CN113268890B - 一种行为树模型到Kripke结构的映射方法 - Google Patents

一种行为树模型到Kripke结构的映射方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及统建模与仿真分析技术领域，提出了一种行为树模型到Kripke结构的映射方法，包括：建立行为树中“原子行为”元素的Kripke标记，建立行为树中“选择进程”元素的Kripke标记，建立行为树中“锁闭进程”元素的Kripke标记，建立行为树中“并行进程”元素的Kripke标记，建立行为树中“顺序进程”元素的Kripke标记，建立行为树中“解锁进程”元素的Kripke标记，建立行为树中“守护进程”元素的Kripke标记，建立行为树中“循环进程”元素的Kripke标记，在上述Kripke结构的基础上，将Kripke结构转化为状态机，本发明以提供一种行为树模型到Kripke结构的映射方法，该方法不仅能够指导基于行为树模型中各种结构到Kripke结构的转换、还可用于指导所建模型的仿真运行。

Description

一种行为树模型到Kripke结构的映射方法
技术领域
本发明涉及系统建模与仿真分析技术领域，涉及一种行为树模型到Kripke结构的映射方法。
背景技术
随着计算机技术及通信技术的发展，各类装置的处理能力不断增强，它们除了处理本身的任务外还可为临近的其它装置提供服务，实现分布式功能。分布式系统可简化系统结构、提供系统综合应用信息的能力、从而提高系统的智能特性，分布式系统已成为工业领域的研究热点。
随着工业自动化技术的发展，分布式系统的应用越来越广泛。分布式系统一般需要通过多个的装置通过协作交互完成整体的分布式功能。在对装置间的配合关系进行分析前直接投入使用，可能会导致严重的系统故障。为了对分布式系统中多个装置协作交互的逻辑合理性、实时性和可靠性进行分析并实现模型系统的仿真运行，为分布式系统设计提供指导。研发能够完成分布式系统建模的工具具有重要意义。它能够在很大程度上降低分布式系统的运行风险，缩短开发周期。
目前多数形式化分析工具对系统行为的建模过程十分复杂，不便于实现对分布式设备及其由其构成的分布式系统行为的建模与仿真分析。工程领域急需一种模型简单、描述能力强、易于实现系统仿真运行与验证分析的工具，以便对分布式系统的设计提供更全面准确的评价。
发明内容
本发明提出了一种行为树模型到Kripke结构的映射方法，用于指导实现分布式系统的形式化建模与仿真分析工具的实现，通过该方法可实现行为树模型到Kripke结构的映射，为系统行为仿真工具提供技术基础。
本发明的技术方案如下：
一种行为树模型到Kripke结构的映射方法，步骤包括：
步骤1：建立行为树中“原子行为”元素所对应的Kripke标记，每个原子行为对应一个“行为节点”，原子行为同时会完成变量赋值；
步骤2：建立行为树中“选择进程”元素所对应的Kripke标记，同时对选择进程中的子进程进行处理；
步骤3：建立行为树中“锁闭进程”元素所对应的Kripke标记，对锁闭进程中的子进程进行处理；
步骤4：建立行为树中“并行进程”元素所对应的Kripke标记，对并行进程中的子进程进行处理；
步骤5：建立行为树中“顺序进程”元素所对应的Kripke标记，对顺序进程中的子进程进行处理；
步骤6：建立行为树中“解锁进程”元素所对应的Kripke标记，对解锁进程中的子进程进行处理；
步骤7：建立行为树中“守护进程”元素所对应的Kripke标记，对守护进程中的子进程进行处理；
步骤8：建立行为树中“循环进程”元素所对应的Kripke标记，对循环进程中的子进程进行处理；
步骤9：在上述Kripke结构的基础上，将Kripke结构转化为状态机。
