專利名稱：基于動(dòng)態(tài)規(guī)劃的傳感器網(wǎng)絡(luò)軟件模型檢驗(yàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在傳感器網(wǎng)絡(luò)軟件模型檢驗(yàn)中狀態(tài)空間搜索的方法，主要利用動(dòng)態(tài)規(guī)劃思想來(lái)緩解狀態(tài)空間爆炸問(wèn)題，屬于計(jì)算機(jī)技術(shù)、無(wú)線通信、傳感器技術(shù)、拓?fù)淇刂萍夹g(shù)和驗(yàn)證技術(shù)交叉技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
傳感器技術(shù)、微機(jī)電系統(tǒng)、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)和無(wú)線通信等技術(shù)的進(jìn)步，推動(dòng)了現(xiàn)代無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生和發(fā)展。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展了人們信息獲取能力，將客觀世界的物理信息同傳輸網(wǎng)絡(luò)連接在一起，在下一代網(wǎng)絡(luò)中將為人們提供最直接、最有效、最真實(shí)的信息。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由一組傳感器節(jié)點(diǎn)以自組織方式構(gòu)成的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，其目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋地理區(qū)域中感知對(duì)象的信息，并發(fā)布給觀察者。從上述定義可以看至IJ，傳感器節(jié)點(diǎn)、感知對(duì)象和觀察者是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的3個(gè)基本要素。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以被廣泛地應(yīng)用于軍事應(yīng)用、醫(yī)療護(hù)理、環(huán)境監(jiān)測(cè)、空間探索、醫(yī)療衛(wèi)生、制造業(yè)和反恐抗災(zāi)等領(lǐng)域。模型檢驗(yàn)方法可以在構(gòu)建系統(tǒng)前對(duì)系統(tǒng)的安全性和可靠性進(jìn)行驗(yàn)證，以盡早發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤。模型檢驗(yàn)是對(duì)有窮狀態(tài)系統(tǒng)的一種形式化確認(rèn)方法。它最早由Clarke和Emerson以及Quiele和Sifakis在1981年分別提出的，主要通過(guò)顯式狀態(tài)搜索或隱式不動(dòng)點(diǎn)計(jì)算來(lái)驗(yàn)證有窮狀態(tài)并發(fā)系統(tǒng)的模態(tài)/命題性質(zhì)。實(shí)質(zhì)是利用計(jì)算機(jī)的快速計(jì)算能力，通過(guò)窮舉被檢驗(yàn)系統(tǒng)的狀態(tài)空間中的每一個(gè)狀態(tài)來(lái)驗(yàn)證該系統(tǒng)滿足特定的形式描述(模型檢驗(yàn)過(guò)程圖見(jiàn)附圖1)。盡管限制在有窮系統(tǒng)上是一個(gè)缺點(diǎn)，但模型檢驗(yàn)可以應(yīng)用于許多非常重要的系統(tǒng)，如通信協(xié)議和電路的驗(yàn)證上。很多情況下，可以把模型檢驗(yàn)和各種抽象與歸納原則結(jié)合起來(lái)驗(yàn)證非有窮狀態(tài)系統(tǒng)(如實(shí)時(shí)系統(tǒng))，模型檢驗(yàn)的基本思想是用狀態(tài)遷移系統(tǒng)(S)表示系統(tǒng)的行為，用模態(tài)/時(shí)序邏輯公式(F)描述系統(tǒng)的性質(zhì)，這樣“系統(tǒng)是否滿足所期望的性質(zhì)”就轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)問(wèn)題 “狀態(tài)遷移系統(tǒng)S是否公式F的一個(gè)模型”，用公式表示為S I =F 。