Đặc tả và kiểm chứng các hệ thống thời gian thực sử dụng Uppaal (Luận văn thạc sĩ)

Đặc tả và kiểm chứng các hệ thống thời gian thực sử dụng Uppaal (Luận văn thạc sĩ)Đặc tả và kiểm chứng các hệ thống thời gian thực sử dụng Uppaal (Luận văn thạc sĩ)Đặc tả và kiểm chứng các hệ thống thời gian thực sử dụng Uppaal (Luận văn thạc sĩ)Đặc tả và kiểm chứng các hệ thống thời gian thực sử dụng Uppaal (Luận văn thạc sĩ)Đặc tả và kiểm chứng các hệ thống thời gian thực sử dụng Uppaal (Luận văn thạc sĩ)Đặc tả và kiểm chứng các hệ thống thời gian thực sử dụng Uppaal (Luận văn thạc sĩ)Đặc tả và kiểm chứng các hệ thống thời gian thực sử dụng Uppaal (Luận văn thạc sĩ)Đặc tả và kiểm chứng các hệ thống thời gian thực sử dụng Uppaal (Luận văn thạc sĩ)Đặc tả và kiểm chứng các hệ thống thời gian thực sử dụng Uppaal (Luận văn thạc sĩ)Đặc tả và kiểm chứng các hệ thống thời gian thực sử dụng Uppaal (Luận văn thạc sĩ)

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ PHẠM THỊ TỐ NGA ĐẶC TẢ VÀ KIỂM CHỨNG CÁC HỆ THỐNG THỜI GIAN THỰC SỬ DỤNG UPPAAL LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN Hà Nội – 2017 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ PHẠM THỊ TỐ NGA ĐẶC TẢ VÀ KIỂM CHỨNG CÁC HỆ THỐNG THỜI GIAN THỰC SỬ DỤNG UPPAAL Ngành: Công nghệ thông tin Chuyên ngành:Kỹ Thuật Phần Mềm Mã số: 60480103 LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS PHẠM NGỌC HÙNG Hà Nội – 2017 i MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN iii LỜI CẢM ƠN iv DANH MỤC HÌNH VẼ v CHƯƠNG GIỚI THIỆU 1.1 Đặt vấn đề .1 1.2 Mục tiêu phạm vi đề tài 1.3 Cấu trúc luận văn CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Đặc tả hệ thống .4 2.2 Kiểm chứng hệ thống phần mềm 2.3 Ơ-tơ-mát thời gian CHƯƠNG ĐẶC TẢ VÀ KIỂM CHỨNG TRONG UPPAAL 3.1 Bộ công cụ Uppaal 3.1.1 Giới thiệu công cụ Uppaal 3.1.2 Tổng quan công cụ Uppaal .9 3.1.2.1 Java Client 10 3.1.2.2 Stand-alone Verifier 16 3.2 Mạng Ơ-tơ-mát thời gian Uppaal 16 3.2.1 Ơ-tơ-mát thời gian Uppaal 16 3.2.2 Mơ hình mạng ô-tô-mát thời gian Uppaal .17 3.3 Đặc tả Uppaal 19 3.4 Kiểm chứng Uppaal 22 3.4.1 Mô hoạt động hệ thống .22 3.4.2 Kiểm chứng dòng lệnh 23 CHƯƠNG ÁP DỤNG ĐẶC TẢ VÀ KIỂM CHỨNG MỘT SỐ HỆ THỐNG THỜI GIAN THỰC BẰNG CÔNG CỤ UPPAAL .26 4.1 Hệ thống phân loại .26 4.1.1 Ví dụ1 Hệ thống phân loại bóng theo màu sắc (Hệ thống Bong7mau) 26 4.1.2 Ví dụ Hệ thống phân loại sản phẩm (sản phẩm đạt chất lượng hay chưa) 32 4.2 Hệ thống điều khiển sử dụng vùng tài nguyên 37 4.2.1 Ví dụ Hệ thống điều khiển việc sử dụng chung vùng tài nguyên Process ResourceV1 (có ràng buộc thời gian sử dụng nguồn tài nguyên) 37 4.2.2 Ví dụ Hệ thống điều khiển việc sử dụng chung vùng tài nguyên Process Resource V2(có nhiều nhóm q trình có ràng buộc thời gian sử dụng nguồn