CN103257911A - 一种基于soa架构的模型检验工具集成方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于SOA架构的模型检验工具集成方法，其特征在于：所述的集成方法包括以下步骤：首先配置支持层、之后配置接口层、之后配置发布层、最后配置应用层。本发明的优点是：通过SOA技术将模型检验工具进行集成，提出一种高效、协同、规范、跨平台的集成方法，将封闭、功能单一的模型检验工具服务化，用户无需关心模型检验工具的服务运行在何处、不需要了解模型检验工具的输入模型和待检验性质的语法格式，另外，本方法提高了模型检验工具的使用灵活性，通过XML统一调用方式执行模型检验工具，简化模型检验工具应用的复杂性，提高模型检验工具的可用性范围，促进了模型检验工具在服务计算领域的应用和发展。

Description

一种基于SOA架构的模型检验工具集成方法

 

技术领域

本发明涉及一种模型检验工具集成方法，具体涉及一种基于SOA架构的模型检验工具集成方法。

背景技术

模型检验工具是自动化软件检测、程序分析和验证的重要工具之一。它以软件行为模型和时态逻辑性质作为输入，通过有效的遍历搜索算法检验软件行为是否满足给定的性质。如不满足，则输出反例。因此，它从某一角度回答系统一定没有错误这样一类问题来增加我们对系统的理解程度，从而提高我们对系统可靠性的可信度。近年来，模型检验工具已在软件行业中得到广泛应用。

目前，互联网已成为集成数据、计算、软件和服务资源的可共享的网络化信息处理基础设施平台，以服务为基本抽象和纽带，通过互联网求解问题和开展业务逐渐成为主流趋势。然而，以单机模式应用的模型检验工具无法满足企业和商业软件服务化需求，无法实现服务计算的动态业务需求。主要原因是由于模型检验工具大多数是针对特定领域问题设计和开发的，其适用范围和主题存在很大差异，主要表现在作为输入语言的软件行为描述模型各不相同，描述性质的时态逻辑公式也各不相同，并且工具的安装过程、配置及使用均比较复杂。

例如：模型检验工具SPIN采用PROMELA作为其输入语言，用于并行系统的分析和验证，支持检验LTL逻辑公式；模型检验工具NuSMV采用SMV程序作为其输入语言，用于Kripke结构的分析和验证，支持检验CTL和LTL逻辑公式；模型检验工具PTA采用CSP作为其输入语言，用于实时系统的分析和验证，支持检验LTL逻辑公式；模型检验工具UPPAAL采用时间自动机作为其输入语言，用于实时系统的并发分析和验证，支持检验TCTL逻辑公式；模型检验工具PRISM采用概率自动机作为其输入语言，用于概率系统的并发分析和验证，支持检验PTCTL、PCTL逻辑公式。但是，不足之处是每个模型检验工具可视为一个“信息孤岛”，它们相互独立、复杂性高，使得用户在应用模型检验工具过程中存在障碍。如果所使用的建模方法发生变化或者需多种建模方法绑定在一起执行的话，现有模型检验工具是不能胜任的。

因此，需为用户提供一个开放、统一、高效的模型检验工具集成平台，有效地集成各种模型检验工具。最佳实现方式通过SOA架构整合和集成模型检验工具，屏蔽模型检验工具底层的建模方法和逻辑性质公式的差异，通过Web服务方式统一调用和执行模型检验工具，将模型检验工具的具体实现与服务相分离，支持平台无关性的服务计算模式，有效提高模型检验工具的复用性和可用性，实现模型检验工具配置、安装、调用的“即插即用”效果，简化模型检验应用复杂性。

发明内容

本发明的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种基于SOA架构的模型检验工具集成方法，该方法将多个独立、异构的模型检验工具以Web服务形式发布，使得模型检验工具提供的功能可描述、可发布、可查找、可绑定、可调用、可组合等，实现协同工作、功能共享和实时交互。

本发明的实现由以下技术方案完成：一种基于SOA架构的模型检验工具集成方法，其特征在于所述集成方法由以下步骤依次完成：

首先配置支持层，其集成工作包括环境变量配置模块和模型检验工具调用模块两个模块的实现，用于实现模型检验工具与JAVA程序之间的交互；

之后配置接口层，其集成工作包括功能接口封装模块、基于模板的代码转化模块和服务器配置模块三个模块的实现，用于将模型检验工具提供的功能进行对象化封装，向外提供服务接口，支持复杂业务逻辑； 