對(duì)有窮狀態(tài)系統(tǒng)，這個(gè)問(wèn)題是可判定的，即可以用計(jì)算機(jī)程序在有限時(shí)間內(nèi)自動(dòng)確定。模型檢驗(yàn)已被應(yīng)用于計(jì)算機(jī)硬件、通信協(xié)議、控制系統(tǒng)、安全認(rèn)證協(xié)議等方面的分析與驗(yàn)證中，取得了令人矚目的成功，并從學(xué)術(shù)界輻射到了產(chǎn)業(yè)界。模型檢驗(yàn)其基本原理實(shí)現(xiàn)為系統(tǒng)建立形式化模型，闡述所要驗(yàn)證的性質(zhì)，然后用算法去檢驗(yàn)該模型是否滿足所述性質(zhì)。模型檢驗(yàn)提供一個(gè)完整的系統(tǒng)屬性驗(yàn)證框架，模型檢驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)是模型檢驗(yàn)?zāi)苓_(dá)到完全自動(dòng)化的程度，只需用有窮狀態(tài)模型和邏輯公式分別將系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)和待驗(yàn)證的系統(tǒng)規(guī)范描述出來(lái)，之后的判斷過(guò)程則完全可以由模型檢驗(yàn)工具自動(dòng)完成，不需要人的參與；模型檢驗(yàn)過(guò)程總會(huì)以“是”或“否”的結(jié)果中止，當(dāng)以“否”的結(jié)果中止時(shí)，說(shuō)明設(shè)計(jì)或系統(tǒng)不滿足某個(gè)給定的性質(zhì)。此時(shí)一個(gè)違反性質(zhì)的行為反例將會(huì)被給出，此反例將對(duì)理解錯(cuò)誤的真正原因和修正錯(cuò)誤提供線索。由于模型檢驗(yàn)技術(shù)有以上優(yōu)點(diǎn)，利用它對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行同步機(jī)制的檢驗(yàn)，在其設(shè)計(jì)階段盡可能的找出錯(cuò)誤。動(dòng)態(tài)規(guī)劃是運(yùn)籌學(xué)的一個(gè)分支，是求解決策過(guò)程最優(yōu)化的數(shù)學(xué)方法。20世紀(jì)50年代初美國(guó)數(shù)學(xué)家R.E.Bellman等人在研究多階段決策過(guò)程的優(yōu)化問(wèn)題時(shí)，提出了著名的最優(yōu)化原理，把多階段過(guò)程轉(zhuǎn)化為一系列單階段問(wèn)題，利用各階段之間的關(guān)系，逐個(gè)求解，創(chuàng)立了解決這類過(guò)程優(yōu)化問(wèn)題的新方法——?jiǎng)討B(tài)規(guī)劃。動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法通常用于求解具有某種最優(yōu)性質(zhì)的問(wèn)題。在這類問(wèn)題中，可能會(huì)有許多可行解。每一個(gè)解都對(duì)應(yīng)于一個(gè)值，希望找到具有最優(yōu)解的解。動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法與分治法類似，其基本思想也是將待求解問(wèn)題分解成若干個(gè)子問(wèn)題，先求解子問(wèn)題，然后從這些子問(wèn)題的解得到原問(wèn)題的解。與分治法不同的是，適合于用動(dòng)態(tài)規(guī)劃求解的問(wèn)題，經(jīng)分解得到子問(wèn)題往往不是互相獨(dú)立的。若用分治法來(lái)解這類問(wèn)題，則分解得到的子問(wèn)題數(shù)目太多，有些子問(wèn)題被重復(fù)計(jì)算了很多次。如果能夠保存已解決的子問(wèn)題的答案，而在需要時(shí)再找出已求得的答案，這樣就可以避免大量的重復(fù)計(jì)算，節(jié)省時(shí)間?？