tài nguyên) 45 ii KẾT LUẬN 53 TÀI LIỆU THAM KHẢO 54 iii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn tốt nghiệp với đề tài “Đặc tả kiểm chứng hệ thống thời gian thực sử dụng Uppaal” cơng trình nghiên cứu riêng hướng dẫn PGS.TS Phạm Ngọc Hùng Các kết tơi trình bày luận văn hồn tồn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Tơi trích dẫn đầy đủ tài liệu tham khảo, công trình nghiên cứu liên quan nước quốc tế phần tài liệu tham khảo Ngoại trừ tài liệu tham khảo này, luận văn hoàn toàn cơng việc riêng tơi Nếu có phát gian lận chép tài liệu, cơng trình nghiên cứu tác giả khác mà không ghi rõ phần tài liệu tham khảo, xin chịu hoàn toàn trách nhiệm kết luận văn Hà nội, tháng 10 năm 2017 Học viên Phạm Thị Tố Nga iv LỜI CẢM ƠN Tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành sâu sắc đến PGS.TS Phạm Ngọc Hùng hướng dẫn bảo tận tình với định hướng, lời khuyên, kiến thức vô quý giá Thầy q trình tơi theo học làm luận văn Tôi xin gửi lời cảm ơn tới Thầy Cô khoa Công nghệ thông tin trường Đại học Công Nghệ- Đại học Quốc gia Hà Nội trang bị cho kiến thức q báu q trình tơi theo học khoa Đây tiền đề để m có kiến thức cần thiết để hoàn thiện luận văn Tôi xin gửi lời cảm ơn tới Thầy Cô giáo anh chị em bạn bè theo học môn Công nghệ Phần mềm tận tình bảo tạo điều kiện tốt để làm việc môn với đầy đủ trang thiết bị cần thiết để hồn thiện tốt luận văn Tơi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến lãnh đạo anh chị em đồng nghiệp trường Đại học Đại Nam nơi công tác gia đình, bạn bè, người thân giúp đỡ vật chất lẫn tinh thần để tơi hồn thành luận văn Mặc dù cố gắng luận văn chắn không tránh khỏi thiếu sót, tơi mong nhận ý kiến đánh giá phê bình từ phía Thầy Cơ để luận văn hồn thiện Tơi xin chân thành cảm ơn! Hà nội, tháng 11 năm 2017 Học viên Phạm Thị Tố Nga v DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 2.1 Sơ đồ việc kiểm chứng hệ thống……………………………………….5 Hình 2.1 Sơ đồ hoạt động phương pháp kiểm tra mơ hình…………………….6 Hình 3.1 Màn hình khung soạn thảo Uppaal………………………………….9 Hình 3.2 Màn hình khung mơ bước chuyển trạng thái trình hệ thống Train-Gate Uppaal ………………………………… 10 Hình 3.3 Màn hình khung mơ bước chuyển hệ thống theo thời gian Train-Gate Uppaal ………………………………… …………………….11 Hình 3.4 Màn hình khung kiểm chứng hệ thống Train-Gate………………11 Hình 3.5 Mạng ơ-tơ-mát thời gian hệ thống điều khiển đèn……………17 Hình 3.6 Ơ-tơ-mát tích ơ-tơ-mát cơng tắc đèn người dùng (hình 2.5)…….18 Hình 3.7 Màn hình thể việc dùng nút Add location vẽ trạng thái……….19 Hình 3.8 Màn hình dùng chức Edit để khai báo cho nút……………………19 Hình 3.9 Màn hình dùng lệnh Add Edge………………………………… …… 20 Hình 3.10 Màn hình dùng chức Edit Edge để khai báo cho cạnh…………21 Hình 3.11 Màn hình thể chức kiểm chứng………………………… 24 Hình 4.1 Ơ-tơ-mát Sensorcủa hệ thống Bong7mau……………………………….26 Hình 4.2 Ơ-tơ-mát PushDoor hệ thống Bong7mau…………………………27 Hình 4.3 Màn hình chức mơ Simulation hệ thống Bong7mau… 28 Hình 4.4 Màn hình chức mơ Simulation hệ thống Bong7mau… 29 Hình 4.5 Màn hình chức kiểm chứng Verifier hệ thống Bong7mau… 30 Hình 4.6 Ơ-tơ-mát Potato hệ thống Potato…….