一种模型驱动的仿真验证方法

摘要

本发明提供一种模型驱动的仿真验证方法，涉及仿真技术，通过搭建包括多个视角视图的体系设计模型，并获取所述体系设计模型的元数据描述规范；定义所述体系设计模型的系统功能元模型到仿真元模型的第一转换规则，以及状态迁移元模型到仿真规则元模型的第二转换规则；基于预设模型对所述第一转换规则和所述第二转换规则处理，生成系统功能元模型到仿真元模型的第一转换规则模板，以及状态迁移元模型到仿真规则元模型的第二转换规则模版；基于所述第一转换规则模板和所述第二转换规则模版对输入输出模型进行转换，生成动态仿真模型库的技术方案，有效提高了体系设计到仿真的成果转换质量和效率，提高了模型的可重用性。

说明书

技术领域

本发明涉及仿真技术，尤其涉及一种模型驱动的仿真验证方法。

背景技术

复杂信息系统体系设计、体系仿真及其作战能力评估是复杂信息系统体系研究的主要聚焦点，尤其在军用信息系统领域。

随着军用信息系统日益呈现出使命任务多样、组成关系复杂，行为多样性、结构动态性等复杂特征，而目前基于模型驱动的体系仍存在缺乏统一的语言、方法、规范和工具等诸多问题，使得体系设计模型与仿真模型之间缺乏有效的转换方法，转换质量和效率低下，且模型重用率低，造成仿真模型的重复开发。

发明内容

本发明实施例提供一种模型驱动的仿真验证方法，有效提高了体系设计到仿真的成果转换质量和效率，提高了模型的可重用性。

本发明实施例的第一方面，提供一种模型驱动的仿真验证方法，包括：

搭建包括多个视角视图的体系设计模型，并获取所述体系设计模型的元数据描述规范；

定义所述体系设计模型的系统功能元模型到仿真元模型的第一转换规则，以及状态迁移元模型到仿真规则元模型的第二转换规则；

基于预设模型对所述第一转换规则和所述第二转换规则处理，生成系统功能元模型到仿真元模型的第一转换规则模板，以及状态迁移元模型到仿真规则元模型的第二转换规则模版；

基于所述第一转换规则模板和所述第二转换规则模版对输入输出模型进行转换，生成动态仿真模型库。

可选地，在一种可能实现方式中，所述多个视角视图包括能力视角、作战视角和系统视角的视图；

所述能力视角包括能力结构描述模型；

所述作战视角包括作战活动模型、作战活动与能力映射模型；

所述系统视角包括顶层使命任务模型、高层概念模型、组织关系模型、系统组成模型、系统状态转移描述模型。

可选地，在一种可能实现方式中，所述搭建包括多个视角视图的体系设计模型，包括：

搭建需求库，所述需求库包括能力结构描述模型；

绘制任务设计模型，所述任务设计模型包括使命模型、使命任务模型和任务模型；

绘制作战任务的高层概念模型，所述高层概念模型包括作战对象模型和背景区域模型；

绘制作战任务的作战活动模型，所述作战活动模型包括泳道模型、活动模型和能力模型；

在作战活动模型中为泳道绑定高层概念，并为活动绑定需求，其中，作战活动与能力映射模型包括作战活动模型、能力模型及作战活动与能力的映射关系；

绘制作战任务的功能模块模型，所述功能模块模型包括系统组成模型；

在功能模块模型中为功能模块绑定高层概念，并为功能模块添加接口定义；

绘制功能模块的状态跟踪模型，所述状态跟踪模型包括系统状态转移描述模型；

在状态跟踪模型中为状态机注入行为方程，搭建为包括多个视角视图的体系设计模型。

可选地，在一种可能实现方式中，所述获取所述体系设计模型的元数据描述规范，包括：

采用轻量级扩展方式和重量级扩展方式扩展得到遵循XMI标准的所述体系设计模型的元数据描述规范。

可选地，在一种可能实现方式中，所述顶层使命任务模型、所述高层概念模型采用重量级扩展方式MOF进行扩展；

所述作战活动模型、所述组织关系模型、所述系统组成模型、系统状态迁移描述模型采用基于统一建模语言UML的轻量级扩展方式进行扩展。

可选地，在一种可能实现方式中，所述组织关系模型基于UML类图元模型扩展，所述作战活动模型基于UML活动图元模型扩展，所述系统组成模型基于UML组合结构图元模型扩展，所述系统状态迁移描述模型基于UML状态图元模型扩展。

