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        基于CSP的CTCS-1級(jí)列控系統(tǒng)RDC數(shù)據(jù)驗(yàn)證的研究

        2019-07-29 06:01:46盧鈴冉
        關(guān)鍵詞:信號(hào)機(jī)約束條件區(qū)段

        盧鈴冉,張 勇

        (北京交通大學(xué) 電子信息工程學(xué)院,北京 100044)

        近年來,隨著我國鐵路運(yùn)行控制系統(tǒng)(CTCS)的高速發(fā)展,速度在200 km/h以上高速列車的CTCS-2與CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)已日臻完善,對(duì)于提高列車運(yùn)行自動(dòng)化水平,保證行車安全發(fā)揮了重要作用。據(jù)統(tǒng)計(jì),我國鐵路運(yùn)營里程中普速線路(既有線)占總里程數(shù)的70%,而既有線對(duì)應(yīng)的CTCS-0級(jí)列控系統(tǒng)存在諸多安全問題。為此,鐵路總公司組織開展了“CTCS-1級(jí)列控系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的研究”工作[1]。

        CTCS-1級(jí)列控系統(tǒng)由車載設(shè)備和地面設(shè)備構(gòu)成。其中,車載設(shè)備包括車載安全計(jì)算機(jī)、軌道電路信息接收單元、無線通信單元、應(yīng)答器信息接收單元等;地面設(shè)備包括區(qū)域列控?cái)?shù)據(jù)中心(RDC,Regional Data Center )、軌道電路、無線通信接口設(shè)備以及應(yīng)答器等[1]。RDC作為CTCS-1級(jí)列控系統(tǒng)的地面核心設(shè)備,實(shí)時(shí)為列車提供行車數(shù)據(jù)、進(jìn)路信息、臨時(shí)限速信息。RDC數(shù)據(jù)的正確性對(duì)列車運(yùn)行具有極其重要的意義。目前,RDC基礎(chǔ)數(shù)據(jù)主要根據(jù)工程數(shù)據(jù)表、CAD設(shè)計(jì)圖進(jìn)行純手工編制,編制完成后需要人工校核比對(duì),數(shù)據(jù)的正確性難以保證。因此,亟需一種對(duì)RDC數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)化驗(yàn)證的方法。

        目前,針對(duì)列控系統(tǒng)數(shù)據(jù)驗(yàn)證的研究較少,并沒有系統(tǒng)化的研究成果。文獻(xiàn)[2-3]分析了列控系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)的安全苛求,從數(shù)據(jù)管理的角度提出提升數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的方法。Michael Huber等人[4]聯(lián)合開發(fā)了工具gdlSMV直接讀取聯(lián)鎖地理數(shù)據(jù)并通過符號(hào)模型檢查內(nèi)置算法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)化驗(yàn)證,但該方法建立在程序級(jí)別,很難驗(yàn)證數(shù)據(jù)的耦合性問題。文獻(xiàn)[5]對(duì)基于通信的列車運(yùn)行控制系統(tǒng)(CBTC)靜態(tài)數(shù)據(jù)先用SAT方法進(jìn)行處理,然后提出采用基于通信順序進(jìn)程(CSP,Communicating Sequential Processes)的方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證,并以地面電子單元(LEU)碼位表中的數(shù)據(jù)是否與聯(lián)鎖邏輯匹配為例,結(jié)合具體場(chǎng)景來說明該方法的可行性,但該研究過程并未對(duì)數(shù)據(jù)實(shí)體應(yīng)滿足的規(guī)則進(jìn)行歸納和模型驗(yàn)證。因此,本文在對(duì)RDC靜態(tài)數(shù)據(jù)(簡稱:RDC數(shù)據(jù))內(nèi)容和約束條件進(jìn)行歸納的基礎(chǔ)上,以車站軌道區(qū)段數(shù)據(jù)為例,歸納出實(shí)體數(shù)據(jù)應(yīng)滿足的規(guī)則,將數(shù)據(jù)驗(yàn)證規(guī)則加入數(shù)據(jù)驗(yàn)證流程,利用CSP形式化方法對(duì)RDC數(shù)據(jù)的驗(yàn)證流程進(jìn)行建模,并利用驗(yàn)證工具—RroB對(duì)該模型的死鎖、活鎖、確定性、功能性特性進(jìn)行自動(dòng)化驗(yàn)證,驗(yàn)證結(jié)果表明該模型可應(yīng)用于RDC數(shù)據(jù)驗(yàn)證,為自動(dòng)化數(shù)據(jù)驗(yàn)證工具的開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。