…….…….…….…….…….32 Hình 4.7 Ơ-tơ-mát Sensor…….…….…….…….…….…….…….…….…….… 33 Hình 4.8 Ơ-tơ-mát Adoor hệ thống Potato…….…….…….…….…….…… 33 Hình 4.9 Ơ-tơ-mát Bdoor hệ thống Potato…….…….…….…….…….…… 34 Hình 4.10 Màn hình chức mơ Simulation hệ thống Potato………34 vi Hình 4.11 Màn hình chức mơ Simulation hệ thống Potato……35 Hình 4.12 Ơ-tơ-mát Process1 hệ thống Process ResourceV1……… 38 Hình 4.13 Ơ-tơ-mát Process2 hệ thống Process ResourceV1…….…… 39 Hình 4.14 Ơ-tơ-mát Resource hệ thống Process ResourceV1…….……….41 Hình 4.15 Màn hình mơ vận hành hệ thống Process ResourceV1 42 Hình 4.16 Ơ-tơ-mát Process1 hệ thống Process-Resource V2…….…….…45 Hình 4.17 Ơ-tơ-mát Process2 hệ thống Process-Resource V2…….…….…46 Hình 4.18 Ơ-tơ-mát Resource hệ thống Process Resource V2…….…….….49 Hình 4.19 Màn hình mơ vận hành hệ thống Process ResourceV2 50 Hình 4.20 Màn hình mơ vận hành hệ thống Process ResourceV2 .50 CHƯƠNG GIỚI THIỆU 1.1 Đặt vấn đề Trong thời đại ngày nay, hệ thống có yếu tố thời gian đặc biệt hệ thống thời gian thực lĩnh vực nhận nhiều quan tâm giới khoa học nói chung giới khoa học nghiên cứu cơng nghệ nói riêng Thật vây, hệ thống thời gian thực ứng dụng nhiều đời sống xã hội, sản xuất, y tế, hàng không vũ trụ quân sự, gần lĩnh vực ta thấy có góp mặt ứng dụng hệ thống thời gian thực Khơng góp mặt nhiều lĩnh vực mà góp mặt có tầm quan trọng lớn hệ thống Trong hệ thống thời gian thực, công vệc tác vụ cần phải hoàn thành khoảng thời gian cho phép (deadline), khơng đáp ứng u cầu thời gian hệ thống sụp đổ gây hậu nghiêm trọng (hệ thời gian thực cứng: Hard RealTime) bị suy giảm chất lượng dịch vụ (hệ thời gian thực mềm: Soft Real-Time) [6, 9] Chính tầm quan trọng yếu tố thời gian hệ thống thời gian nên việc kiểm tra tính đắn hệ thống cần thiết Việc kiểm tra tính đắn hệ thống thực khâu kiểm thử kiểm chứng Tuy nhiên, với hệ thống có ràng buộc thời gian tầm quan trọng hệ thống mà việc kiểm thử không kiểm tra hết mà chủ yếu tập chung khâu kiểm chứng [10] Việc kiểm chứng tính đắn hệ thống nhằm kiểm tra xem hệ thống có vận hành yêu cầu không, muốn cần phải có mơ vận hành hệ thống, cần có bước kiểm tra quy trình vận hành có đảm bảo tính chất hệ thống như: tính đến trạng thái, tính an tồn, tính liên tục theo thời gian (khơng bị dừng – not deadlock) [10, 11] Muốn làm điều cần phải có cơng cụ mô tả vận hành hệ thống, qua mơ vận hành từ kiểm tra vận hành có thỏa mãn yêu cầu