可选地，在一种可能实现方式中，所述预设模型为Acceleo模型；

所述基于预设模型对所述第一转换规则和所述第二转换规则处理，生成系统功能元模型到仿真元模型的第一转换规则模板，以及状态迁移元模型到仿真规则元模型的第二转换规则模版，包括：

基于Acceleo模型转换第一转换规则和所述第二转换规则，以.mtl格式的文件进行保存，生成对应的第一转换规则模板和第二转换规则模板；

其中，所述文件中包含多个文件标签、模版标签以及入口点main模块；

所述第一转换规则模板包括功能模块转驱动要求模块、要求转接口模块、要求的输入参数转接口的输入参数模块；

所述第二转换规则模板包括简单状态模块、组合状态模块、状态行为模块。

可选地，在一种可能实现方式中，所述基于所述第一转换规则模板和所述第二转换规则模板对输入输出模型进行转换，生成动态仿真模型库，包括：

为所述第一转换规则模板和所述第二转换规则模板指定相应的输入输出模型，并进行转换，生成仿真模型代码和仿真规则模型代码；

基于所述仿真模型代码和仿真规则模型代码，生成动态仿真模型库。

可选地，在一种可能实现方式中，所述第一转换规则包括：

对系统组成模型中的所有功能模块建立功能模块集合FUNC_LIST，功能模块集合的元素为功能模块类；

定义功能模块变量func，表示当前需进行模型转换的功能模块，func∈FUNC_LIST；

定义仿真模型变量sim，表示当前功能模块需转换成的驱动要求；

对func中的所有“显控要求”、“处理要求”、“接口要求”，建立要求集合OPERATION_LIST，操作集合的元素为要求的结构体；

对func中的所有要求的输入参数，建立属性集合PARAMETER_LIST，属性集合的元素为输入参数的结构体；

定义操作结构体变量operation，声明operation∈OPERATION_LIST；

Operation中声明接口标识symbol，接口描述description，输入参数params_in，返回值result_type，以及各自的set/get方法；

定义输入参数结构体变量parameter，声明parameter∈PARAMETER_LIST；

Parameter中声明各个输入参数以及set/get方法。

可选地，在一种可能实现方式中，所述第二转换规则包括：

定义状态机变量STATEMACHINE，表示当前需进行模型转换的状态迁移模型；

定义仿真规则模型变量rule，表示当前状态迁移模型需转换成的仿真规则模型；

对STATEMACHINE中的所有状态建立状态集合STATE_LIST；

定义状态变量state，表示当前进行的状态，声明状态变量state∈STATE_LIST；

判断state是否简单状态，声明判断条件变量stateIsSimple∈BOOL，当判定条件为真时，stateIsSimple＝True，当判定条件为假时，stateIsSimple＝False；

当stateIsSimple＝True时，声明state的入口动作entry、state的内部活动do、state的出口动作；

当stateIsSimple＝False时，声明state的所有子状态substate。

本发明提供一种模型驱动的仿真验证方法，通过搭建包括多个视角视图的体系设计模型，并获取所述体系设计模型的元数据描述规范；定义所述体系设计模型的系统功能元模型到仿真元模型的第一转换规则，以及状态迁移元模型到仿真规则元模型的第二转换规则；基于预设模型对所述第一转换规则和所述第二转换规则处理，生成系统功能元模型到仿真元模型的第一转换规则模板，以及状态迁移元模型到仿真规则元模型的第二转换规则模版；基于所述第一转换规则模板和所述第二转换规则模版对输入输出模型进行转换，生成动态仿真模型库的技术方案，定义了体系设计建模框架，定义了体系设计模型的元数据描述规范，然后基于元模型的转换技术，生成体系设计到仿真模型代码框架的转换规则和转换算法，生成转换规则模型，基于转换规则和转换算法对输入输出模型进行转换，生成动态仿真模型库，有效提高了体系设计到仿真的成果转换质量和效率，提高了模型的可重用性。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种模型驱动的仿真验证方法的流程示意图；