        1 RDC靜態(tài)數(shù)據(jù)分析

        1.1 RDC數(shù)據(jù)總結(jié)

        RDC包含獨(dú)立的線路數(shù)據(jù)庫,用于存儲(chǔ)當(dāng)前RDC所管轄范圍內(nèi)全部線路的靜態(tài)數(shù)據(jù)。RDC根據(jù)當(dāng)前列車的位置信息、軌道電路占用情況從數(shù)據(jù)庫中讀取線路數(shù)據(jù)并按照一定的規(guī)則組織數(shù)據(jù),同時(shí)結(jié)合車站聯(lián)鎖發(fā)來的進(jìn)路信息與臨時(shí)限速服務(wù)器發(fā)來的臨時(shí)限速信息,通過無線通信方式發(fā)送給車載設(shè)備。RDC數(shù)據(jù)庫中線路數(shù)據(jù)包括:軌道區(qū)段數(shù)據(jù)、道岔數(shù)據(jù)、應(yīng)答器數(shù)據(jù)、線路限速數(shù)據(jù)、坡度數(shù)據(jù)以及進(jìn)路數(shù)據(jù)。

        1.2 RDC數(shù)據(jù)約束條件分析

        RDC數(shù)據(jù)庫中的每個(gè)數(shù)據(jù)都并非單獨(dú)的個(gè)體,都有其空間物理意義,這些數(shù)據(jù)共同構(gòu)成了整個(gè)線路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)約束條件即數(shù)據(jù)應(yīng)滿足的條件,在數(shù)據(jù)驗(yàn)證過程中應(yīng)該圍繞數(shù)據(jù)的約束條件進(jìn)行驗(yàn)證。通過對(duì)RDC數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,歸納出以下幾個(gè)方面的數(shù)據(jù)約束條件。

        1.2.1 屬性域值條件

        RDC數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)表現(xiàn)形式為數(shù)據(jù)表格,每個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)象都填寫在相應(yīng)的數(shù)據(jù)表中,每個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)象都有若干個(gè)實(shí)體屬性,比如取值范圍、精度、數(shù)據(jù)格式等。

        1.2.2 拓?fù)浼s束條件

        數(shù)據(jù)間的拓?fù)潢P(guān)系指空間上各個(gè)數(shù)據(jù)描述對(duì)象間的相鄰和連接關(guān)系。空間的地理特性通過數(shù)據(jù)的公里標(biāo)、道岔定反位等信息來體現(xiàn)。拓?fù)浼s束條件分為以下3個(gè)方面。

        (1)映射關(guān)系

        映射關(guān)系指軌旁設(shè)備映射在軌道區(qū)段上的位置關(guān)系。軌旁設(shè)備的屬性字段中包含了所屬軌道區(qū)段一項(xiàng),因此軌旁設(shè)備的位置應(yīng)在其所在區(qū)段的始末端點(diǎn)公里標(biāo)之間。除了軌旁設(shè)備之外,道岔的岔尖里程也應(yīng)在其所在軌道區(qū)段的范圍內(nèi)。

        (2)關(guān)聯(lián)關(guān)系

        RDC數(shù)據(jù)在對(duì)線路和軌旁設(shè)備進(jìn)行描述時(shí),各個(gè)數(shù)據(jù)并不是單獨(dú)存在的,具有一定的關(guān)聯(lián)性。一個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)的屬性值可以推導(dǎo)出另外一個(gè)與之相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)屬性值。

        (3)連續(xù)關(guān)系

        連續(xù)關(guān)系表現(xiàn)在兩個(gè)方面:(1)各個(gè)數(shù)據(jù)索引號(hào)的連續(xù)關(guān)系;(2)相鄰區(qū)段的里程數(shù)連續(xù),符合此連續(xù)關(guān)系的數(shù)據(jù)有:軌道區(qū)段、線路限速、坡度信息。