hệ thống hay không Đây thực mối quan tâm lớn vấn đề kiểm chứng nói riêng cơng nghệ phần mềm nói chung Hiện có nhiều cơng cụ cho phép kiểm chứng tự động hệ thống phần mềm có yếu tố thời gian như: SPIN, LTSmin, mCRL2, MRMC, PAT, TAPAL, DREAM, ROMEO, UPPAAL … Trong cơng cụ Uppaal thể tính mạnh mà cơng cụ khác khơng có việc mô vận hành hệ thống thời gian thực kiểm chứng vận hành hệ thống câu lệnh đơn giản Công cụ giúp ta kiểm chứng hệ thống mơ hình hóa thành hệ thống ơ-tơ-mát thời gian với nhứng biến số nguyên, cấu trúc liệu, hàm người dùng đồng kênh Với việc đặc tả kiểm chứng hệ thống thời gian thực cơng cụ Uppaal đánh giá tốt sử dụng rộng rãi cơng nghiệp Nhưng bên cạnh việc sử dụng cơng cụ Uppaal kiểm chứng hệ thống có yếu tố thời gian đòi hỏi người sử dụng có trình độ định việc đặc tả hệ thống dạng ô-tô-mát thời gian điều khiển vận hành tương tác ô-tômát thơng qua ngơn ngữ lập trình [7, 8] 1.2 Mục tiêu phạm vi đề tài Trong luận văn tác giả tập trung tìm hiểu công cụ kiểm chứng Uppaal, sâu vào tìm hiểu ngơn ngữ đặc tả Uppaal, tìm hiểu cách đặc tả hệ thống phần mềm dạng ô-tô-mát thời gian điều khiển vận hành hệ thống thơng qua ngơn ngữ lập trình C++, tìm hiểu chế kiểm chứng công cụ cho hệ thống thời gian thực Từ tác giả xây dựng số ví dụ (cụ thể tác giả xây dựng ví dụ) số hệ thống thời gian thực áp dụng vào đặc tả kiểm chứng hệ thống cơng cụ Uppaal Đối với ví dụ tác giả giả định hệ thống thời gian thực, tiến hành đặc tả, mơ hình hóa hệ ô-tô-mát thời gian trình soạn thảo Uppaal sau chạy mơ kiểm chứng hoạt động hệ thống 1.3 Cấu trúc luận văn Phần lại luận văn trình bày thành ba chương: Ở chương 2, tác giả trình bày sở lí thuyết cần thiết cho việc nghiên cứu đề tài Sang chương 3, tác giả nêu hiểu biết tác giả công cụ Uppaal cách đặc đả hệ thống phần mềm dạng ô-tô-mát thời gian phương pháp mô kiểm chứng Uppaal Chương 4, tác giả trình bày số ví dụ áp dụng mà tác giả xây dựng sau tìm hiểu cơng cụ Uppaal Chương tác giả trình bày bốn ví dụ mà tác giả xây dựng bốn hệ thống thời gian tiến hành đặc tả kiểm chứng hệ thống qua cơng cụ Uppaal Cuối phần kết luận, tác giả tóm tắt cơng việc mà tác ... Với việc đặc tả kiểm chứng hệ thống thời gian thực cơng cụ Uppaal đánh giá tốt sử dụng rộng rãi cơng nghiệp Nhưng bên cạnh việc sử dụng cơng cụ Uppaal kiểm chứng hệ thống có yếu tố thời gian đòi... chế kiểm chứng cơng cụ cho hệ thống thời gian thực Từ tác giả xây dựng số ví dụ (cụ thể tác giả xây dựng ví dụ) số hệ thống thời gian thực áp dụng vào đặc tả kiểm chứng hệ thống cơng cụ Uppaal. .. CÔNG NGHỆ PHẠM THỊ TỐ NGA ĐẶC TẢ VÀ KIỂM CHỨNG CÁC HỆ THỐNG THỜI GIAN THỰC SỬ DỤNG UPPAAL Ngành: Công nghệ thông tin Chuyên ngành:Kỹ Thuật Phần Mềm Mã số: 60480103 LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG