法》(范贵生等，软件学报，2011)针对嵌入式系统的特点，提出一种策略驱动的可靠嵌入式系统建模与分析方法。基于Petri网建立嵌入式系统的形式化描述语言，并对设备、计算与物理交互、组件及通信过程等要素进行建模，并利用Petri网相关理论分析嵌入式系统可靠性保障策略的有效性。

从20世纪90年代开始，国外对嵌入式系统性能与可信性分析就引起了广泛兴趣。针对嵌入式系统中存在的实时性特点，关于实时系统的研究，是一个研究热点。针对嵌入式系统中存在的不确定性，关于概率系统的研究，也是一个研究热点。时间自动机是描述嵌入式系统实时性的基本模型，用时间自动机建立系统模型，可以验证系统满足用户实时性的正确性。UPPAAL就是这方面的典型工具。概率时间自动机是在时间自动机模型上进行概率扩展形成。概率时间自动机不仅可以描述系统的实时性，还能够进一步对系统状态跃迁的不确定性进行定量描述，是比较典型和常用的性能建模模型。可以概率时间计算树逻辑(PTCTL)来描述用户对系统的实时性和可靠性要求，以概率时间自动机来建模系统，以模型检测的方法可以来检验系统的正确性。该验证已研制出较好的实现工具PRISM。

上述研究对系统性质的描述，采用的是形式化的逻辑，其存在两个方面的问题。一是，对用户的要求较高，没有专门的数学与逻辑方面的训练，难以掌握使用这些逻辑来描述系统性质的技巧。二是，形式化的逻辑对系统性质的表达能力也存在一定的局限性。欲进行性能评估的系统，如果是比较复杂的系统，比如物联网中的许多嵌入式系统，就可能存在：1)层次性-系统由多个子系统或组件等组成；2)并行性-多个子系统同时运行；3)交互性-子系统间进行同步和通信。这类系统中行为的发生常常由来自内部或外界的事件所触发。对于这类系统，用常规的时序逻辑难以描述其性质，甚至难以用进程代数、petri网或自动机来对系统建模。