[发明专利]一种基于SysML的安全关键自治系统建模方法及工具

说明书

本发明公开了一种基于SysML的安全关键自治系统建模方法及工具，从自然语言需求出发，探讨了由传统组件和AI组件组成的安全关键自治系统的体系结构建模，针对安全关键自治系统中的各类自然语言需求文档，采用需求模板和约束规则对自然语言需求文档进行规约，定义RNLReq元模型；选取SysML扩展子集，以支持RNLReq元模型的功能与非功能扩展，并定义RNLReq元模型到SysML体系结构模型中的不同视图的转换规则；基于转换规则，将RNLReq元模型转换为SysML体系结构模型中的不同视图；本发明通过需求模板和约束规则来限制用户记录需求的方式，得到的RNLReq模型支持智能软件的需求的层次分解、功能需求、非功能需求和AI组件需求。

技术领域

本发明属于航空航天技术领域，具体涉及一种基于SysML的安全关键自治系统建模方法及工具。

背景技术

近年来，模型驱动开发(Model-Driven Development,MDD)越来越受到重视，并被工业界认为是保障系统安全性与可靠性切实可行的重要手段，模型驱动的安全关键CPS系统设计与实现方法中常用的建模语言有Modelica、SysML、AADL(Architecture AnalysisDesign Language,AADL)等，例如：Modelica支持机械、电子、电力、液压、热等多领域建模，AADL支持功能、非功能、执行平台等多视角的软硬件建模，SysML通过整合大型复杂系统的各种视图对软硬件、数据、过程、需求，甚至包括人力和其它资源进行建模。然而，在安全关键的自治系统中，越来越多的AI要求MDD工程师调整他们的工作。其中一个难点是如何处理基于自然语言需求的此类系统的体系结构建模。

但在开发安全关键智能软件时，若想实现MDD的自动化，就需要根据系统需求自动生成体系结构模型，由于系统需求大多是以自由的自然语言文本形式编写的，这种文本通常是模糊的，很难自动处理，因此根据系统需求自动生成体系结构模型是一个非常大的挑战，即如何处理基于自然语言需求的此类系统的体系结构建模是一个难点。

发明内容

发明目的：为实现根据系统需求自动生成体系结构模型，本发明提出了一种基于SysML的安全关键自治系统建模方法及工具。

技术方案：一种基于SysML的安全关键自治系统建模方法，包括以下步骤：

步骤1：针对安全关键自治系统中的各类自然语言需求文档，采用需求模板和约束规则对自然语言需求文档进行规约，定义RNLReq元模型；

步骤2：选取扩展后的SysML子集，以支持RNLReq元模型的功能与非功能扩展，并定义RNLReq元模型到SysML体系结构模型中的不同视图的转换规则；

步骤3：基于转换规则，将RNLReq元模型转换为SysML体系结构模型中的不同视图。

进一步的，所述RNLReq元模型包括数据字典、领域词库、经需求模板约束后的安全关键自治系统的体系结构的表达、经约束规则约束后的安全关键自治系统的功能/非功能特征的表达；

其中，所述需求模板包括用于表示最高层次需求的系统需求模板和用于表达安全关键自治系统中各组件需求的基本需求模板；

所述系统需求模板可分解为多个子系统需求模板，每个子系统需求模板可分解为多个功能需求模板，每个功能需求模板可分解为多个子功能需求模板；

通过各模板之间的层次关系对安全关键自治系统的体系结构进行表达。

进一步的，所述约束规则包括：

通用限制规则，用于限制自然语言的使用；

功能需求约束规则，用于根据预定义的功能句式对安全关键自治系统的功能特征的表达进行约束；

非功能需求约束规则，用于根据预定义的非功能句式，对安全关键自治系统的非功能属性特征的表达进行约束；