《信息物理融合系統的隨機行為建模與驗證方法研究》是依託華東師範大學，由杜德慧擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：信息物理融合系統的隨機行為建模與驗證方法研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：杜德慧
- 依託單位：華東師範大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
建模、驗證信息物理融合系統CPS的隨機行為是CPS基礎研究面臨的挑戰性問題。複雜、大規模CPS系統的廣泛套用及對提高系統可靠性、可預測性的迫切需求使得該問題日益突出。針對建模、驗證CPS的隨機行為缺乏系統的理論、方法及工具，難以大規模開發高可信CPS系統的現狀，本項目圍繞CPS隨機行為建模與驗證方法這一關鍵科學問題，開展模型驅動式CPS隨機行為建模與統計模型檢測SMC的創新研究：（1）針對CPS行為的隨機性，擴展建模語言SysML/ModelicaML，研究模型驅動式CPS隨機行為建模方法；（2）研究基於SMC的定性與定量融合驗證方法，結合巨觀和微觀分析系統的可靠性並定量評估隨機行為對可靠性的影響；（3）開發原型工具並研究案例實證。研究旨在探索模型驅動式CPS隨機行為建模方法及基於SMC分析系統隨機行為的驗證方法，以期為建模、驗證CPS隨機行為提供一種新的研究思路，具有重要理論及實踐意義。
結題摘要
建模、驗證信息物理融合系統CPS的隨機行為是CPS基礎研究面臨的挑戰性問題。複雜、大規模CPS系統的廣泛套用及對提高系統可靠性、可預測性的迫切需求使得該問題成為CPS領域關注的熱點問題。針對建模、驗證CPS的隨機行為缺乏系統的理論、方法及工具，難以大規模開發高可信CPS系統的現狀，圍繞“CPS隨機行為建模與驗證方法”這一關鍵科學問題，開展模型驅動式CPS隨機行為建模與統計模型檢測SMC的研究。主要研究內容包括： （1）針對CPS異構、混成、隨機、實時等特性，研究擴展標準建模語言MARTE/SysML，建模CPS結構及隨機行為。提出了面向CPS的協同建模方法，支持從需求分析、領域模型到可執行模型的構建，為建模者提供一個集成的、多視角的建模平台；（2）研究基於統計模型檢測的定性與定量融合驗證方法。提出基於抽象和學習的統計模型檢測，將抽象技術和機器學習技術套用於統計模型檢測的系統軌跡模擬生成及抽象模型構建，有效降低系統模型的複雜度、減少驗證算法分析的軌跡的數量，大大提高了統計模型檢測的效率。此外，基於分散式技術，設計、實現了分散式統計模型檢測器，為CPS的驗證分析提供多樣、靈活的驗證算法；（3）設計、實現了CPS協同仿真語言及協同仿真環境。針對CPS異構性特徵，提出基於FMI標準，設計、實現協同仿真語言，並基於GEMOC實現了該協同仿真環境。（4）開發原型工具並研究案例實證。設計、實現了面向CPS的建模與驗證集成工具平台，主要功能包括基於MARTE/SysML的建模、基於AL-SMC的統計模型驗證器、基於FMI的協同仿真器。所取得的研究成果可推廣套用到CPS的典型套用領域：能耗感知的智慧型建築、軌道交通控制系統、機器人路徑規劃。總之，所提出建模CPS系統隨機行為的方法及基於SMC的統計模型檢測的研究成果具有創新性，為本領域的其他研究人員提供了一種新的研究思路，具有重要理論及實踐意義。
