基于AADL的信息物理融合系统的分析与设计方法

【摘要】信息物理融合系统是一个物理系统、信息系统和控制逻辑深度融合的复杂嵌入式系统,能实现大型工程系统的实时感知、动态控制和信息服务,具有实时、安全可靠、高效的特点,涉及物理学、力学、电子、通信、计算机、机械、控制等诸多学科。信息物理融合系统的复杂性使系统中存在很多动态的、不确定的因素,在这些因素的影响下,如何对信息物理融合系统进行分析与设计以保证系统的实时性和安全可靠性等非功能属性是当前信息物理融合系统领域研究的热点,也是本文的研究内容。结构分析与设计语言AADL是一种基于系统组件的层次化结构设计方法,能够对系统软件和与软件运行相关的硬件进行抽象建模。AADL可以通过构建组件描述系统的静态结构,也可以通过组件之间交互的配置变更与数据流规范来描述系统中的动态特征,并有丰富的建模仿真工具支持模型的建立、验证、转换和自动代码生成,适用于对复杂嵌入式系统进行建模。本文的内容包括了对信息物理融合系统的基本组件、特点和AADL的建模元素、建模流程的研究,根据信息物理融合系统的建模需求分析和用AADL建模信息物理融合系统的优点与不足,对AADI进行扩展,研究并给出AADL与多领域建模语言Modelica的映射规则,用在物理系统建模方面有优势的多领域建模语言Modelica对物理系统进行建模,通过模型转换,将Modelica模型转换为AADL模型；系统空间行为建模方面,用时间自动机对AADL的行为附件进行扩展,使扩展后的行为附件能够描述系统的空间行为,研究并给出了AADL行为模型到UPPAAL下的时间自动机模型的转换规则,使系统的行为模型正确性和合理性能够通过UPPAAL进行验证；系统安全可靠性分析方面,研究了AADL中的错误模型和错误在系统组件中的传播,给出了AADL错误模型和GSPN可靠性计算模型的转换规则,分析系统的安全可靠性。最后,以无人机信息物理融合系统为例验证了本文所提出的基于AADL的信息物理融合系统的分析和设计方法,对建立的无人机信息物理系统的AADL模型进行流延迟分析、可调度性验证、行为模型验证和可靠性分析,证明所提出方法的正确性和有效性。
【作者】朱晨曦；
【导师】张立臣；
【作者基本信息】广东工业大学，计算机技术，2014，硕士
【关键词】信息物理融合系统；AADL；Modelica；模型转换；GSPN；

【参考文献】
[1]程山珊.五态人格、中医体质类型与大学生C群人格障碍的相关性研究[D].广州中医药大学,中医学,2013,硕士.
[2]张光帅.新媒体艺术与传统绘画[D].山东师范大学,艺术（专业学位）,2013,硕士.
[3]何健.河南省中壤烟区烤烟需水指标与需水模型研究[D].河南农业大学,作物栽培学与耕作学,2004,硕士.
[4]黄璐璐.容差模拟电路故障诊断的BP神经网络法与故障树分析法研究[D].河海大学,控制理论与控制工程,2004,硕士.
[5]李婷.饮用水中N-亚硝胺类消毒副产物的研究[D].南京大学,环境科学,2013,硕士.
[6]李国庆,辛业春,吴学光.模块化多电平换流器桥臂电流分析及其环流抑制方法[J].电力系统自动化,2014,24:62-67.
[7]赵慧玲.网络技术及标准的发展[J].电信网技术.2000(01)
[8]高帅.仿生鳐鱼的结构设计与实验研究[D].哈尔滨工业大学,机械电子工程,2014,硕士.
[9]李晔.基于混合故障注入的列控车载设备测试方法研究[D].北京交通大学,2014.
[10]赵晓锋.聚苯胺复合材料的制备与储能应用[D].西南交通大学,2010.
[11]王晓.小麦胚乳特异性启动子的改造及其在创制小麦高赖氨酸转基因新种质中的应用[D].南京农业大学,作物遗传育种,2012,硕士.
[12]王鹏.基于Liferay技术构建协作学习平台[D].东华大学,软件工程（专业学位）,2014,硕士.
[13]张锐.荔枝果皮在着色发育过程中的钾、钙与镁含量变化及其对着色的影响[D].海南大学,果树学,2014,硕士.
[14]荆莉.初二物理问题解决中自我监控能力的培养研究[D].曲阜师范大学,课程与教学论,2004,硕士.
[15]刘永霞.保护大规模集成电路知识产权的动态水印技术研究[D].哈尔滨工业大学,微电子学与固体电子学,2013,硕士.
[16]钱茂华.翻译研究：人文主义，还是科学主义？[D].河南大学,英语语言文学,2004,硕士.