之后配置发布层，集成工作包括模型检验工具的服务发布模块和模型检验工具的服务注册模块两个模块的实现，由AXIS容器发布WSDL描述的模型检验工具的服务，同时将服务注册到UDDI注册中心，支持用户检索服务；

最后配置应用层，集成工作包括模型检验工具的服务查询模块和模型检验工具的服务调用模块两个模块的实现，用于设置一个用于检索服务的Web门户网站，支持远程调用服务并返回服务执行结果。

所述环境变量配置模块的实现，是将已安装的模型检验工具的相关信息添加到环境变量配置模块，其分两步完成：

第一步，以模型检验工具的名称为变量名，以模型检验工具的安装路径为变量值，设置用于标识模型检验工具的变量；

第二步，设置DOS命令行，用于动态管理和维护模型检验工具；

所述模型检验工具调用模块的实现，是采用JAVA消息管道方式执行模型检验工具，具体过程描述如下：

第一步，从环境变量配置中心获取模型检验工具的变量值NuSMV_CMD；

第二步，由JAVA对象Process执行Runtime.getRuntime().exec()方法来调用DOS命令行，从而实现与模型检验工具交互；

第三步，采用getInputStream()和getErrorStream()方法获取返回数据的输出流，错误信息流；如果存在交互行为，通过OutputStream()方法向模型检验工具输入执行指令。

所述功能接口封装模块的实现，是实现两类功能接口封装：一类是输入输出行为的调用，一类是执行输出行为的调用；

所述基于模板的代码转化模块的实现，是将用户输入的基于XML描述的软件行为模型信息和待检验的性质信息转化为对应模型检验工具的输入语法，转化具体步骤如下：

如果选择执行SPIN，将用户输入信息转化为PROMELA语言，将待检验的性质信息转化为SPIN支持的LTL时态逻辑公式；

如果选择执行NuSMV，将用户输入信息转化为SMV程序语言，将待检验的性质信息转化为NuSMV支持的LTL时态逻辑公式或CTL时态逻辑公式；

如果选择执行PTA，将用户输入信息转化为CSP语言，将待检验的性质信息转化为PTA支持的LTL时态逻辑公式；

如果选择执行UPPAAL，将用户输入信息转化为时间自动机语言，将待检验的性质信息转化为UPPAAL支持的TCTL时态逻辑公式；

如果选择执行PRISM，将用户输入信息转化为概率自动机语言，将待检验的性质信息转化为PRISM支持的PTCTL时态逻辑公式或PCTL时态逻辑公式；

所述服务器配置模块的实现，具体步骤如下：

第一步，安装Tomcat服务器；

第二步，在Tomcat服务器上，部署AXIS2.0容器用以发布服务；

第三步，设置一个外部应用类库，用于支持和实现复杂功能接口的封装。

所述模型检验工具的服务发布模块支持动态解析JAVA，并发布服务描述语言WSDL，实现过程如下：      

第一步，另存为JAVA文件为“.jws”格式；

第二步，部署到AXIS2.0容器；

第三步，保存发布的Web服务地址；

所述模型检验工具的服务注册模块的实现是，注册模型检验工具的Web服务地址，服务功能描述，服务输入参数数量，服务输入参数类型以及服务返回值类型等信息到UDDI注册中心。

在配置应用层步骤中提供的一个门户网站，实现与用户交互；

所述集成工作包括模型检验工具的服务查询模块的实现，服务查询过程如下：在Web服务UDDI注册中心查询服务，当返回服务地址后，通过WSDL4JAVA解析模型检验工具的服务，获取Web服务的接口信息，包括服务接口参数，返回值类型等信息；

所述模型检验工具的服务调用模块的实现，服务调用过程如下：采用AXIS2.0提供的API方法和类，实现与Web服务的调用；

调用和执行模型检验工具后，返回值包括执行结果、反例、以及性能报告信息，具体步骤如下：

第一步，上传基于XML描述的软件行为模型信息；

第二步，上传基于XML描述的待检验性质信息；

第三步，指定模型检验工具；

第四步，设置超时和异常处理事件。 

本发明的优点是：本发明通过SOA技术将模型检验工具进行集成，提出一种高效、协同、规范、跨平台的集成方法，将封闭、功能单一的模型检验工具服务化，用户只需要知道这个服务存在，而无需关心模型检验工具的服务运行在何处、不需要了解模型检验工具的输入模型和待检验性质的语法格式。另外，本方法大大提高了模型检验工具的使用灵活性，通过XML统一调用方式执行模型检验工具，简化模型检验工具应用的复杂性，提高模型检验工具的可用性范围，促进了模型检验工具在服务计算领域的应用和发展。 