图2是本发明实施例搭建体系设计模型的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

应当理解，在本发明的各种实施例中，各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。

应当理解，在本发明中，“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

应当理解，在本发明中，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“包含A、B和C”、“包含A、B、C”是指A、B、C三者都包含，“包含A、B或C”是指包含A、B、C三者之一，“包含A、B和/或C”是指包含A、B、C三者中任1个或任2个或3个。

应当理解，在本发明中，“与A对应的B”、“与A相对应的B”、“A与B相对应”或者“B与A相对应”，表示B与A相关联，根据A可以确定B。根据A确定B并不意味着仅仅根据A确定B，还可以根据A和/或其他信息确定B。A与B的匹配，是A与B的相似度大于或等于预设的阈值。

取决于语境，如在此所使用的“若”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”或“响应于检测”。

下面以具体地实施例对本发明的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。

参见图1，是本发明实施例提供的一种模型驱动的仿真验证方法的流程示意图，图1所示方法的执行主体可以是软件和/或硬件装置。本申请的执行主体可以包括但不限于以下中的至少一个：用户设备、网络设备等。其中，用户设备可以包括但不限于计算机、智能手机、个人数字助理(Personal Digital Assistant，简称：PDA)及上述提及的电子设备等。网络设备可以包括但不限于单个网络服务器、多个网络服务器组成的服务器组或基于云计算的由大量计算机或网络服务器构成的云，其中，云计算是分布式计算的一种，由一群松散耦合的计算机组成的一个超级虚拟计算机。本实施例对此不做限制。包括步骤S101至步骤S104，具体如下：

S101，搭建包括多个视角视图的体系设计模型，并获取所述体系设计模型的元数据描述规范。

具体地，多个视角视图包括能力视角、作战视角和系统视角的视图；所述能力视角包括能力结构描述模型；所述作战视角包括作战活动模型、作战活动与能力映射模型；所述系统视角包括顶层使命任务模型、高层概念模型、组织关系模型、系统组成模型、系统状态转移描述模型。可以理解的是，为了搭建复杂信息系统体系设计模型，本实施例从能力视角、作战视角和系统视角出发，结合复杂信息系统分析和仿真需求进行搭建。

S102，定义所述体系设计模型的系统功能元模型到仿真元模型的第一转换规则，以及状态迁移元模型到仿真规则元模型的第二转换规则。

S103，基于预设模型对所述第一转换规则和所述第二转换规则处理，生成系统功能元模型到仿真元模型的第一转换规则模板，以及状态迁移元模型到仿真规则元模型的第二转换规则模版。

可以理解的是，为了后续的转换，本实施例在定义了体系设计模型的元数据描述规范之后，基于元模型的转换技术，定义体系设计到仿真模型代码框架的转换规则和转换算法，生成转换规则模型，以用户后续的转换。

其中，预设模型可以为Acceleo模型，因此，可以基于Acceleo模型转换第一转换规则和第二转换规则，并以.mtl格式的文件进行保存，生成对应的第一转换规则模板和第二转换规则模板。

其中，所述文件中包含多个文件标签、模版标签以及入口点main模块，所述第一转换规则模板包括功能模块转驱动要求模块、要求转接口模块、要求的输入参数转接口的输入参数模块，所述第二转换规则模板包括简单状态模块、组合状态模块、状态行为模块。

S104，基于所述第一转换规则模板和所述第二转换规则模版对输入输出模型进行转换，生成动态仿真模型库。

具体地，基于转换规则和转换算法对输入输出模型进行转换，生成动态仿真模型库，例如可以是为第一转换规则模板和第二转换规则模板指定相应的输入输出模型，并进行转换，生成仿真模型代码和仿真规则模型代码，基于仿真模型代码和仿真规则模型代码，生成动态仿真模型库，本实施例有效提高了体系设计到仿真的成果转换质量和效率，提高了模型的可重用性。