梢杂靡粋€(gè)表來(lái)記錄所有已解的子問(wèn)題的答案。不管該子問(wèn)題以后是否被用到，只要它被計(jì)算過(guò)，就將其結(jié)果填入表中。這就是動(dòng)態(tài)規(guī)劃法的基本思路。具體的動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法多種多樣，但它們具有相同的填表格式。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問(wèn)題:本發(fā)明的目的是建立一種基于動(dòng)態(tài)規(guī)劃的傳感器網(wǎng)絡(luò)軟件模型檢驗(yàn)方法，解決傳感器網(wǎng)絡(luò)軟件驗(yàn)證問(wèn)題，克服驗(yàn)證在規(guī)模、動(dòng)態(tài)性和資源約束等方面的挑戰(zhàn)，通過(guò)發(fā)現(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)形式化模型的狀態(tài)空間結(jié)構(gòu)特點(diǎn)來(lái)緩解狀態(tài)空間爆炸問(wèn)題。技術(shù)方案:本發(fā)明所述的基于動(dòng)態(tài)規(guī)劃的傳感器網(wǎng)絡(luò)軟件模型檢驗(yàn)方法包含如下過(guò)程:系統(tǒng)建模、模型預(yù)處理、模型性質(zhì)驗(yàn)證。建模過(guò)程提供一個(gè)或一套較為抽象的時(shí)間狀態(tài)自動(dòng)機(jī)模型，化簡(jiǎn)與減枝模塊減少自動(dòng)機(jī)中對(duì)驗(yàn)證過(guò)程不產(chǎn)生影響的狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)時(shí)空復(fù)雜度一定程度的優(yōu)化。在傳感器網(wǎng)絡(luò)軟件模型檢驗(yàn)中，利用動(dòng)態(tài)規(guī)劃，在模型化簡(jiǎn)與減枝的基礎(chǔ)上，利用狀態(tài)壓縮的方法，使整個(gè)系統(tǒng)的驗(yàn)證過(guò)程時(shí)空復(fù)雜度達(dá)到進(jìn)一步的優(yōu)化，并將經(jīng)過(guò)算法處理的數(shù)據(jù)輸出轉(zhuǎn)換為檢驗(yàn)人 員易懂的語(yǔ)言形式。一、體系結(jié)構(gòu)
I)本發(fā)明所述無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由部署在監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)的大量廉價(jià)微型傳感器節(jié)點(diǎn)組成，通過(guò)無(wú)線通信形成一個(gè)多跳的自組織的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其目的在于協(xié)作地感知、采集、處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域內(nèi)感知對(duì)象的信息，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給觀察者，從而使觀察者得到對(duì)象的實(shí)時(shí)信息。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)目多、分布密集、易失效、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)復(fù)雜、計(jì)算存儲(chǔ)能力有限等特點(diǎn)對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議提出了較高要求，因此無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議應(yīng)具有健壯性、可擴(kuò)展性和對(duì)有限資源的適應(yīng)性的特點(diǎn)。對(duì)協(xié)議提出的高要求使得協(xié)議不可能再用工程直覺(jué)的方法來(lái)進(jìn)行高質(zhì)量設(shè)計(jì)。