        綜上所述,RDC數(shù)據(jù)庫所包含的靜態(tài)數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)之間的關(guān)系可用如圖1所示類圖表示。

        2 數(shù)據(jù)約束規(guī)則提取

        RDC實(shí)體數(shù)據(jù)應(yīng)滿足的約束規(guī)則是基于《列車運(yùn)行監(jiān)控裝置(LKJ)數(shù)據(jù)文件編制規(guī)范(V1.0)》[6]和RDC靜態(tài)數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以及數(shù)據(jù)編制經(jīng)驗(yàn)得到,通過對(duì)各個(gè)數(shù)據(jù)字段的分析整理可得到完備的數(shù)據(jù)驗(yàn)證規(guī)則。

        以車站軌道區(qū)段數(shù)據(jù)為例,軌道區(qū)段Section數(shù)據(jù)是一個(gè)十一元組,可以描述為<Seg_index, Seg_sigpointtype, Seg_startloc, Seg_sigtype, Seg_endloc,Seg_frequency, Seg_length, Seg_upordown, Seg_swinum, Seg_swiloc>,分別代表區(qū)段索引號(hào)、信號(hào)點(diǎn)類型、起點(diǎn)公里標(biāo)、信號(hào)機(jī)類型、終點(diǎn)公里標(biāo)、軌道區(qū)段載頻、軌道區(qū)段長度、線別、道岔數(shù)量、岔尖里程。車站軌道區(qū)段數(shù)據(jù)應(yīng)滿足的具體規(guī)則如下。

        圖1 RDC靜態(tài)數(shù)據(jù)類圖

        (1)區(qū)段索引號(hào)即為區(qū)段編號(hào),應(yīng)滿足唯一性和連續(xù)性,即:

        (2)信號(hào)機(jī)類型和信號(hào)點(diǎn)類型只包含沒有信號(hào)機(jī)、進(jìn)站信號(hào)機(jī)、通過信號(hào)機(jī)、進(jìn)路信號(hào)機(jī)、調(diào)車信號(hào)機(jī)、出站口、出站信號(hào)機(jī)、容許信號(hào)機(jī)、預(yù)告信號(hào)機(jī)9種類型,記為{1,2,3,4,5,6,7,8,9}。

        (3)起點(diǎn)公里標(biāo)和終點(diǎn)公里標(biāo)的取值都為非負(fù)整數(shù)。

        (4)線別只包含上行線和下行線2種類型,記為{0,1}。

        (5)在規(guī)則(3)和(4)滿足的前提下,若線別為下行線情況,則終點(diǎn)公里標(biāo)滿足:

        Seg_endloc>Seg_startloc

        若線別為上行線,則終點(diǎn)公里標(biāo)滿足:

        Seg_startloc>Seg_endloc

        (6)道岔數(shù)量可能為0、1、2的3種類型,記為{0,1,2}。

        (7)軌道區(qū)段載頻包含0、1 700 Hz、2 000 Hz、2 300 Hz、2 600 Hz5種類型,分別記為{1,2,3,4,5}。

        (8)岔尖里程數(shù)必須在起點(diǎn)公里標(biāo)和終點(diǎn)公里標(biāo)之間,即:

        Seg_startlo<Seg_swiloc<Seg_endloc

        (9)在規(guī)則(3)和(4)滿足的前提下,若為下行線則區(qū)段長度為終點(diǎn)和起點(diǎn)公里標(biāo)之差,即:

        Seg_lenght<Seg_endloc<Seg_startlo

        若為上行線則區(qū)段長度為起點(diǎn)和終點(diǎn)公里標(biāo)之差,即:

        Seg_lenght=Seg_startlo-Seg_endloc

        (10)相鄰軌道區(qū)段公里標(biāo)連續(xù),即:

        Seg_startloi+1=Seg_endloci

        (11)在規(guī)則(4)和(7)滿足的前提下,下行線載頻只包含0、1 700 Hz和2 300 Hz3種情況,上行線載頻只包含0、2 000 Hz和2 600 Hz3種情況。