所述步骤1包括，
步骤1-1，将所述“行为节点”标记为：如下表达式的析取：
程序计数器pc＝l；
程序计数器的下一个状态pc1＝l1；
特定表达式幅值；
步骤1-2：将所述“行为节点”中所有表达式中的变量名，加入该节点所对应的Kriple结构的变量名集合中。
所述步骤2包括，
步骤2-1：将“选择进程”标记为：如下表达式的析取：
(1)程序计数器pc＝l∧pc1＝l1∧b(选择条件为真)∧所有表达式的值不变；
(2)程序计数器pc＝l∧pc1＝l2∧┐b(选择条件为假)∧所有表达式的值不变；
(3)标记(l1,P1,l1)；
(4)标记(l2,P2,l1)；
步骤2-2：完成“选择进程”的完整标记过程。
所述步骤3包括，
将“锁闭进程”标记为如下表达式的析取：
(1)程序计数器pc＝l∧pc1＝l1∧a＝1∧除a外所有表达式的值不变；
(2)程序计数器pc＝l∧pc1＝l1∧a＝0∧a1＝1∧除a外所有表达式的值不变。
所述步骤3包括，
步骤4-1：将“并行进程”标记为如下表达式的析取：
(1)程序计数器pc＝l∧pc1 1＝l1 1∧…∧pcn 1＝1n 1∧pc1＝T(T表示进程为待激活状态)；
(2)程序计数器pc＝T∧pc1＝l1 1∧…∧pcn＝1n 1∧pc＝l1∧pci 1＝T(表示各个子进程处于待激活状态)；
步骤4-2：完成对各个子进程的标记。
所述步骤5包括，
步骤5-1：将“并行进程”标记为如下表达式的析取：
(1)程序计数器pc＝l∧P∧pc1＝l1 1(l1 1表示P结束)；
(2)程序计数器pc＝l1 1∧Q∧pc＝l1；
步骤5-2：完成对P和Q两个子进程的标记。
所述步骤6包括，
将“解锁进程”标记为如下表达式：
程序计数器pci＝l∧pci 1＝li 1∧a1＝0∧所有表达式(除a外)的值不变；
所述步骤7包括，
步骤7-1：将“守护进程”(如果b则P，程序计数器从l到l1；程序计数器保持l不变)标记为：如下表达式的析取：
(1)程序计数器pc＝l∧pc1＝l∧┐b(条件为假)∧所有表达式的值不变；
(2)程序计数器pc＝l∧pc1＝l1∧b(条件为真)∧所有表达式的值不变；
步骤7-2：完成进程P的完整标记过程。
所述步骤8包括，
步骤8-1：将“循环进程”标记为：如下表达式的析取：
(1)程序计数器pc＝l∧pc1＝l1∧b(选择条件为真)∧所有表达式的值不变；
(2)程序计数器pc＝l∧pc1＝l1∧┐b(选择条件为假)∧所有表达式的值不变；
(3)标记(l1,P,l1)；
步骤8-2：完成进程P的完整标记过程。
所述步骤9包括，
步骤9-1:选取系统变量及其取值范围；
步骤9-2:生成状态迁移关系集合。
本发明的工作原理及有益效果为：
本发明以提供一种行为树模型到Kripke结构的映射方法，该方法不仅能够指导基于行为树模型中各种结构到Kripke结构的转换、还可用于指导所建模型的仿真运行，本发明可对模型仿真软件设计提供指导，对分布式系统的系统结构设计具有重要意义。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明的流程框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都涉及本发明保护的范围。
一种基于行为树的分布式系统行为仿真分析工具的实现方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：
步骤1：建立行为树中“原子行为”元素所对应的Kripke标记，原子行为同时会完成变量幅值；
步骤2：建立行为树中“选择进程”元素所对应的Kripke标记，同时对选择进程中的子进程进行处理；
