不确定环境下可信国产城轨控制系统(iCMTCt)构造关键技术研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    91418203
  • 项目类别:
    重大研究计划
  • 资助金额:
    150.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0203.软件理论、软件工程与服务
  • 结题年份:
    2016
  • 批准年份:
    2014
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2015-01-01 至2016-12-31

项目摘要

CBTC (Communication Based Train Control) is becoming a mainstream technology in the development of contemporary subway signal system in China. Since subway trains are running in an uncertain environment (e.g., unreliable communication channels, device variations, etc.), when developing CTBC software, various uncertain factors should be considered. Consequently, it’s a big challege for CBTC venders to guarantee the trustworthiness of CBTC systems. ..The objective of this project is to facilitate the trustworthy construction of the iCMTC (Intelligent Communication-based Moving-block Train Control), which is a domestic CBTC system developed by Casco Ltd. To effectively reduce the iCMTC construction time while guarantee the trustworthiness, this project will investigate new methodologies as well as new formal techniques to improve the current top-down design flow of the iCMTC, which is adopted by Casco Ltd. By focusing on the the modeling, synthesis, simualtion and verification, this project will mainly study the following four issues: 1) How to formally model, verify and evalute the requirements of iCMTC systems in an uncertain environment? This project will try to develop new formal requirement specifications and models to address the ambiguity of the current natural language-based approaches. 2) How to efficiently reduce the complexity of current formal verification approaches? This project will try to avoid the “state space explosion” problem in practical iCMTC verification cases. 3) How to enable the quantitative evaluation and automated synthesis for iCMTC systems in an uncertain environment? This project will utilize statistical model checking based techniques to promote the quality of derived models and develop promising optimization methods to reduce the overall synthesis time. 4) How to guarantee the consistency between different abstraction levels? This project will figure out how to reuse the validation efforts across different abstraction levels to reduce the overall validation efforts. ..By exploring various efficient and effective formal modeling, synthesis and formal verification techniques, we believe that the outcomes of this project can not only significantly reduce the CBTC construction time, but also can enhance the performance, reliability and predictability of constructed CBTC systems. By integrating all the investigated techniques together, a tool chain will be formed which can enable the development of the new generation of the trustworthy iCMTC system, named iCMTCt.
基于通信的列车控制系统(CBTC)已成为城市轨道交通信号选型主流制式。由于网络通信与设备差异导致CBTC软件运行时存在多种不确定因素,使得如何保证CBTC系统的可信是一个具有挑战性的难题。本项目围绕我国自主产权CBTC系统iCMTC的可信构造,探索如何采用多种优化方法与技术,实现不确定环境下iCMTC系统设计、综合,仿真与验证。主要研究不确定情况下iCMTC系统需求的形式化建模、验证与评估方法,避免需求描述的二义性,提高需求模型的功能与非功能可信;研究设计模型的高效形式化验证方法与技术,提高形式化验证的效率;研究不确定环境下模型的定量评估与自动化综合技术,降低精化过程的时间,提高自动化生成模型的质量;研究不同抽象层次验证结果重用与一致性维护技术,在降低系统总体验证时间的同时保证设计与实现的一致。本项目还将开发工具链,支持iCMTC一体化可信开发,实现新一代增强版的可信iCMTCt。

结项摘要

CBTC是我国城市轨道交通信号选型主流制式。由于处于开放的不确定物理环境,如何保证CBTC系统的可信是一个极具挑战性的任务。本项目围绕不确定环境下自主产权CBTC系统iCMTC的可信构造,探索其高效设计、综合、仿真与验证的方法与技术,降低自顶向下iCMTC系统可信构造的总体时间与复杂度。本项目主要研究内容与贡献如下:..1. 高阶规约建模与定量评估。创新地提出了面向iCMTC高阶规约建模的描述语言Hybrid Lustre,支持在系统级对iCMTC系统与连续物理环境实施协同建模。基于AADL语言与统计模型检验技术设计定量评估框架,支持不确定环境下iCMTC体系架构的评估与寻优。创新地提出了iCMTC的形式化需求模型分析方法,能够有效检测需求描述的二义性与功能描述错误。..2. 设计模型的建模、评估与验证。结合混成自动机,扩展建模规范MARTE建立混成系统通信模型,支持包括车载定位系统等在内的多个iCMTC子系统的连续行为建模。基于价格时间自动机与监督学习技术,建立了不确定环境下iCMTC系统的形式化建模与定量评估框架,支持不确定环境下自动列车驾驶子系统ATO的设计优化。..3.基于分支界定方法,研究不确定与资源受限情况下设计规约与模型的高效综合,降低精化时间并提高生成模型的质量。创新地提出了两阶段裁剪与结构感知的并行裁剪方法,支持资源分配与调度方案的快速寻优。实验结果显示,我们提出的方法比现有最好的分支界定方法快10-1000倍。..4.底层实现的测试与一致性保障。研发了半自动分析工具CASDL,支持自动分析需求中的变量并生成测试用例,能够在降低系统的总体测试时间(80%优化)的同时保证设计与实现的一致。基于下推系统创新地提出了支持程序API使用的模型检测方法,支持底层程序API错误的高效检测。..本项目开发的原型工具链目前已初步应用于实际的iCMTC构造流程。实验结果显示,我们的方法能够在缩短iCMTC系统开发周期的同时,保证不确定环境下iCMTC系统高可信。