        3 驗(yàn)證方法和思路

        確立數(shù)據(jù)約束規(guī)則后,需將數(shù)據(jù)約束規(guī)則加入數(shù)據(jù)驗(yàn)證流程,并利用形式化方法CSP語義對(duì)數(shù)據(jù)驗(yàn)證流程建模并驗(yàn)證,以得到正確的數(shù)據(jù)驗(yàn)證流程。

        3.1 CSP語義

        CSP是一種針對(duì)并發(fā)系統(tǒng)的代數(shù)理論,該方法可以精確地描述由多進(jìn)程構(gòu)成的系統(tǒng),進(jìn)程內(nèi)部通過消息交互來推動(dòng)事件的發(fā)生和狀態(tài)的轉(zhuǎn)移。CSP語義模型具有可遍歷所有事件和狀態(tài)的特點(diǎn),可以完整地驗(yàn)證所有情況,因此本文采取該方法對(duì)數(shù)據(jù)驗(yàn)證流程進(jìn)行建模。

        進(jìn)程(Process)是CSP方法的基本要素之一,其基本結(jié)構(gòu)包括前綴進(jìn)程、確定性選擇、非確定性選擇、遞歸4部分。

        3.1.1 前綴進(jìn)程

        x→P或P=STOP,表示一個(gè)有限行為進(jìn)程,進(jìn)程名通常用大寫字母表示,STOP代表終止進(jìn)程,執(zhí)行到該進(jìn)程后不再進(jìn)行任何操作。常用的前綴進(jìn)程包括以下幾種:

        (1)事件前綴選擇進(jìn)程

        (?x:→P),若A為一事件集合,即A?∑,則進(jìn)程?x:→P(x)代表當(dāng)執(zhí)行任意動(dòng)作x∈A時(shí),下一動(dòng)作執(zhí)行進(jìn)程P,執(zhí)行后的狀態(tài)為P(x),即x為是否執(zhí)行進(jìn)程P的判斷條件。

        (2)輸出前綴選擇進(jìn)程

        (C!x:→P),其中C為進(jìn)程間通信的通道,C!x:→P(x)表示在通道C上輸出x后,執(zhí)行進(jìn)程P(x)。

        (3)輸入前綴選擇進(jìn)程

        (C?x:→P),C為進(jìn)程間通信的通道,A?∑,則進(jìn)程C?x:→P(x)表示通過通道C接收輸入x∈A后執(zhí)行進(jìn)程P(x)。

        3.1.2 確定性選擇進(jìn)程

        P□Q表示由外界環(huán)境決定執(zhí)行進(jìn)程P或者Q。

        3.1.3 非確定性選擇進(jìn)程

        P∏Q表示該進(jìn)程是任意的,不受外界環(huán)境影響,可選擇P或者Q。

        3.1.4 遞歸進(jìn)程

        遞歸是用短得多的記法來刻畫重復(fù)的行為。若X和P代表進(jìn)程, ?P表示P的字母表, P(X)代表進(jìn)程X的衛(wèi)式, 即P(X)服從?→X, 若X為不可終止進(jìn)程, 則X=P(X)代表遞歸進(jìn)程, 可以表示無窮進(jìn)程。

        3.2 CSP語義建模和驗(yàn)證思路

        采用CSP語義對(duì)RDC數(shù)據(jù)驗(yàn)證流程進(jìn)行建模,首先需要將數(shù)據(jù)約束條件加入數(shù)據(jù)驗(yàn)證流程,本文將每個(gè)數(shù)據(jù)字段抽象為單獨(dú)的進(jìn)程,數(shù)據(jù)間的相互聯(lián)系通過相應(yīng)的通道進(jìn)行信息交互來實(shí)現(xiàn)。由于CSP語義是一種抽象化描述方式,因此需要對(duì)規(guī)則進(jìn)行管理和抽象化描述,建模和驗(yàn)證流程分為規(guī)則管理、建立模型、模型驗(yàn)證3個(gè)階段,具體流程如圖2所示。