附图说明

图1是本发明的体系结构图；

图2是本发明的总体流程图；

图3是本发明的接口层配置示意图；

图4是本发明的应用层配置示意图。

具体实施方式

以下结合附图通过实施例对本发明特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：

图1是本发明的体系结构图。自底向上的实现过程中，分别需配置支持层，接口层，发布层和应用层。支持层包括环境变量配置模块和模型检验工具调用模块，支持层底层则是模型检验工具集；接口层包括功能接口封装模块，基于模板的代码转化模块和服务器配置模块；发布层包括模型检验工具的服务发布模块和模型检验工具的服务注册模块；应用层包括模型检验工具的服务查询模块和模型检验工具的服务调用模块。

图2是本发明的总体流程图，分为以下两类：

1.封装模型检验工具提供的功能。具体过程如下：

a) 安装模型检验工具后，配置环境变量；

b) 安装Tomcat服务器，部署AXIS2.0容器；

c) 为模型检验工具提供的每一个功能编写JAVA接口程序，编写完毕后将JAVA保存为“.jws”格式，并部署到AXIS2.0容器生成Web服务描述文件WSDL。

d) 向Web服务注册中心注册服务信息，包括服务地址，服务功能描述，服务输入参数数量，服务输入参数类型，以及服务返回值类型。

2. 响应用户发起的模型检验请求的具体过程如下：

a) 向UDDI注册中心发起服务请求；

b) 查询到模型检验工具的服务后，发起服务调用；

c) 判断模型检验工具的服务是否可用；

d) 满足步骤c)时，调用模型检验工具的服务，执行过程是通过服务接口层调用消息管道方式执行模型检验工具，返回执行结果；否则结束调用。

本发明的支持层配置过程中，每个服务器上安装的模型检验工具需配置在环境变量中用于标识模型检验工具实体信息。其中Runtime.getRuntime().exec()执行命令行，实现JAVA程序与模型检验工具的交互。InputStream和BufferedReader类用于获取命令行执行结果，参数CMD响应功能接口封装调用函数InvokeModelChecker(String cmd, String para, String modelFile, String property)。

图3是本发明的接口层配置示意图。由GetFile类，RegisterCheck类，Environment类，PINApproach类，UploadFile类，WebServiceInvock类组成。UploadFile类和GetFile类分别负责文件的上传和下载，RegisterCheck类用于查询环境变量配置，Environment类用于收集环境变量和模型检验工具实体信息，PINApproach类用于执行DOS命令行与模型检验工具进行交互，WebServiceInvock类是模型检验工具的服务接口，可实例化为多个服务实例。

本发明的发布层配置具体流程如下：

a)在TOMCAT上配置AXIS2.0容器，用于发布Web服务；

b)将封装的JAVA程序部署到AXIS2.0容器，如图右上部是部署后的效果图；

c)开启TOMCAT，由AXIS发布Web服务，如图左半部是发布Web服务后的WSDL描述文件。

d) 解析Web服务，获取服务地址，服务功能描述，服务输入参数数量，服务输入参数类型，以及服务返回值类型。将这些信息注册到UDDI注册中心。

图4是本发明的应用层配置示意图。分为四个实例角色：请求者，服务接口，环境变量配置中心，模型检验工具。服务调用过程如下：

a) 请求者在 UDDI注册中心查询模型检验工具的服务；

b) 请求者向服务接口发出调用请求；

c) 服务接口收到服务请求后，向环境变量配置中心发出查询命令检查服务是否可用；

d) 当服务可用时，通过服务接口调用模型检验工具并返回执行结果。

Claims (5)

1.一种基于SOA架构的模型检验工具集成方法，其特征在于所述集成方法由以下步骤依次完成：

首先配置支持层，其集成工作包括环境变量配置模块和模型检验工具调用模块两个模块的实现，用于实现模型检验工具与JAVA程序之间的交互；

之后配置接口层，其集成工作包括功能接口封装模块、基于模板的代码转化模块和服务器配置模块三个模块的实现，用于将模型检验工具提供的功能进行对象化封装，向外提供服务接口，支持复杂业务逻辑； 

