本发明专利技术公开了一种基于可执行领域特定建模语言xSHS的CPS动态行为建模与仿真方法，旨在建模与仿真带随机和混成性质的CPS动态行为，通过实现一种可执行领域特定建模语言xSHS，支持用户在GEMOC建模平台上创建CPS动态行为模型，并对模型进行仿真。具体实施步骤如下：实现可执行领域特定建模语言xSHS的抽象语法、具体语法以及操作语义；实现完整的可执行领域特定建模语言xSHS；创建符合可执行领域特定建模语言xSHS的CPS动态行为模型；对创建的CPS动态行为模型进行仿真。本发明专利技术提出了一种基于可执行领域特定建模语言xSHS的CPS动态行为建模与仿真方法，为设计面向CPS的领域特定建模语言提供了一种有效的方法，为建模与仿真领域特定问题提供了一种有效的途径。
【技术实现步骤摘要】
基于可执行领域特定建模语言xSHS的CPS动态行为建模与仿真方法
本专利技术涉及一种建模与仿真方法，尤其涉及一种基于可执行领域特定建模语言xSHS的CPS动态行为建模与仿真方法。
技术介绍
信息物理融合系统（CyberPhysicalSystem，CPS）是在传统的嵌入式系统上发展起来的一种复杂系统，是计算过程和物理过程的整合。CPS建模需要刻画计算进程与物理环境进行之间如何交互以及它们融合时所表现出的行为。CPS涉及连续的物理环境和离散的计算系统，两者实时交互，相互作用，故混成性是CPS系统行为的一个重要性质。随机性是CPS系统行为的另一重要性质，物理环境和用户行为的不确定性都会造成CPS系统的动态行为具有随机性。信息物理融合系统普遍应用于国防、交通、航空航天、医疗卫生等安全攸关的领域，对我国的信息化建设和工业发展起了巨大的推动作用。模型驱动是对象管理组织OMG在2002年提出的，以建模和模型转换为主要途径，目标是将开发者的注意力从代码转移到模型上来，与传统的软件开发方法相比，模型驱动开发更加关注为不同的领域知识构造其抽象描述，即领域模型（DomainModel），并基于这些代表领域概念的模型刻画软件系统，然后通过自动或半自动的相关技术完成转换，实现从设计到实现的过渡，最终完成整个系统的开发。模型驱动的优势在于，它使用便于人们理解的模型，尤其是可视化模型，将设计人员的注意力集中到业务逻辑上，而不用过早地考虑平台相关的细节。模型驱动强调使用领域特定建模语言（Domain-SpecificModelingLanguage,DSML）构造领域模型，实现领域专家、设计人员等组织成员的有效沟通。模型的可执行性（ModelExecutability）是MDE中的另一热点，它希望为新构建的领域特定建模语言提供完整的执行环境，旨在为系统早期的确认和验证（ValidationandVerification）提供支持。具体表现为，领域专家不仅能构建新的领域特定建模语言，而且能够仿真相应的实例模型。GEMOC是Eclipse的孵化产品，旨在开发各种技术、框架和环境，以促进构建可执行领域特定建模语言。它提供了一个通用框架，用于设计和集成基于Eclipse建模框架（EclipseModelingFramework，EMF）的建模语言，同时该通用框架提供了一个通用的接口，用于插入与特定建模语言相关的执行引擎。GEMOC主要分为两个平台：语言平台，语言设计人员可以构建或合成新的可执行领域特定建模语言；建模平台，领域设计人员可以创建、执行和协同符合可执行领域特定建模语言的实例模型。目前，GEMOC仅支持离散语义的执行，所以当它仿真具有混成性质的CPS动态行为模型时，GEMOC不能为连续部分的仿真提供支持。为了解决这个问题，Scilab相关jar包被集成到GEMOC中以支持CPS动态模型中连续部分的仿真。Scilab是由法国国家信息、自动化研究院（INRIA）的科学家们开发的开源软件，用户不仅可以在Scilab的许可条件下自由使用该软件，还可以根据自身需求修改源代码。与Matlab相似，Scliab是一种科学工程计算软件，主要有两个功能：数值计算以及计算结果图形化显示。
技术实现思路