[17]张建云.不同牙周维护对固定矫治中牙龈炎疗效的研究[D].山东大学,口腔临床医学（专业学位）,2013,硕士.
[18]刘英男.基于GPRS电动汽车充电桩控制系统的研究[D].西安工业大学,控制工程,2014,硕士.
[19]徐书芝.基于行动导向教学的中职学校教学改革研究[D].河北师范大学,教育管理,2012,硕士.
[20]张伟伟.交直流混合微网三电平变换器控制研究[D].北京交通大学,2015.
[21]史文娟.辽河物探公司国际化人才招聘管理研究[D].大连理工大学,工商管理（专业学位）,2013,硕士.
[22]陈亚琼方跃法郭盛温如凤.风力机专用翼型综合优化设计方法[J].中国机械工程,2015,09:.
[23]张静.民营房地产企业员工工作满意度分析研究[D].首都经济贸易大学,劳动经济学,2014,硕士.
[24]洪之旭.社会管理综合治理信息系统平台设计与实现[D].山东大学,软件工程（专业学位）,2013,硕士.
[25]金启超,张田田,韦东.基于高性能嵌入式系统的水电机组综合控制器的设计[J].电力系统自动化,2010,11:109-112.
[26]刘凯.基于NTFS注册表取证工具研究与设计[D].广东工业大学,计算机应用技术,2013,硕士.
[27]张明.石墨烯及碳纤维基复合材料的合成及储锂性能研究[D].湖南大学,2014.
[28]刘春力.中国证券分析师预测与盈余管理研究[D].西南财经大学,会计学,2014,博士.
[29]周副权.微型车驱动桥总成动态特性的模态综合技术研究[D].长安大学,车辆工程,2013,硕士.
[30]李璇.我国居民收入分配差距与税收政策研究[D].山西财经大学,财政学,2013,硕士.
[31]林长华.寰枢关节带椎动脉有限元建模及牵引治疗模拟[D].福建医科大学,影像医学与核医学,2014,硕士.
[32]周红宇.数据仓库在质监系统决策分析中的应用前景[J].世界标准化与质量管理,2005,02:56-57.
[33]王大志.开发区行政管理职能创新研究[D].东北师范大学,行政管理,2012,硕士.
[34]黄唯.无刷直流电机无位置传感器控制系统的研究与实现[D].湖南大学,电气工程,2012,硕士.
[35]张代楠.高职旅游管理专业“订单式”人才培养模式研究[D].沈阳师范大学,课程与教学论,2013,硕士.
[36]邓继新,王尚旭,俞军.不同压力条件下部分饱和砂岩速度实验结果及理论解释[J].石油地球物理勘探,2005,05:58-62+144+17.
[37]刘军德.基于MEMS的球磨机介质运动测量技术研究[D].浙江工业大学,机械设计及理论,2012,硕士.
[38]周榕.企业家观念与中小企业转型升级的关系研究[D].浙江工业大学,2013.
[39]颜渤.海峡西岸经济区金融创新对经济发展方式转变的作用研究[D].湖南师范大学,产业经济学,2014,硕士.
[40]高航.高强Fe-V耐热合金的开发研究[D].东北大学,材料学,2010,硕士.
[41]张严磊.一类新型的手性胺有机催化剂的设计与合成及其在催化黄烷酮类化合物合成中的应用[D].西北大学,有机化学,2014,博士.
[42]李萍,张道宏.论商务智能的应用与架构[J].西安邮电学院学报,2005,02:8-10+33.
[43]李山.清代乡村治安管理的当代启示[D].曲阜师范大学,马克思主义基本原理,2013,硕士.
[44]姜鹏.棉用耐久型无醛阻燃剂的制备与应用研究[D].北京服装学院,纺织化学与染整工程,2012,硕士.
[45]郑龙珍,韩奎,熊乐艳,陶堃,叶丹,邹志君.石墨烯负载型铂基金属间化合物的制备及其在燃料电池中的应用[A].中国化学会.中国化学会第28届学术年会第10分会场摘要集[C].中国化学会:,2012:1.
[46]杨路.墨菲生态女性主义文学批评理论研究[D].辽宁大学,文艺学,2012,硕士.
[47]李梅.马斯洛需要层次理论对中学音乐教学的启示[D].湖南师范大学,学科教学（专业学位）,2014,硕士.
[48]刘韵婷.基于小波变换与人工神经网络的表面肌电信号分析[D].东北大学,控制理论与控制工程,2010,硕士.
[49]牛可兴.燃料电池非贵金属阴极M-N/C催化剂的制备及性能研究[D].兰州理工大学,化学工艺,2013,硕士.
[50]王玉.新时期高校大学生民族精神培养研究[D].西安科技大学,思想政治教育,2014,硕士.