步骤3：建立行为树中“锁闭进程”元素所对应的Kripke标记，对锁闭进程中的子进程进行处理；
步骤4：建立行为树中“并行进程”元素所对应的Kripke标记，对并行进程中的子进程进行处理；
步骤5：建立行为树中“顺序进程”元素所对应的Kripke标记，对顺序进程中的子进程进行处理；
步骤6：建立行为树中“解锁进程”元素所对应的Kripke标记，对解锁进程中的子进程进行处理；
步骤7：建立行为树中“守护进程”元素所对应的Kripke标记，对守护进程中的子进程进行处理；
步骤8：建立行为树中“循环进程”元素所对应的Kripke标记，对循环进程中的子进程进行处理；
步骤9：在上述Kripke结构的基础上，将Kripke结构转化为状态机。
本发明的目标是提供一种行为树模型到Kripke结构的映射方法方法，以便能够实现一种新的系统建模与分析工具，完成分布式系统中装置及系统的行为建模，并为交互逻辑合理性、实时性和可靠性分析提供帮助。方法的基本思路是，对常见的程序控制结构进行分析，给出每种控制结构所对应的Kripke结构，这样就可以得到特定系统的完整Kripke结构，在此基础上可以将一个系统能描述转换为一个状态机模型，借助该方法生产的系统状态机模型可用于系统仿真与验证，为分布式系统设计与验证提供帮助。
所述步骤1包括以下步骤：
步骤1-1：将“行为节点”标记为：如下表达式的析取：
(1)程序计数器pc＝l；
(2)程序计数器的下一个状态pc1＝l1；
(3)特定表达式幅值(其它表达式的值不变)；
步骤1-2：将“行为节点”中所有表达式中的变量名，加入改节点所对应的Kriple结构的变量名集合中。
步骤1-2-1：定义存储行为的数据结构为3元关系<变量名，关系，值>；
步骤1-2-2：上述关系上的运算函数。
所述步骤2包括如下步骤：
步骤2-1：将“选择进程”(如果b则P1，否则P2，程序计数器从l到l1)标记为：如下表达式的析取：
(1)程序计数器pc＝l∧pc1＝l1∧b(选择条件为真)∧所有表达式的值不变；
(2)程序计数器pc＝l∧pc1＝l2∧┐b(选择条件为假)∧所有表达式的值不变；
(3)标记(l1,P1,l1)；
(4)标记(l2,P2,l1)。
b表示条件为真，┐b表示条件为假。
步骤2-2：完成“选择进程”的完整标记过程，
所述步骤2-2包括，
步骤2-2-1：完成对P1本身的标记；
步骤2-2-2：完成对P2本身的标记；
步骤2-2-3：完成(b∧P1)的标记，完成P1结束标记，
所述步骤2-2-3包括，
步骤2-2-3-1：将条件b采用步骤121中的3元关系表达；
步骤2-2-3-2：用两个121中的3元关系表达变迁；
步骤2-2-3-3：用变量记录变迁发生后变量值的变化。
步骤2-2-4：完成(┐b∧P2)的标记，完成P2结束标记，
所述步骤2-2-4包括，
步骤2-2-4-1：将条件b采用步骤121中的3元关系表达；
步骤2-2-4-2：用两个121中的3元关系表达变迁；
步骤2-2-4-3：用变量记录变迁发生后变量值的变化。
所述步骤3包括以下步骤(锁闭进程，程序计数器pc从l到l1，变量a＝1表示锁闭)：
步骤3-1：将“锁闭进程”标记为如下表达式的析取：
(1)程序计数器pc＝l∧pc1＝l1∧a＝1∧所有表达式(除a外)的值不变；
(2)程序计数器pc＝l∧pc1＝l1∧a＝0∧a1＝1∧所有表达式(除a外)的值不变。
步骤3-2：初始化锁闭进程，即完成条件和变迁描述；
步骤3-3：对上面两种情况采用条件表达式和变迁完成标记。
所述步骤4包括以下步骤(并行进程，假定要锁闭变量a,程序计数器pc从l到l)：
步骤4-1：将“并行进程”标记为如下表达式的析取：