因此，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議分析成為必然趨勢(shì)。2)所述模型檢驗(yàn)是利用形式化驗(yàn)證方法來(lái)自動(dòng)驗(yàn)證有窮狀態(tài)系統(tǒng)，證明一個(gè)系統(tǒng)一定沒(méi)有某類錯(cuò)誤的問(wèn)題，首先建立形式化協(xié)議模型，然后通過(guò)檢驗(yàn)數(shù)學(xué)模型判斷協(xié)議是否存在錯(cuò)誤。3)所述動(dòng)態(tài)規(guī)劃用于有效解決模型驗(yàn)證過(guò)程中的空間爆炸問(wèn)題，將驗(yàn)證過(guò)程分解成若干個(gè)子過(guò)程，求解子狀態(tài)并保存，自底向上合并子過(guò)程，削減冗余狀態(tài)，約束時(shí)空規(guī)模。4)所述驗(yàn)證方法包括系統(tǒng)建模、模型預(yù)處理、模型性質(zhì)驗(yàn)證等模塊。二、方法流程1)系統(tǒng)建模
11)分析無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，列出協(xié)議所有常量和變量；
12)列出節(jié)點(diǎn)所有可能狀態(tài)；
所述狀態(tài)是節(jié)點(diǎn)能夠穩(wěn)定維持的抽象化表述，包含一個(gè)或多個(gè)參數(shù)變量；
13)列出節(jié)點(diǎn)各個(gè)狀態(tài)之間轉(zhuǎn)移條件，標(biāo)注轉(zhuǎn)移過(guò)程中參量變化，標(biāo)記狀態(tài)間的同
步信號(hào)；
14)根據(jù)轉(zhuǎn)移條件，在各個(gè)狀態(tài)節(jié)點(diǎn)之間建立有向邊，建立狀態(tài)自動(dòng)機(jī)模型；
15)用時(shí)序邏輯公式語(yǔ)言描述待驗(yàn)證的性質(zhì)；
2)模型預(yù)處理
優(yōu)化狀態(tài)自動(dòng)機(jī)模型，減少對(duì)驗(yàn)證過(guò)程不產(chǎn)生影響的狀態(tài)，具體過(guò)程為:對(duì)狀態(tài)自動(dòng)機(jī)模型中的狀態(tài)進(jìn)行遍歷，如果一個(gè)狀態(tài)上沒(méi)有時(shí)鐘解釋，并且其前驅(qū)遷移或者后繼遷移都為空，則刪除此狀態(tài)，并對(duì)與此狀態(tài)有關(guān)的遷移進(jìn)行合并；
3)模型性質(zhì)驗(yàn)證
31)初始化根節(jié)點(diǎn)為所有模型中的初始狀態(tài)的集合，當(dāng)前節(jié)點(diǎn)為根節(jié)點(diǎn)；
32)標(biāo)記當(dāng)前節(jié)點(diǎn)為已訪問(wèn)，由當(dāng)前節(jié)點(diǎn)出發(fā)，根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)移條件，生成所有可能的臨時(shí)目標(biāo)狀態(tài)，將所 有狀態(tài)添加為當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的子節(jié)點(diǎn)，并將未在狀態(tài)空間樹(shù)中出現(xiàn)過(guò)的狀態(tài)放入集合A={ AojAijA27A3……}中，同時(shí)將已出現(xiàn)過(guò)的狀態(tài)節(jié)點(diǎn)標(biāo)記為已訪問(wèn)；
33)若A為空集，轉(zhuǎn)步驟35);
34)A非空，則以Atl為當(dāng)前節(jié)點(diǎn)，轉(zhuǎn)步驟32);
35)尋找當(dāng)前節(jié)點(diǎn)未被訪問(wèn)的兄弟節(jié)點(diǎn)，并以之為當(dāng)前節(jié)點(diǎn)，轉(zhuǎn)步驟32);
36)若無(wú)法找到未被訪問(wèn)的兄弟節(jié)點(diǎn)，若父節(jié)點(diǎn)或當(dāng)前節(jié)點(diǎn)為根節(jié)點(diǎn)，狀態(tài)空間樹(shù)生成完畢，轉(zhuǎn)步驟37);否則以父節(jié)點(diǎn)為當(dāng)前節(jié)點(diǎn)，轉(zhuǎn)步驟35);