项目成果

期刊论文数量(13)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(22)
专利数量(0)
Efficient Resource Constrained Scheduling Using Parallel Two-Phase Branch-and-Bound Heuristics
使用并行两阶段分支定界启发法进行高效资源约束调度
  • DOI:
    10.1109/tpds.2016.2621768
  • 发表时间:
    2017-05
  • 期刊:
    IEEE Transactions on Parallel and Distributed Systems
  • 影响因子:
    5.3
  • 作者:
    Yongxiang Bao;Xin Fu;Geguang Pu;Tongquan Wei
  • 通讯作者:
    Tongquan Wei
Statistical Model Checking-Based Evaluation and Optimization for Cloud Work?ow Resource Allocation
基于统计模型检验的云工作流资源分配评估与优化
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    IEEE Transactions on Cloud Computing
  • 影响因子:
    6.5
  • 作者:
    Saijie Huang;Xin Fu;Xiao Liu;Jifeng He
  • 通讯作者:
    Jifeng He
Thermal-Aware Task Scheduling for Energy Minimization in Heterogeneous Real-Time MPSoC Systems
用于异构实时 MPSoC 系统中能量最小化的热感知任务调度
  • DOI:
    10.1109/tcad.2015.2501286
  • 发表时间:
    2016-08
  • 期刊:
    IEEE Transactions ON Computer-Aided Design of Integrated Circuits and Systems
  • 影响因子:
    2.9
  • 作者:
    Chen, Mingsong;Yan, Jianming;Hu, Xiaobo Sharon;Ma, Yue
  • 通讯作者:
    Ma, Yue
Mitigating the Impact of Hardware Variability for GPGPUs Register File
减轻硬件可变性对 GPGPU 寄存器文件的影响
  • DOI:
    10.1109/tpds.2016.2531668
  • 发表时间:
    2016-11
  • 期刊:
    IEEE Transactions ON Parallel and Distributed Systems
  • 影响因子:
    5.3
  • 作者:
    Tan, Jingweijia;Chen, Mingsong;Yi, Yang;Fu, Xin
  • 通讯作者:
    Fu, Xin
Model checking dynamic pushdown networks
模型检查动态下推网络
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    Formal Aspects of Computing
  • 影响因子:
    1
  • 作者:
    Fu Song;Tayssir Touili
  • 通讯作者:
    Tayssir Touili

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其他文献

区域控制器的安全需求建模与自动验证
  • DOI:
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  • 期刊:
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  • 通讯作者:
    周庭梁
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
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  • 影响因子:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    陈铭松
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  • DOI:
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
    软件学报
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  • 作者:
    刘筱珊;袁正恒;陈小红;陈铭松;刘静;周庭梁
  • 通讯作者:
    周庭梁
基于GPU平台的有效字典压缩与解压缩技术
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  • 发表时间:
    2014
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  • 作者:
    覃子姗;顾璠;秦晓科;陈铭松
  • 通讯作者:
    陈铭松
利用特征融合和整体多样性提升单模型鲁棒性
  • DOI:
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    2020
  • 期刊:
    软件学报
  • 影响因子:
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  • 作者:
    韦璠;宋云飞;邵明莉;刘天;陈小红;王祥丰;陈铭松
  • 通讯作者:
    陈铭松

其他文献

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云-端架构信息物理系统高效可信构造关键技术研究
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知道了

AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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