        圖2 RDC數(shù)據(jù)驗(yàn)證流程建模與驗(yàn)證框圖

        3.3 規(guī)則管理

        3.3.1 規(guī)則分類

        根據(jù)本文1.2節(jié)中對(duì)約束條件的歸納總結(jié),將規(guī)則(1)~(11)進(jìn)行分類:屬性域值、映射關(guān)系和關(guān)聯(lián)關(guān)系規(guī)則針對(duì)的是單個(gè)數(shù)據(jù)字段應(yīng)滿足的屬性規(guī)則和數(shù)據(jù)字段間的相互約束關(guān)系,在數(shù)據(jù)表中體現(xiàn)為橫向數(shù)據(jù)驗(yàn)證;而連續(xù)關(guān)系體現(xiàn)的是同一數(shù)據(jù)字段相鄰數(shù)據(jù)間的關(guān)系以及不同字段間的連續(xù)關(guān)系,在數(shù)據(jù)表中體現(xiàn)為縱向數(shù)據(jù)驗(yàn)證。因此將每個(gè)字段抽象為單獨(dú)的進(jìn)程,將規(guī)則分為橫向驗(yàn)證和縱向驗(yàn)證,分別對(duì)不同的字段的驗(yàn)證流程進(jìn)行建模,可以使得驗(yàn)證過程條理更加清晰。

        3.3.2 規(guī)則抽象

        為避免狀態(tài)爆炸,CSP語義不可能分析驗(yàn)證對(duì)象具體的屬性值,只能在不影響所驗(yàn)證規(guī)則的基礎(chǔ)上將數(shù)據(jù)取值進(jìn)行抽象,比如線別Seg_upordown字段的值只能為上行線0和下行線1,其他取值都不合法,因此將該字段取值抽象為upordown0、upordown1和upordownother3種類型,分別代表取值為下行線、上行線和錯(cuò)誤類型。

        3.4 CSP建模

        將抽象后的數(shù)據(jù)約束規(guī)則加入數(shù)據(jù)驗(yàn)證流程,對(duì)每個(gè)字段的數(shù)據(jù)驗(yàn)證流程用CSP形式化方法進(jìn)行描述,其具體建模過程如下。

        3.4.1 屬性域值、映射關(guān)系和關(guān)聯(lián)關(guān)系CSP模型

        以體現(xiàn)上述約束關(guān)系的典型字段——終點(diǎn)公里標(biāo)為例對(duì)驗(yàn)證過程進(jìn)行建模。終點(diǎn)公里標(biāo)需滿足的屬性域值條件對(duì)應(yīng)規(guī)則(3),需滿足的映射關(guān)系和關(guān)聯(lián)關(guān)系條件對(duì)應(yīng)規(guī)則(4)。將規(guī)則(3)和(4)加入數(shù)據(jù)驗(yàn)證流程,即:

        (1)終點(diǎn)公里標(biāo)進(jìn)程END向起點(diǎn)公里標(biāo)進(jìn)程START通過通道chE2S發(fā)送檢查請(qǐng)求,START進(jìn)程接收到請(qǐng)求后檢查起點(diǎn)公里標(biāo)是否滿足規(guī)則,若起點(diǎn)公里標(biāo)數(shù)據(jù)正確則START將起點(diǎn)公里標(biāo)的值通過通道chE2S發(fā)送給END,反之進(jìn)入錯(cuò)誤進(jìn)程ERROR,終止判斷。

        (2)END進(jìn)程獲得起點(diǎn)公里標(biāo)的值后,通過通道chE2U向線別進(jìn)程UORD發(fā)送檢查線別數(shù)據(jù)請(qǐng)求,UORD收到請(qǐng)求后檢查線別數(shù)據(jù),若數(shù)據(jù)為upordown0或upordown1,分別代表下行線或上行線,說明數(shù)據(jù)正確進(jìn)入下一進(jìn)程E2或E3,若數(shù)據(jù)為upordownother,代表其他類型數(shù)據(jù),說明線別數(shù)據(jù)錯(cuò)誤,進(jìn)入錯(cuò)誤進(jìn)程ERROR,終止判斷。