在上述实施例的基础上步骤S101中的(搭建包括多个视角视图的体系设计模型)的具体实现方式可以包括步骤S21-S29：

S21，搭建需求库，所述需求库包括能力结构描述模型；

S22，绘制任务设计模型，所述任务设计模型包括使命模型、使命任务模型和任务模型；

S23，绘制作战任务的高层概念模型，所述高层概念模型包括作战对象模型和背景区域模型；

S24，绘制作战任务的作战活动模型，所述作战活动模型包括泳道模型、活动模型和能力模型；

S25，在作战活动模型中为泳道绑定高层概念，并为活动绑定需求，其中，作战活动与能力映射模型包括作战活动模型、能力模型及作战活动与能力的映射关系；

S26，绘制作战任务的功能模块模型，所述功能模块模型包括系统组成模型；

S27，在功能模块模型中为功能模块绑定高层概念，并为功能模块添加接口定义；

S28，绘制功能模块的状态跟踪模型，所述状态跟踪模型包括系统状态转移描述模型；

S29，在状态跟踪模型中为状态机注入行为方程，搭建为包括多个视角视图的体系设计模型。

示例性地，参见图2，以一个反潜作战任务的体系设计模型建模对以上步骤进行举例说明：

搭建需求库：需求库表现为能力指标树，能力指标树上的节点是能力模型，具有数据类型、单位、最大值/最小值等详细信息，该反潜作战任务的能力结构描述模型包括系统整体能力、感知能力、指挥控制能力、攻防作战能力、综合保障能力。

绘制任务设计模型：任务设计模型包括使命模型、使命任务模型和任务模型。使命模型用于描述系统使命要求、组织结构、字典及场景、概念等信息；使命模型可分解为多个使命任务模型，使命任务模型用于描述内容包括场景、活动、数据交互等信息；针对各项使命任务要求，以典型任务为剖面，建立该任务下的场景、活动、信息交互等。使命与使命任务是组合关系，即使命可分解为若干使命任务；使命任务与任务是关联关系，即多对多关系。该反潜作战任务的顶层任务模型包括一个“ZZSystem”使命模型、一个“独立作战”使命任务模型、一个“反潜”任务模型。

绘制作战任务的高层概念模型：高层概念模型包括作战对象模型、背景区域模型，用于描述当前使命或使命任务或任务下的场景、概念等信息。该反潜作战任务的“反潜”任务模型的高层概念模型，包括我方大潜艇、岸基雷达、观通站、北斗、我方Z-10战斗机、无人水下潜行器、鱼雷、导弹、地方潜艇。

绘制作战任务的活动模型：作战活动模型包括泳道模型、活动模型、能力模型，用于描述任务的活动或流程。该反潜作战任务的泳道模型包括“反潜”，作战活动模型包括“接受使命任务”、“驶入作战海域”、“情报综合分析”、“鱼雷攻击”、“返航”。

在活动模型中为泳道绑定高层概念：该反潜作战任务的作战活动模型中的“反潜”泳道绑定了高层概念“我方大潜艇”。

在活动模型中为活动绑定需求：作战活动与能力映射模型包括活动模型、能力模型及活动与能力的映射关系。该反潜作战任务的作战活动与能力映射模型包括通信活动与对海方面作战能力、水声探测活动与感知能力、指挥决策活动与指挥控制能力的映射。

绘制作战任务的功能模块模型：系统组成模型包括块模型，用于描述系统功能模块及结构，每个块模型可具有操控要求、处理要求、能力需求、接口要求。该反潜作战任务的系统组成模型包括“通信”功能、“导航”功能、“水声探测”功能。

在功能模块模型中为功能模块绑定高层概念，该反潜作战任务的功能模块模型“通信”绑定了高层概念“我方大潜艇”。

在功能模块模型中为功能模块添加接口定义：该反潜作战任务的功能模块模型“通信”添加了“接收任务”

绘制功能模块的状态跟踪模型：系统状态转移描述模型包括状态机模型和状态模型，用于描述系统各模块的运行流程及状态变迁，该反潜作战任务的系统组成模型包括等待接收信息状态“WaitReceivedInfo”、发送任务信息状态“SendTaskInfo”。

在状态跟踪模型中为状态机注入行为方程，该反潜作战任务的系统组成模型的“WaitReceivedInfo”状态注入了入口动作“waiting”、内部活动“StartWait”、出口动作“StopWait”；发送任务信息状态“SendTaskInfo”注入了入口动作“sending”、内部活动“StartSend”、出口动作“StopSend”。