37)根據(jù)所要驗(yàn)證的性質(zhì)，標(biāo)記所有滿足該性質(zhì)的節(jié)點(diǎn)，并對(duì)該狀態(tài)樹(shù)進(jìn)行深度優(yōu)先搜索，驗(yàn)證其是否滿足性質(zhì)。在已模型預(yù)處理的狀態(tài)自動(dòng)機(jī)模型上，對(duì)模型狀態(tài)空間進(jìn)行探測(cè)，采用基于動(dòng)態(tài)規(guī)劃思想的記憶化搜索方法建立一個(gè)用于性質(zhì)驗(yàn)證的狀態(tài)空間樹(shù)，來(lái)確定模型擁有了某種屬性或沒(méi)有某種屬性，如果沒(méi)有這種屬性還要提供一個(gè)反例以供調(diào)試。將根據(jù)以上過(guò)程進(jìn)行模型檢驗(yàn)的最終結(jié)果展示出來(lái)，如果符合屬性則告知用戶滿足的性質(zhì)，反之則返回不滿足的性質(zhì)，并提供不滿足性質(zhì)的反例，將不滿足性質(zhì)的完整路徑顯示出來(lái)以供用戶調(diào)試糾錯(cuò)。有益效果:
I)本發(fā)明提供了一種基于動(dòng)態(tài)規(guī)劃的傳感器網(wǎng)絡(luò)模型檢驗(yàn)方法，其完整的驗(yàn)證方法過(guò)程包括系統(tǒng)建模、模型預(yù)處理、模型性質(zhì)驗(yàn)證，整個(gè)過(guò)程思路清晰完整，可讀性強(qiáng)，盡量將晦澀難懂的相關(guān)技術(shù)概念、相關(guān)算法表述清晰，易于理解。2)本發(fā)明中所述建模過(guò)程中，提供一個(gè)或一套較為抽象的時(shí)間狀態(tài)自動(dòng)機(jī)模型，能夠?qū)?shí)際網(wǎng)絡(luò)中的相關(guān)協(xié)議轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)化的模型形式。3)本發(fā)明中所述模型化簡(jiǎn)與減枝模塊減少自動(dòng)機(jī)中的對(duì)驗(yàn)證過(guò)程不產(chǎn)生影響的狀態(tài)，從而能夠?qū)崿F(xiàn)時(shí)空復(fù)雜度一定程度的優(yōu)化。4)本發(fā)明中所述動(dòng)態(tài)規(guī)劃思想方法，是在模型化建與減枝的基礎(chǔ)上，利用狀態(tài)壓縮的方法，使得整個(gè)系統(tǒng)的驗(yàn)證過(guò)程時(shí)空復(fù)雜度達(dá)到進(jìn)一步的優(yōu)化效果。


圖1是模型檢驗(yàn)基本流程。圖2是驗(yàn)證流程圖。圖3是層次發(fā)現(xiàn)模型圖。圖4是示例未優(yōu)化狀態(tài)空間樹(shù)。圖5是示例已優(yōu)化狀態(tài)空間樹(shù)。圖6是示例時(shí)序邏輯公式驗(yàn)證狀態(tài)空間樹(shù)。
具體實(shí)施例方式下面對(duì)本發(fā)明附圖的某些實(shí)施例作更詳細(xì)的描述。根據(jù)附圖1，本發(fā)明建立在模型檢驗(yàn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，具體實(shí)施方式
為:
1.系統(tǒng)建模
現(xiàn)假設(shè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)采用層次結(jié)構(gòu)，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)被賦予一個(gè)級(jí)別，根節(jié)點(diǎn)為O級(jí)，第i級(jí)的節(jié)點(diǎn)至少能夠與一個(gè)第(1-ι)級(jí)得節(jié)點(diǎn)通信；網(wǎng)絡(luò)部署后，由根節(jié)點(diǎn)廣播級(jí)別發(fā)現(xiàn)分組來(lái)啟動(dòng)層次發(fā)現(xiàn)階段，級(jí)別發(fā)現(xiàn)分組包含節(jié)點(diǎn)的編號(hào)和級(jí)別；鄰居節(jié)點(diǎn)收到分組后，將自己的級(jí)別設(shè)置為分組中的級(jí)別加1，然后廣播新的級(jí)別發(fā)現(xiàn)分組；節(jié)點(diǎn)收到第i級(jí)節(jié)點(diǎn)的廣播分組后，記錄發(fā)送這個(gè)廣播分組的 