        (3)若線別數(shù)據(jù)為下行線數(shù)據(jù),則UORD進(jìn)程通過通道chU2E將線別數(shù)據(jù)發(fā)送給END進(jìn)程,然后END進(jìn)程接收總進(jìn)程SECTION通過通道chSS2E發(fā)送來的檢查終點(diǎn)公里標(biāo)請(qǐng)求,若Seg_endloc>Seg_startloc,即endmorethanstart事件發(fā)生,說明終點(diǎn)公里標(biāo)數(shù)據(jù)正確,遞歸到進(jìn)程END,對(duì)終點(diǎn)公里標(biāo)的驗(yàn)證流程結(jié)束;若endpointother事件發(fā)生,則說明數(shù)據(jù)錯(cuò)誤,進(jìn)入進(jìn)程ERROR,終止判斷。上行線情況與下行線類似,不再贅述。

        用CSP語義對(duì)上述驗(yàn)證流程建模如下:

        3.4.2 連續(xù)關(guān)系CSP模型

        以體現(xiàn)連續(xù)關(guān)系的典型字段—區(qū)段索引號(hào)為例對(duì)驗(yàn)證過程建模。索引號(hào)Seg_index連續(xù)關(guān)系需滿足規(guī)則(10),定義進(jìn)程INDEX1代表Seg_indexi,進(jìn)程INDEX2代表Seg_indexi+1,將規(guī)則(10)加入驗(yàn)證流程,即:

        (1)檢查Seg_indexi+1數(shù)據(jù)是否滿足連續(xù)性,首先需要保證Seg_indexi取值正確,即INDEX2進(jìn)程通過通道chSS2I2向INDEX1發(fā)送檢查請(qǐng)求,若Seg_indexi取值正確則進(jìn)入進(jìn)程I1,反之進(jìn)入錯(cuò)誤進(jìn)程ERROR。

        (2)INDEX2通過通道chI12I2得到Seg_indexi的值后,接收總進(jìn)程SECTION通過通道chSS2I2發(fā)送的檢查命令,檢查Seg_indexi+1是否滿足等式Seg_indexi+1=Seg_indexi+1,若滿足即事件i2equi1p1發(fā)生,即說明索引號(hào)數(shù)據(jù)正確,遞歸到進(jìn)程INDEX2,反之說明數(shù)據(jù)錯(cuò)誤,進(jìn)入ERROR進(jìn)程。

        用CSP語義對(duì)上述驗(yàn)證流程建模如下:

        3.5 模型驗(yàn)證

        將CSP語義模型代碼導(dǎo)入模型驗(yàn)證工具,并將數(shù)據(jù)約束規(guī)則用線性時(shí)序邏輯(LTL,Linear Temporal Logic)語句來刻畫,將兩部分共同作為ProB模型驗(yàn)證器的輸入,對(duì)模型的正確性和有效性進(jìn)行驗(yàn)證并對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析。若出現(xiàn)錯(cuò)誤則可根據(jù)反例對(duì)錯(cuò)誤進(jìn)行定位和追蹤,從而發(fā)現(xiàn)模型中的錯(cuò)誤并進(jìn)行修改和重驗(yàn)。

        其他數(shù)據(jù)字段的建模過程與3.4節(jié)中示例類似,將所有數(shù)據(jù)字段的驗(yàn)證流程建模完成后,將各進(jìn)程的CSP語義模型先轉(zhuǎn)換為CSPM語言,即機(jī)器可讀語言,將其加載到ProB平臺(tái)[8]對(duì)各模型進(jìn)行檢驗(yàn),部分程序如下所示。

        ProB平臺(tái)可自動(dòng)驗(yàn)證模型的死鎖、活鎖和確定性斷言。模型驗(yàn)證主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行。

        (1)死鎖

        死鎖指系統(tǒng)處于某一狀態(tài)時(shí),一直處于等待狀態(tài),無法跳轉(zhuǎn)到下一狀態(tài),從而導(dǎo)致系統(tǒng)進(jìn)程無法繼續(xù)。

        (2)活鎖

        活鎖指進(jìn)程中存在死循環(huán),該現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)中其他功能無法得到驗(yàn)證并使系統(tǒng)部分功能缺失。