(1)程序计数器pc＝l∧pc1 1＝l1 1∧…∧pcn 1＝1n 1∧pc1＝T(T表示进程为待激活状态)；
(2)程序计数器pc＝T∧pc1＝l1 1∧…∧pcn＝1n 1∧pc＝l1∧pci 1＝T(表示各个子进程处于待激活状态)，所述步骤4-1包括，
步骤4-1-1：完成并行进程中各个子进程的初始化；
步骤4-1-2：完成并行进程的初始化及其pc值的初始化。
步骤4-2：完成对各个子进程的标记，
所述步骤4-2包括，
步骤4-2-1：根据各子进程的类型，采用递归方法完成子进程的标记；
步骤4-2-2：完成标记后的重复值删除，精简标记。
所述步骤5包括以下步骤(顺序进程，假定进程为P和Q,程序计数器pc从l到l1)：
步骤5-1：将“顺序进程”标记为如下表达式的析取：
(1)程序计数器pc＝l∧P∧pc1＝l2(l2表示P结束)；
(2)程序计数器pc＝l2∧Q∧pc＝l1，
所述步骤5-1包括，
步骤5-1-1：完成并行进程中各个子进程的初始化；
步骤5-1-2：完成并行进程的初始化及其pc值的初始化。
步骤5-2：完成对P和Q两个子进程的标记，
所述步骤5-2包括，
步骤5-2-1：根据各子进程的类型，采用递归方法完成子进程的标记；
步骤5-2-2：完成标记后的重复值删除，精简标记；
所述步骤6包括以下步骤(解锁进程，程序计数器pc从l到l1，变量a＝0表示锁闭)：
将“解锁进程”标记为如下表达式：
程序计数器pci＝l∧pci 1＝li 1∧a1＝0∧所有表达式(除a外)的值不变；
步骤6-1：完成解锁进程的条件和变量值描述；
步骤6-2：完成条件间的变迁描述。
所述步骤7包括如下步骤(守护进程，程序计数器pc从l到l1，条件不满足就不激活)：
步骤7-1：将“守护进程”(如果b则P，程序计数器从l到l1；程序计数器保持l不变)标记为：如下表达式的析取：
(1)程序计数器pc＝l∧pc1＝l∧┐b(条件为假)∧所有表达式的值不变；
(2)程序计数器pc＝l∧pc1＝l1∧b(条件为真)∧所有表达式的值不变。
所述步骤7-1包括，
步骤7-1-1：采用条件表达式和变迁关系描述b为真的变迁关系；
步骤7-1-2：采用条件表达式和变迁关系描述b不为真的变迁关系；
步骤7-2：完成进程P的完整标记过程，
所述步骤7-2包括，
步骤7-2-1：完成标记后的重复值删除，精简标记；
所述步骤8包括如下步骤(循环进程，程序计数器pc从l到l1，条件b不满足就不激活)：
步骤8-1：将“循环进程”(如果b则P，程序计数器从l到l2；否则程序计数器从l到l1)标记为：如下表达式的析取：
(1)程序计数器pc＝l∧pc1＝l2∧b(选择条件为真)∧所有表达式的值不变；
(2)程序计数器pc＝l∧pc1＝l1∧┐b(选择条件为假)∧所有表达式的值不变；
(3)标记(l2,P,l1)。
所述步骤8-1包括，
步骤8-1-1：完成条件表达式、pc及初值的初始化；
步骤8-1-2：完成b为真的情况的变迁描述；
步骤8-1-3：完成b为假的情况的变迁描述；
步骤8-2：完成进程P的完整标记过程。
步骤8-2-1：完成标记后的重复值删除，精简标记；
所述步骤9包括如下步骤：
步骤9-1:选取系统变量及其取值范围；
步骤9-2:循环生成状态迁移关系集合。
所述步骤9-2包含如下步骤：
步骤9-2-1：对于每个变量，取一个状态值，赋值给某个变量；
步骤9-2-1：修改当前变量取值；
步骤9-2-3：如果原状态取值与新的取值相同则仅记录状态链接，否则得到新的状态，则将状态加入状态链表；
步骤9-2-4：如果某列的取值改变不影响状态，则视为无效列，删除状态表中的无效列。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种行为树模型到Kripke结构的映射方法，其特征在于，步骤包括：