節(jié)點(diǎn)編號(hào)，設(shè)置自己的級(jí)別為(i+Ι)，廣播級(jí)別為(i+Ι)的分組，這個(gè)過(guò)程持續(xù)到網(wǎng)絡(luò)內(nèi)每個(gè)節(jié)點(diǎn)都被賦予一個(gè)級(jí)別；節(jié)點(diǎn)一旦建立自己的級(jí)另Ij，就忽略任何其他級(jí)別發(fā)現(xiàn)分組，防止網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生洪泛擁塞。I)分析無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，列出所有常量和變量。常量包括節(jié)點(diǎn)編號(hào)(本例共2個(gè)節(jié)點(diǎn)，編號(hào)為0，I)。變量包括等待時(shí)間、節(jié)點(diǎn)所屬層次記錄數(shù)組。2)列出節(jié)點(diǎn)所有可能狀態(tài)。狀態(tài)即節(jié)點(diǎn)能夠穩(wěn)定維持一種抽象化表述，包含一個(gè)或多個(gè)參數(shù)變量。本例共有4個(gè)狀態(tài)，分別為:等待態(tài)，初始化態(tài)，被發(fā)現(xiàn)態(tài)，廣播態(tài)，各狀態(tài)均包含變量等待時(shí)間。3)列出各個(gè)狀態(tài)之間轉(zhuǎn)移條件，標(biāo)注轉(zhuǎn)移過(guò)程中參量變化，標(biāo)記狀態(tài)間的同步信號(hào)。同步信號(hào)是層次發(fā)現(xiàn)信號(hào)數(shù)組，當(dāng)i節(jié)點(diǎn)到達(dá)被發(fā)現(xiàn)態(tài)，向廣播態(tài)轉(zhuǎn)移時(shí)，向周?chē)従庸?jié)點(diǎn)發(fā)送該同步信號(hào)。轉(zhuǎn)移條件為如下四個(gè):其一，節(jié)點(diǎn)處于等待態(tài)時(shí)，若編號(hào)不為0，可轉(zhuǎn)移至初始化態(tài)；其二，處于等待態(tài)，若編號(hào)為0，可轉(zhuǎn)移至被發(fā)現(xiàn)態(tài)；其三，處于被發(fā)現(xiàn)態(tài)則無(wú)條件轉(zhuǎn)移至廣播態(tài)；其四，處于初始化態(tài)，收到鄰居節(jié)點(diǎn)發(fā)出的層次發(fā)現(xiàn)同步信號(hào)時(shí)，轉(zhuǎn)移至被發(fā)現(xiàn)態(tài)。4)根據(jù)轉(zhuǎn)移條件，在各個(gè)狀態(tài)節(jié)點(diǎn)之間建立有向邊，建立狀態(tài)自動(dòng)機(jī)模型(見(jiàn)圖3)。5)用時(shí)序邏輯公式描述待驗(yàn)證的性質(zhì)P:0，I節(jié)點(diǎn)能在各種狀態(tài)下均到達(dá)廣播狀態(tài)，描述為AF(p) (AF性質(zhì)含義見(jiàn)圖6，其中黑色節(jié)點(diǎn)表示該狀態(tài)滿足性質(zhì))。2.模型預(yù)處理
優(yōu)化狀態(tài)自動(dòng)機(jī)模型，減少對(duì)驗(yàn)證過(guò)程不產(chǎn)生影響的狀態(tài)，具體過(guò)程為:對(duì)狀態(tài)自動(dòng)機(jī)模型中的狀態(tài)進(jìn)行遍歷，如果一個(gè)狀態(tài)上沒(méi)有時(shí)鐘解釋，并且其前驅(qū)遷移或者后繼遷移都為空，則刪除此狀態(tài)，并對(duì)與此狀態(tài)有關(guān)的遷移進(jìn)行合并。3.模型性質(zhì)驗(yàn)證