        (3)確定性

        確定性指對(duì)于所建模型各狀態(tài)的轉(zhuǎn)移是確定的而且可以進(jìn)行直接觀測(cè)或者間接描述。

        (4)功能性驗(yàn)證

        功能性驗(yàn)證即驗(yàn)證模型是否滿足約束規(guī)則。將數(shù)據(jù)應(yīng)滿足的約束規(guī)則通過LTL表達(dá)式表示出來,與模型共同作為驗(yàn)證器的輸入,若驗(yàn)證通過則說明所建立的模型滿足約束條件,若驗(yàn)證不通過則可以給出反例,可定位模型的錯(cuò)誤之處并進(jìn)行修改。由于模型待驗(yàn)證的約束規(guī)則過多,因此本文給出以下示例進(jìn)行介紹。

        a.在驗(yàn)證屬性域值性質(zhì)時(shí),如INDEX進(jìn)程處于indexerror狀態(tài)則說明該項(xiàng)數(shù)據(jù)錯(cuò)誤,不能直接跳轉(zhuǎn)到進(jìn)程INDEX,且該狀態(tài)不能與indexcorrect同時(shí)存在。因此需要將該約束條件寫成LTL表達(dá)式:

        notG([indexerror]&[indexcorrect])

        b.在數(shù)據(jù)間有交互作用的驗(yàn)證過程中,比如驗(yàn)證END進(jìn)程時(shí),首先要保證startpointcorrect和upordowncorrect,才能進(jìn)行驗(yàn)證,因此需要將該約束條件寫成LTL表達(dá)式如下:

        G([startpointcorrect]&[upordowncorrect])=>F([checkendpoint])

        c.在每一個(gè)進(jìn)程檢查過程中若出現(xiàn)數(shù)據(jù)錯(cuò)誤,則相應(yīng)的進(jìn)程進(jìn)入ERROR,如檢查INDEX2進(jìn)程中出現(xiàn)index1error則進(jìn)入ERROR進(jìn)程,表示數(shù)據(jù)驗(yàn)證錯(cuò)誤。相應(yīng)的LTL表達(dá)式為:

        G([index1error])=>F([dataerror])

        在ProB檢查器中需要通過LTL語句一一驗(yàn)證模型是否滿足數(shù)據(jù)的約束條件,得到的結(jié)果正確才能說明該模型正確,部分驗(yàn)證結(jié)果如圖3所示。

        圖3 LTL語句部分約束規(guī)則驗(yàn)證結(jié)果

        圖3驗(yàn)證結(jié)果表明,該模型滿足數(shù)據(jù)的約束規(guī)則和無死鎖、活鎖等要求,本文提出的數(shù)據(jù)驗(yàn)證流程可用于RDC數(shù)據(jù)驗(yàn)證。

        4 結(jié)束語

        本文通過對(duì)RDC數(shù)據(jù)進(jìn)行歸納分析,將實(shí)體數(shù)據(jù)需滿足的約束條件總結(jié)為屬性域值和拓?fù)潢P(guān)系兩方面。以軌道區(qū)段數(shù)據(jù)為例,總結(jié)軌道區(qū)段數(shù)據(jù)應(yīng)滿足的約束規(guī)則,并對(duì)規(guī)則進(jìn)行分類和抽象,再將每個(gè)數(shù)據(jù)字段抽象為獨(dú)立的進(jìn)程,將數(shù)據(jù)約束規(guī)則加入驗(yàn)證流程,以終點(diǎn)公里標(biāo)和索引號(hào)數(shù)據(jù)驗(yàn)證流程為例,利用形式化方法CSP語義對(duì)驗(yàn)證流程進(jìn)行建模,并驗(yàn)證了該模型不存在死鎖、活鎖,滿足確定性的要求,將數(shù)據(jù)約束條件表示成LTL語句加入驗(yàn)證器,得到驗(yàn)證結(jié)果正確,表明該驗(yàn)證流程

        滿足數(shù)據(jù)約束規(guī)則,可用于RDC數(shù)據(jù)的驗(yàn)證。本文的研究成果確定了RDC數(shù)據(jù)驗(yàn)證的流程,為下一步RDC數(shù)據(jù)自動(dòng)化驗(yàn)證工具的開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。

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