[发明专利]一种基于SHA的信物融合系统自动建模与验证方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于SHA的信物融合系统自动建模与验证方法及系统，包括：将物理环境建模成SHA元模型；根据元模型和设备位置信息表实例化环境模型；根据用户自定义的TAP规则生成控制器的SHA模型；生成可执行的系统模型并进行仿真；对仿真结果进行验证分析。本发明还开发了一个支持上述方法的系统。本发明的方法及系统，支持自动生成系统模型并进行仿真验证，直接向用户反馈规则验证结果，便于用户修改并制定安全的TAP规则。为信物融合系统验证中不确定环境的动态建模提供了一种有效的途径。

技术领域

本发明属于信物融合系统领域，具体涉及一种基于SHA(随机混成自动机)的信物融合系统自动建模与验证方法及系统。

背景技术

信息物理融合系统中存在各种智能的自动化设备，为用户提供便利的自动化或智能服务体验。以智能家居为例，具统计分析，到2020年，全球智能家居市场的收入为783亿美元，预计到2025年将达到1353亿美元。尽管用户使用TAP规则可以直观且容易地表达自己期望的自动化需求，但确保底层控制系统与用户真正需求的一致性实际上并不容易。由于这些用户通常不具备专业知识，他们在制定专属的TAP规则时，无法知道自己的规则的运行是否符合预期。

目前已有不少基于形式化方法，如模型检测或SMT求解器，对用户制定的个性化方法进行安全性验证的方法，但对于用户来说并不能直观地看到自己制定的规则的运行过程，虽然也有让用户自己拖拽组件或自己控制设备状态或自己设置环境属性以触发自己的规则的仿真方式，但这需要用户自定义场景的初始状态，也很难尽数覆盖所有规则。

发明内容

针对信物融合系统中对用户自定义TAP规则验证方法的不足，本发明的目的是提出一种基于SHA的信物融合系统自动建模与验证方法及系统，其基本思想是，根据环境参数化模型、设备位置信息表，以及用户自定义的TAP规则生成系统模型并进行仿真，最后对仿真结果进行验证分析，检测用户制定的规则是否会导致设备发生状态冲突。

本发明提出的一种基于SHA的信物融合系统自动建模与验证方法及系统的具体实现步骤如下：

一种基于SHA的信物融合系统自动建模与验证方法，包括以下步骤：

步骤1：将被监视实体预建模成SHA参数化模型，包括：

1)预建人的参数化SHA模型，包括建模状态和变迁；

2)预建不确定行为的被监视实体的SHA模型，包括建模状态和变迁，以及随机性；

3)预建包含各种环境属性的空气实体的SHA模型；

具体为：

所述被监视实体包括人、具有不确定行为的实体、具有各环境属性的空气实体；

所述预建人的参数化SHA模型：将人所处的空间位置作为状态，将人的空间转移作为状态的变迁，使用状态标识符标记人的状态变化，并用SHA中的不变式形式的时间约束作为参数确定人状态变迁的时机，从而将人建模为SHA参数化模型；

所述不确定行为的被监视实体，包括是否下雨这类具有不确定性的实体，通过经验和分析获得不确定行为实体的可能状态，作为SHA模型中的状态，状态能变迁到自己也能变迁到其他状态，并使用SHA的随机性建模，经过统计分析获得不同状态发生的概率，作为状态变迁时的概率；

会受设备影响的各环境属性，具有随时间的变化率，即具有连续性，将其作为空气实体的属性，用SHA中的不变式表示属性的连续性，将空气实体建模为只具有一个状态的SHA模型，在该状态上添加各属性的不变式，用来表示属性随时间的总的变化率，以约束属性的变化。

步骤2：将被控制实体预建模成SHA参数化模型，包括：

1)预建可控设备的参数化SHA模型，包括建模状态和变迁；