在已預(yù)處理的狀態(tài)自動(dòng)機(jī)模型上，對(duì)模型狀態(tài)空間進(jìn)行探測(cè)，采用基于動(dòng)態(tài)規(guī)劃思想的記憶化搜索方法建立一個(gè)用于性質(zhì)驗(yàn)證的狀態(tài)空間樹(shù)，來(lái)確定模型擁有了某種屬性或沒(méi)有某種屬性，如果沒(méi)有這種屬性還要提供一個(gè)反例以供調(diào)試。根據(jù)系統(tǒng)建模模塊所假設(shè)的協(xié)議，當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)中有id=0，I兩個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)，O號(hào)為根節(jié)點(diǎn)。將兩節(jié)點(diǎn)同時(shí)所處的狀態(tài)描述作為狀態(tài)空間樹(shù)當(dāng)中的狀態(tài)節(jié)點(diǎn)。如狀態(tài)(B，W)表示O節(jié)點(diǎn)處于廣播態(tài)，同時(shí)I節(jié)點(diǎn)處于等待態(tài)。本例由(W，W)出發(fā)，根據(jù)條件轉(zhuǎn)移產(chǎn)生的狀態(tài)分支建立狀態(tài)空間樹(shù)。如(W，W)狀態(tài)時(shí)，I節(jié)點(diǎn)由于條件滿足轉(zhuǎn)移至初始化態(tài)，則狀態(tài)空間節(jié)點(diǎn)發(fā)生(W，W) — (W，I)轉(zhuǎn)移；與此同時(shí)也可能發(fā)生(W，W) — (D，W)轉(zhuǎn)移，產(chǎn)生分支。按照不涉及動(dòng)態(tài)規(guī)劃思想進(jìn)行驗(yàn)證，則驗(yàn)證過(guò)程中生成狀態(tài)空間樹(shù)(如圖4)
其中W表示等待狀態(tài),即節(jié)點(diǎn)初始狀態(tài)，I表示非根節(jié)點(diǎn)初始化狀態(tài)，D表示被發(fā)現(xiàn)狀
態(tài)，B表示廣播態(tài)。圖中每個(gè)狀態(tài)節(jié)點(diǎn)中左邊字母代表O號(hào)節(jié)點(diǎn)狀態(tài)，右邊代表I號(hào)節(jié)點(diǎn)狀態(tài)。按照本模型性質(zhì)驗(yàn)證模塊提出的動(dòng)態(tài)規(guī)劃方法則驗(yàn)證過(guò)程中生成狀態(tài)空間樹(shù)(如圖5)。 驗(yàn)證性質(zhì)P:即在狀態(tài)空間樹(shù)中各分支均能轉(zhuǎn)移到達(dá)(B，B)狀態(tài)節(jié)點(diǎn)。驗(yàn)證過(guò)程中，若訪問(wèn)到已訪問(wèn)過(guò)的狀態(tài)，即直接引用之前存儲(chǔ)的結(jié)論，最終在狀態(tài)空間樹(shù)上驗(yàn)證出上述性質(zhì)成立。
權(quán)利要求
1.一種基于動(dòng)態(tài)規(guī)劃的傳感器網(wǎng)絡(luò)軟件模型檢驗(yàn)方法，其特征在于該方法包括以下步驟: 1)系統(tǒng)建模11)分析無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，列出協(xié)議所有常量和變量；12)列出節(jié)點(diǎn)所有可能狀態(tài)； 所述狀態(tài)是節(jié)點(diǎn)能夠穩(wěn)定維持的抽象化表述，包含一個(gè)或多個(gè)參數(shù)變量；13)列出節(jié)點(diǎn)各個(gè)狀態(tài)之間轉(zhuǎn)移條件，標(biāo)注轉(zhuǎn)移過(guò)程中參量變化，標(biāo)記狀態(tài)間的同步信號(hào)；14)根據(jù)轉(zhuǎn)移條件，在各個(gè)狀態(tài)節(jié)點(diǎn)之間建立有向邊，建立狀態(tài)自動(dòng)機(jī)模型；15)用時(shí)序邏輯公式語(yǔ)言描述待驗(yàn)證的性質(zhì)； 2)模型預(yù)處理 優(yōu)化狀態(tài)自動(dòng)機(jī)模型，減少對(duì)驗(yàn)證過(guò)程不產(chǎn)生影響的狀態(tài)，具體過(guò)程為:對(duì)狀態(tài)自動(dòng)機(jī)模型中的狀態(tài)進(jìn)行遍歷，如果一個(gè)狀態(tài)上沒(méi)有時(shí)鐘解釋，并且其前驅(qū)遷移或者后繼遷移都為空，則刪除此狀態(tài)，并對(duì)與此狀態(tài)有關(guān)的遷移進(jìn)行合并； 3)模型性質(zhì)驗(yàn)證 