步骤1：建立行为树中“原子行为”元素所对应的Kripke标记，每个原子行为对应一个“行为节点”，原子行为同时会完成变量赋值；
所述步骤1包括，
步骤1-1，将所述“行为节点”标记为：如下表达式的析取：
程序计数器pc=l；
程序计数器的下一个状态pc1=l1；
特定表达式幅值；
步骤1-2：将所述“行为节点”中所有表达式中的变量名，加入该节点所对应的Kriple结构的变量名集合中；
步骤2：建立行为树中“选择进程”元素所对应的Kripke标记，同时对选择进程中的子进程进行处理；
所述步骤2包括，
步骤2-1：将“选择进程”标记为：如下表达式的析取：
（1）程序计数器pc=l∧ pc1=l1∧b∧所有表达式的值不变；
（2）程序计数器pc=l∧ pc1=l2∧┐b∧所有表达式的值不变；
（3）标记（l1,P1,l1）；
（4）标记（l2,P2,l1）；
步骤2-2：完成“选择进程”的完整标记过程；
步骤3：建立行为树中“锁闭进程”元素所对应的Kripke标记，对锁闭进程中的子进程进行处理；
所述步骤3包括，
将“锁闭进程”标记为如下表达式的析取：
（1）程序计数器pc=l∧ pc1= l1∧a=1∧除a外所有表达式的值不变；
（2）程序计数器pc=l∧ pc1= l1∧a=0∧ a1=1∧除a外所有表达式的值不变；
步骤4：建立行为树中“并行进程”元素所对应的Kripke标记，对并行进程中的子进程进行处理；
所述步骤4包括，
步骤4-1：将“并行进程”标记为如下表达式的析取：
（1）程序计数器pc=l∧ pc11= l11 ∧…∧pcn1=1n1∧pc1=T；
（2）程序计数器pc=T∧ pc1= l11 ∧…∧pcn=1n1∧pc= l1 ∧pci1=T；
步骤4-2：完成对各个子进程的标记；
步骤5：建立行为树中“顺序进程”元素所对应的Kripke标记，对顺序进程中的子进程进行处理；
所述步骤5包括，
步骤5-1：将“并行进程”标记为如下表达式的析取：
（1）程序计数器pc=l∧ P∧pc1=l2；
（2）程序计数器pc= l2∧ Q∧pc= l1 ；
步骤5-2：完成对P和Q两个子进程的标记
步骤6：建立行为树中“解锁进程”元素所对应的Kripke标记，对解锁进程中的子进程进行处理；
所述步骤6包括，
将“解锁进程”标记为如下表达式：
程序计数器pci=l∧ pci1= li1∧a1=0∧所有表达式的值不变；
步骤7：建立行为树中“守护进程”元素所对应的Kripke标记，对守护进程中的子进程进行处理；
所述步骤7包括，
步骤7-1：将“守护进程”标记为：如下表达式的析取：
（1）程序计数器pc=l∧ pc1=l∧┐b∧所有表达式的值不变；
（2）程序计数器pc=l∧ pc1=l1∧b∧所有表达式的值不变；
步骤7-2：完成进程P的完整标记过程
步骤8：建立行为树中“循环进程”元素所对应的Kripke标记，对循环进程中的子进程进行处理；
所述步骤8包括，
步骤8-1：将“循环进程”标记为：如下表达式的析取：
（1）程序计数器pc=l∧ pc1=l1∧b∧所有表达式的值不变；
（2）程序计数器pc=l∧ pc1=l1∧┐b∧所有表达式的值不变；
（3）标记（l1,P,l1）；
步骤8-2：完成进程P的完整标记过程；
步骤9：在上述Kripke结构的基础上，将Kripke结构转化为状态机，
所述步骤9包括，
步骤9-1:选取系统变量及其取值范围；
步骤9-2:生成状态迁移关系集合。
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