相应地，步骤S104对应到本实施例中，可以指定该反潜作战任务的功能模块模型为系统功能元模型到仿真元模型的第一转换规则模版的输入模型，指定该反潜作战任务的状态迁移元模型到仿真规则元模型的第二转换规则模版的输入模型。

在上述实施例的基础上步骤S101中的(获取所述体系设计模型的元数据描述规范)的具体实现方式可以是：采用轻量级扩展方式和重量级扩展方式扩展得到遵循XMI标准的所述体系设计模型的元数据描述规范。

具体地，顶层使命任务模型、所述高层概念模型采用重量级扩展方式MOF进行扩展，所述作战活动模型、所述组织关系模型、所述系统组成模型、系统状态迁移描述模型采用基于统一建模语言UML的轻量级扩展方式进行扩展。

其中，组织关系模型基于UML类图元模型扩展，所述作战活动模型基于UML活动图元模型扩展，所述系统组成模型基于UML组合结构图元模型扩展，所述系统状态迁移描述模型基于UML状态图元模型扩展。

在一些实施例中，第一转换规则包括：

对系统组成模型中的所有功能模块建立功能模块集合FUNC_LIST，功能模块集合的元素为功能模块类；

定义功能模块变量func，表示当前需进行模型转换的功能模块，func∈FUNC_LIST；

定义仿真模型变量sim，表示当前功能模块需转换成的驱动要求；

对func中的所有“显控要求”、“处理要求”、“接口要求”，建立要求集合OPERATION_LIST，操作集合的元素为要求的结构体；

对func中的所有要求的输入参数，建立属性集合PARAMETER_LIST，属性集合的元素为输入参数的结构体；

定义操作结构体变量operation，声明operation∈OPERATION_LIST；

Operation中声明接口标识symbol，接口描述description，输入参数params_in，返回值result_type，以及各自的set/get方法；

定义输入参数结构体变量parameter，声明parameter∈PARAMETER_LIST；

Parameter中声明各个输入参数以及set/get方法。

其中，系统功能元模型到仿真元模型的算法形式参见表1：

表1

第二转换规则包括：

定义状态机变量STATEMACHINE，表示当前需进行模型转换的状态迁移模型；

定义仿真规则模型变量rule，表示当前状态迁移模型需转换成的仿真规则模型；

对STATEMACHINE中的所有状态建立状态集合STATE_LIST；

定义状态变量state，表示当前进行的状态，声明状态变量state∈STATE_LIST；

判断state是否简单状态，声明判断条件变量stateIsSimple∈BOOL，当判定条件为真时，stateIsSimple＝True，当判定条件为假时，stateIsSimple＝False；

当stateIsSimple＝True时，声明state的入口动作entry、state的内部活动do、state的出口动作；

当stateIsSimple＝False时，声明state的所有子状态substate。

其中，状态迁移元模型到仿真规则元模型的算法形式参见表2：

表2

本发明还提供一种可读存储介质，所述可读存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时用于实现上述的各种实施方式提供的方法。

其中，可读存储介质可以是计算机存储介质，也可以是通信介质。通信介质包括便于从一个地方向另一个地方传送计算机程序的任何介质。计算机存储介质可以是通用或专用计算机能够存取的任何可用介质。例如，可读存储介质耦合至处理器，从而使处理器能够从该可读存储介质读取信息，且可向该可读存储介质写入信息。当然，可读存储介质也可以是处理器的组成部分。处理器和可读存储介质可以位于专用集成电路(ApplicationSpecific Integrated Circuits，简称：ASIC)中。另外，该ASIC可以位于用户设备中。当然，处理器和可读存储介质也可以作为分立组件存在于通信设备中。可读存储介质可以是只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、CD-ROM、磁带、软盘和光数据存储设备等。

本发明还提供一种程序产品，该程序产品包括执行指令，该执行指令存储在可读存储介质中。设备的至少一个处理器可以从可读存储介质读取该执行指令，至少一个处理器执行该执行指令使得设备实施上述的各种实施方式提供的方法。

在上述的实施例中，应理解，处理器可以是中央处理单元(英文：CentralProcessing Unit，简称：CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(英文：DigitalSignal Processor，简称：DSP)、专用集成电路(英文：Application Specific IntegratedCircuit，简称：ASIC)等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本发明所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件处理器执行完成，或者用处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。