实时信息物理系统的实时特性的面向方面测试方法

摘要

信息物理融合系统是一类将数字化、网络化系统与物理过程密切融合的设备系统，它集通信(Communication)、计算(Computation)和控制(Control)于一体，通过此3C技术的有机融合和深度协作，实现了许多大型工程系统的实时感知、动态控制和信息服务。随着信息物理融合系统概念的提出，使得实时系统的应用综合了计算机与网络的系统环境。而当前亟待解决系统的实时性、安全性及可靠性等非功能特性的问题，特别是应用设计和开发中对系统质量的保证面临着巨大的挑战。
　　 面向方面编程技术弥补了面向对象编程技术的代码交织和代码分散等问题，通过对面向对象编程技术的分析，发现面向方面编程应该扩展到整个软件开发周期中，从设计到代码产生都充分利用AOP技术。但是现在的面向方面编程技术并不成熟，还处于研究试验阶段，同时面向方面编程所引入的新语言构造可能给软件测试带来新类型的缺陷，这给测试带来了极大的挑战。
　　 针对上述的问题，本文结合面向方面和软件测试技术对信息物理融合系统的实时特性进行了系统的研究，同时还对信息物理融合系统中的公路交通系统进行了应用研究。本文利用面向方面的编程思想，对公路交通系统的非功能特性进行分离，特别是它的实时特性。由于微分逻辑方法可以将CPS系统操作模型混杂程序自然地分解成若干片段，各片段各自的描述和验证可以通过正则组合而得到整个系统行为的描述和验证。本文通过微分时序动态逻辑对公路交通系统进行仿真与建模，同时用微分动态逻辑对公路交通系统中所选的速度限制的安全性进行了验证。文中用微分动态逻辑表达式描述了公路交通系统的安全不变量，并通过这个安全不变量对公路交通系统的安全性进行了测试。由于这样并不能保证系统的所有状态都能够被测试到，所以本文还对公路交通系统的可达性进行分析与测试。本文通过微分时序动态逻辑为系统进行建模，针对一些典型的时间点，对系统的状态按照时间段进行了划分，这样就保证能够测试到系统的所有状态。