31)初始化根節(jié)點(diǎn)為所有模型中的初始狀態(tài)的集合，當(dāng)前節(jié)點(diǎn)為根節(jié)點(diǎn)； 32)標(biāo)記當(dāng)前節(jié)點(diǎn)為已訪問(wèn)，由當(dāng)前節(jié)點(diǎn)出發(fā)，根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)移條件，生成所有可能的臨時(shí)目標(biāo)狀態(tài)，將所有狀態(tài)添加為當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的子節(jié)點(diǎn)，并將未在狀態(tài)空間樹(shù)中出現(xiàn)過(guò)的狀態(tài)放入集合A={ AojAijA27A3……}中，同時(shí)將已出現(xiàn)過(guò)的狀態(tài)節(jié)點(diǎn)標(biāo)記為已訪問(wèn)； 33)若A為空集，轉(zhuǎn)步驟35); 34)A非空，則以Atl為當(dāng)前節(jié)點(diǎn)，轉(zhuǎn)步驟32); 35)尋找當(dāng)前節(jié)點(diǎn)未被訪問(wèn)的兄弟節(jié)點(diǎn)，并以之為當(dāng)前節(jié)點(diǎn)，轉(zhuǎn)步驟32); 36)若無(wú)法找到未被訪問(wèn)的兄弟節(jié)點(diǎn)，若父節(jié)點(diǎn)或當(dāng)前節(jié)點(diǎn)為根節(jié)點(diǎn)，狀態(tài)空間樹(shù)生成完畢，轉(zhuǎn)步驟37);否則以父節(jié)點(diǎn)為當(dāng)前節(jié)點(diǎn)，轉(zhuǎn)步驟35); 37)根據(jù)所要驗(yàn)證的性質(zhì)，標(biāo)記所有滿足該性質(zhì)的節(jié)點(diǎn)，并對(duì)該狀態(tài)樹(shù)進(jìn)行深度優(yōu)先搜索，驗(yàn)證其是否滿足性質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于動(dòng)態(tài)規(guī)劃的傳感器網(wǎng)絡(luò)軟件模型檢驗(yàn)方法，其特征在于在已模型預(yù)處理的狀態(tài)自動(dòng)機(jī)模型上，對(duì)模型狀態(tài)空間進(jìn)行探測(cè)，采用基于動(dòng)態(tài)規(guī)劃思想的記憶化搜索方法建立一個(gè)用于性質(zhì)驗(yàn)證的狀態(tài)空間樹(shù)，來(lái)確定模型擁有某種屬性或沒(méi)有某種屬性，如果沒(méi)有這種屬性還要提供一個(gè)反例以供調(diào)試。
全文摘要
本發(fā)明是一種基于動(dòng)態(tài)規(guī)劃的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)軟件模型檢驗(yàn)方法，包括系統(tǒng)建模、模型預(yù)處理、模型性質(zhì)驗(yàn)證等步驟。系統(tǒng)建模通過(guò)一套流程方法，建立抽象的時(shí)間狀態(tài)自動(dòng)機(jī)模型；模型預(yù)處理用于減少自動(dòng)機(jī)中的對(duì)驗(yàn)證過(guò)程不產(chǎn)生影響的狀態(tài)；模型性質(zhì)驗(yàn)證采用基于動(dòng)態(tài)規(guī)劃思想的記憶化搜索驗(yàn)證方法。本發(fā)明能夠有效地驗(yàn)證相關(guān)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是否滿足要求，緩解驗(yàn)證過(guò)程中狀態(tài)空間爆炸問(wèn)題，給出的系統(tǒng)驗(yàn)證過(guò)程時(shí)空復(fù)雜度低。
文檔編號(hào)H04W16/18GK103220685SQ20131014056
公開(kāi)日2013年7月24日 申請(qǐng)日期2013年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月22日
發(fā)明者陳志 , 黃洵松, 毛博, 曹壹, 岳文靜, 曾雅蕓, 遲文東 申請(qǐng)人:南京郵電大學(xué)