基于SOA的信息物理融合系统的体系结构和建模方法

摘要

信息物理融合系统(CPS)是计算过程和物理过程的集合。它实现了计算实体、交互实体与物理实体的集成化设计，可以保障系统高效、安全、实时的完成协作，具有非常广泛深远的应用前景，但由于信息物理融合系统是相当新的计算系统，传统的设计方法已经不能满足系统的设计需求。本文提出一种面向服务的架构(SOA)来设计信息物理融合系统的体系结构，SOA非常适用于有复杂业务流程的信息物理融合系统的设计，标准化的接口和松散的耦合服务有利于实现服务的动态组合，使得CPS可以处理复杂和消耗资源的物理过程。
　　结构分析与设计语言(AADL)是一种国际标准的体系结构描述语言，它可以用于软件系统体系结构建模和分析，并对其非功能性行为进行验证。此外，AADL支持自动化系统集成，只要提供一种用于软件组件的源代码，就可以通过工具完全指定AADL模型，所以AADL具有很强的扩展性。本文使用这种建模工具对智能交通系统进行部分建模，以说明SOA架构中关键技术:最坏执行时间(WCET)、时空行为和调度算法。
　　本文的内容包括对信息物理融合系统和SOA的基本介绍，主要偏向于体系结构的介绍，并将CPS和SOA结合，提出基于SOA的CPS体系结构，详细介绍各层的功能和关键技术。建模过程使用AADL建模语言和智能交通系统案例进行诠释，首先描述了AADL的基本特性，核心建模元素以及相关的规范特点，并针对基于SOA的信息物理融合系统的特点进行扩展，使用RT-Maude进行时空行为的扩展，并将其转化为AADL的行为附件。随后介绍了智能交通系统的特点和概述，并用AADL进行该系统的建模，最后分别对模型的流延迟、可调度性和时空行为进行验证，证明本文所提出的方法具有一定的实时可靠性和安全性。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 国内外研究现状

1．3 论文研究内容

1．4 论文的组织结构

第二章 相关理论介绍

2．1 CPS概述

2．1．1 CPS的特点

2．1．2 CPS面临的挑战

2．1．3 传统的CPS体系结构

2．2 面向服务的体系结构

2．2．1 SOA的模型

2．2．2 SOA的特征

2．3 AADL简介

2．3．1 AADL建模元素

2．3．2 AADL系统模型和规范

2．3．3 AADL相关工具

第三章 基于SOA的CPS系统的体系结构

3．1 基于SOA的CPS体系结构设计

3．2 关键技术

3．2．1 WCET简介

3．2．2 WCET解决方案

3．2．3 WCEF计算方法

3．2．4 调度算法

第四章 基于SOA和AADL的CP S建模方法扩展

4．1 AADL架构的行为描述

4．2 时空的扩展——RT-Maude

4．2．1 RT-Maude语言

4．2．2 RT-Maude与AADL的映射关系

第五章 智能交通系统的体系结构设计和建模

5．1 智能交通系统框架设计

5．2 智能交通系统建模分析

5．3 高级巡航控制系统建模

5．3．1 硬件组件建模

5．3．2 软件组件建模

5．3．3 WCET分析

5．3．4 数据流建模

5．4 智能导航系统建模

5．4．1 硬件组件建模

5．4．2 软件组件建模

5．4．3 时空行为建模

5．4．4 数据流建模

5．5 交通控制中心建模

5．5．1 硬件组件建模

5．5．2 软件组件建模

第六章 智能交通系统模型的分析与验证

6．1 模型流分析验证

6．1．1 自动巡航控制系统流分析验证

6．1．2 GPS系统流分析验证

6．2 模型可调度性验证

6．3 时空行为验证

总结

参考文献

攻读学位期间发表的论文

声明

致谢