之后配置发布层，集成工作包括模型检验工具的服务发布模块和模型检验工具的服务注册模块两个模块的实现，由AXIS容器发布WSDL描述的模型检验工具的服务，同时将服务注册到UDDI注册中心，支持用户检索服务；

最后配置应用层，集成工作包括模型检验工具的服务查询模块和模型检验工具的服务调用模块两个模块的实现，用于设置一个用于检索服务的Web门户网站，支持远程调用服务并返回服务执行结果。

2.根据权利要求1所述的一种基于SOA架构的模型检验工具集成方法，其特征在于：

所述环境变量配置模块的实现，是将已安装的模型检验工具的相关信息添加到环境变量配置模块，其分两步完成：

第一步，以模型检验工具的名称为变量名，以模型检验工具的安装路径为变量值，设置用于标识模型检验工具的变量；

第二步，设置DOS命令行，用于动态管理和维护模型检验工具；

所述模型检验工具调用模块的实现，是采用JAVA消息管道方式执行模型检验工具，具体过程描述如下：

第一步，从环境变量配置中心获取模型检验工具的变量值；

第二步，由JAVA对象Process执行Runtime.getRuntime().exec()方法来调用DOS命令行，从而实现与模型检验工具交互；

第三步，采用getInputStream()和getErrorStream()方法获取返回数据的输出流，错误信息流；如果存在交互行为，通过OutputStream()方法向模型检验工具输入执行指令。

3.根据权利要求1所述的一种基于SOA架构的模型检验工具集成方法，其特征在于：

所述功能接口封装模块的实现，是实现两类功能接口封装：一类是输入输出行为的调用，一类是执行输出行为的调用；

所述基于模板的代码转化模块的实现，是将用户输入的基于XML描述的软件行为模型信息和待检验的性质信息转化为对应模型检验工具的输入语法，转化具体步骤如下：

如果选择执行SPIN，将用户输入信息转化为PROMELA语言，将待检验的性质信息转化为SPIN支持的LTL时态逻辑公式；

如果选择执行NuSMV，将用户输入信息转化为SMV程序语言，将待检验的性质信息转化为NuSMV支持的LTL时态逻辑公式或CTL时态逻辑公式；

如果选择执行PTA，将用户输入信息转化为CSP语言，将待检验的性质信息转化为PTA支持的LTL时态逻辑公式；

如果选择执行UPPAAL，将用户输入信息转化为时间自动机语言，将待检验的性质信息转化为UPPAAL支持的TCTL时态逻辑公式；

如果选择执行PRISM，将用户输入信息转化为概率自动机语言，将待检验的性质信息转化为PRISM支持的PTCTL时态逻辑公式或PCTL时态逻辑公式；

所述服务器配置模块的实现，具体步骤如下：

第一步，安装Tomcat服务器；

第二步，在Tomcat服务器上，部署AXIS2.0容器用以发布服务；

第三步，设置一个外部应用类库，用于支持和实现复杂功能接口的封装。

4.根据权利要求1所述的一种基于SOA架构的模型检验工具集成方法，其特征在于：

所述模型检验工具的服务发布模块支持动态解析JAVA，并发布服务描述语言WSDL，实现过程如下： 

第一步，另存为JAVA文件为“.jws”格式；

第二步，部署到AXIS2.0容器；

第三步，保存发布的Web服务地址；

所述模型检验工具的服务注册模块的实现是，注册模型检验工具的Web服务地址，服务功能描述，服务输入参数数量，服务输入参数类型以及服务返回值类型等信息到UDDI注册中心。

5.根据权利要求1所述的一种基于SOA的模型检验工具集成方法，其特征在于：

在配置应用层步骤中提供的一个门户网站，实现与用户交互；

所述集成工作包括模型检验工具的服务查询模块的实现，服务查询过程如下：在Web服务UDDI注册中心查询服务，当返回服务地址后，通过WSDL4JAVA解析模型检验工具的服务，获取Web服务的接口信息，包括服务接口参数，返回值类型等信息；

所述模型检验工具的服务调用模块的实现，服务调用过程如下：采用AXIS2.0提供的API方法和类，实现与Web服务的调用；

调用和执行模型检验工具后，返回值包括执行结果、反例、以及性能报告信息，具体步骤如下：

第一步，上传基于XML描述的软件行为模型信息；

第二步，上传基于XML描述的待检验性质信息；

第三步，指定模型检验工具；

第四步，设置超时和异常处理事件。

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