一种面向任务的DIMA动态重构策略与建模分析

作     者：刘嘉琛 

作者单位：中国民航大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王鹏;郝莲

授予年度：2021年

学科分类：08[工学] 

主      题：分布式综合模块化航空电子 动态重构 有效性分析 架构分析与设计语言 时间自动机理论 仿真验证 

摘      要：目前,分布式综合模块化航电系统(Distributed Integrated Modular Avionics,DIMA)已经成为航电系统的最新发展方向,体现出了集成模块化和分布式配备两大特点,提高了资源的共享程度,更易于系统的升级和重构。而DIMA的动态重构技术采用资源再分配、软硬件冗余备份和应用功能部署三大手段,使其成为新一代航电系统中必不可少的关键技术。但动态重构过程中的任何的设计和实现偏差都可能引起航电系统间不希望遇见的冲突,随着航电系统复杂程度的不断提高,传统的安全性分析方法容易导致分析效率慢、出现分析差错等问题从而影响结果的准确性。所以在设计可重构DIMA系统时,有必要对重构进行分析,以保障重构不仅是完整的、有效的,也必须是符合安全性要求的。因此,本文对DIMA的动态重构过程的机制和策略进行了深入分析,并利用新型的形式化方法对DIMA的动态重构过程进行建模、分析和验证。本文首先对可重构DIMA系统的特性进行了研究,在此基础上提出了面向任务的DIMA动态重构策略,建立了动态重构的有效性评估体系并引入组合赋权法计算不同任务模式下的功能优先级,并通过算例和对比分析表明动态重构策略的有效性的变化情况。接下来,利用架构分析与设计语言(Architecture Analysis&Design Language,AADL)及其相关附件对DIMA动态重构的架构基础、行为细节及错误信息等要素进行建模,并对AADL的线程组件和行为模型附件进行形式化定义。最后,设计了一种基于形式化定义的模型转换规则将AADL动态重构模型转换成可执行的时间自动机模型,利用模型验证工具UPPAAL验证了可重构DIMA系统设计中的逻辑正确性和行为可达性,并通过致因分析为可重构DIMA系统的后续改进提供指导意见。结果表明,面向任务的动态重构策略能够显著提高动态重构的有效性,给任务的执行提供充足的安全裕度,针对动态重构过程的建模、分析和验证有利于改良可重构DIMA系统的设计,对于改进复杂航电系统的安全性分析方法、降低工作量、提高分析效率、减少人为差错具有重要的意义,为DIMA系统的国产化以及动态重构技术的应用提供了有力的支持。