基于体系结构能耗建模的CPS软件可信性评估研究

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随着嵌入式计算、网络通信、海量数据处理等技术的高速发展,感控、计算和通信能力深度嵌入到物理设备中,从而产生了信息物理融合系统(Cyber-PhysicalSystems, CPS)。由于CPS的应用领域要求系统具有高可信性,故需要研究CPS可信性保障方法。而CPS作为一种网络化嵌入式系统,其软件的运行受系统资源的约束,能量作为系统资源影响CPS软件的可信性。现有的可信性评估方法通常针对软件一般特征,如代码行数、缺陷数、失效时间等进行度量或评估,无法直接评估能耗对CPS软件可信性的影响。而低能耗作为一种软件质量属性,已成为软件体系结构设计者需要考虑的需求之一,故本文重点研究CPS软件体系结构能耗建模和分析、基于体系结构能耗的CPS软件可信性评估等问题。本文主要研究内容包括:(1)在时间Petri网的基础上,通过扩展其能耗信息,形成能耗时间Petri网,并从体系结构角度建立CPS软件的能耗模型,针对最小能耗、最大能耗、平均能耗等问题提出相应的分析方法;(2)通过分析能耗对CPS软件可信属性的影响,将能耗作为可信属性评估参数,采用AHP方法分配可信属性权重,建立基于体系结构能耗的可信性指标模型;(3)根据建立的可信性指标模型,针对CPS软件运行环境的动态、开放、网络化特性,将CPS软件可信性评估过程分为两步。首先评估单个CPS软件的可信性,而针对CPS软件的网络化特性,通过分解CPS软件交互结构,对软件的交互过程可信性进行评估。最后,通过贯穿整个分析和评估过程的实例说明提出方法的有效性。本文提出的方法可以有效描述和分析CPS软件的能耗问题,并通过创建基于能耗的可信属性评估指标来评估设计阶段的CPS软件可信性,可以为设计高可信低能耗的CPS提供有力支持。
中文摘要第4-5页
Abstract第5-6页
第一章 绪论第10-16页
    1.1 研究背景及意义第10-12页
    1.2 国内外研究现状第12-13页
    1.3 研究内容与创新点第13-15页
    1.4 本文结构第15-16页
第二章 Petri 网基本理论第16-26页
    2.1 网与网系统第16-19页
    2.2 Petri 网动态性质第19-22页
    2.3 Petri 网分析方法第22-25页
    2.4 本章小结第25-26页
第三章 CPS 概述第26-34页
    3.1 CPS 定义第26-27页
    3.2 CPS 特征及关键问题第27-31页
    3.3 CPS 应用第31-33页
    3.4 本章小结第33-34页
第四章 基于能耗时间 Petri 网的 CPS 软件能耗模型第34-50页
    4.1 问题描述第34-35页
    4.2 能耗时间 Petri 网第35-39页
        4.2.1 基本定义第36-37页
        4.2.2 状态可达图第37-39页
    4.3 CPS 软件的体系结构能耗模型第39-45页
        4.3.1 CPS 软件能耗特征第39-40页
        4.3.2 CPS 软件体系结构能耗建模第40-41页
        4.3.3 CPS 软件体系结构能耗分析第41-45页
    4.4 实例分析第45-47页
    4.5 相关工作比较第47-49页
    4.6 本章小结第49-50页
第五章 基于体系结构能耗的 CPS 软件可信性评估第50-62页
    5.1 问题描述第50-51页
    5.2 基于体系结构能耗的可信性指标模型第51-53页
    5.3 CPS 软件可信性评估第53-57页
        5.3.1 单个软件可信性评估第53-55页
        5.3.2 软件交互可信性评估第55-57页
    5.4 实例分析第57-60页
    5.5 相关工作比较第60-61页
    5.6 本章小结第61-62页
第六章 总结与展望第62-64页
    6.1 本文工作总结第62-63页
    6.2 未来工作展望第63-64页
参考文献第64-70页
攻读硕士学位期间参加的科研项目和发表(录用)的论文第70-71页
致谢第71-72页
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