本专利技术的目的是对CPS系统的随机和混成行为进行建模与仿真。本专利技术提出一种基于可执行领域特定建模语言xSHS的CPS动态行为建模与仿真方法，该方法通过实现一种可执行领域特定建模语言xSHS，支持用户在GEMOC建模平台上创建CPS动态行为模型，并对模型进行仿真，具体步骤如下：S1：分析并抽象出建模CPS动态行为模型所需的建模元素及关系，并使用Ecore元语言以xSHS元模型的形式定义建模元素及关系，用于表示可执行领域特定建模语言xSHS的抽象语法；S2：使用Sirius给出xSHS元模型中各个建模元素及关系的图形化表示，用于表示可执行领域特定建模语言xSHS的具体语法；S3：分析CPS动态行为模型的领域特定动作,并使用Kermeta3和Xtend编程语言实现具体的执行变量和执行函数，用于表示可执行领域特定建模语言xSHS的操作语义；S4：使用Melange组合语法及语义，实现完整的可执行领域特定建模语言xSHS；S5：使用可执行领域特定建模语言xSHS创建CPS动态行为实例模型；S6：基于GEMOCDSA执行器和ScilabODE求解器对CPS动态行为实例模型进行仿真。所述步骤S1，具体包括：S11：分析CPS动态行为模型的随机行为及混成行为，混成行为包括离散行为及连续行为；抽象出能建模离散行为和随机行为的状态图，以及能建模连续行为的常微分方程；S12：基于GEMOC的语言平台，创建元模型项目，使用Ecore元语言以xSHS的元模型的形式定义抽象出的相关建模元素及关系，用于表示xSHS的抽象语法。所述步骤S2，具体包括：S21：分析建模元素及关系的通用图形表示，包括形状、大小，并设计可读性高的图形；S22：基于GEMOC的语言平台，创建Sirius项目，实现xSHS元模型中各元素及关系的图形化表示，用于表示xSHS的具体语法。所述步骤S3，具体包括：S31：分析CPS动态行为模型的领域特定动作，包括模型的初始化、模型调用ODE、模型状态跳转，这些特定动作由执行变量和执行函数来表示；S32：基于GEMOC的语言平台，创建语义项目，使用Kermeta3和Xtend编程语言实现具体的执行变量和执行函数，用于表示xSHS的操作语义。所述步骤S4，具体包括：S41：基于GEMOC的语言平台，创建Melange项目，导入S12的xSHS元模型实现语法引入；S42：基于GEMOC的语言平台，创建Melange项目，导入S32的xSHS操作语义实现语义引入，以组合的方式实现完整的可执行领域特定建模语言xSHS。所述步骤S5，具体包括：S51：分析具体的CPS中包含的随机行为和混成行为；S52：基于GEMOC的建模平台，创建建模项目，使用可执行领域特定建模语言xSHS来建模CPS动态行为实例模型。所述步骤S6，具体包括：S61:Scilabjar包在使用Eclipse转化成标准插件后被集成到GEMOC，以支持对CPS动态行为模型中连续部分ODE的仿真，旨在弥补GEMOC只能支持离散语义执行的不足；具体的Scilab插件包括：org.scilab.modules.javasci.jar、org.scilab.modules.types.jar、org.scilab.modules.jvm.jar；S62：基于GEMOCDSA执行器和ScilabODE求解器对创建的CPS动态行为实例模型进行仿真，更好地认识系统行为。本专利技术公开的一种基于可执行领域特定建模语言xSHS的CPS动态行为建模与仿真方法，一方面，能有效地建模CPS的动态行为，包括混成行为和随机行为，且支持用户基于GEMOC工具对CPS动态行为模型进行仿真，Scilab插件被集成到GEMOC中以弥补GEMOC只能执行离散语义的不足，另一方面，本专利技术为建模与仿真领域特定问题提供了一种有效的方法。附图说明图1为本专利技术框架图；图2为本专利技术使用Ecore元语言实现的xSHS元模型图；图3为本专利技术使用Sirius实现的xS本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于可执行领域特定建模语言xSHS的CPS动态行为建模与仿真方法，其特征在于，支持用户在GEMOC建模平台上使用可执行领域特定建模语言xSHS对CPS动态行为进行建模，并支持对创建的CPS动态行为模型进行仿真，步骤如下：S1：分析并抽象出建模CPS动态行为模型所需的建模元素及关系，并使用Ecore元语言以xSHS元模型的形式定义建模元素及关系，用于表示可执行领域特定建模语言xSHS的抽象语法；S2：使用Sirius给出xSHS元模型中各个建模元素及关系的图形化表示，用于表示可执行领域特定建模语言xSHS的具体语法；S3：分析CPS动态行为模型的领域特定动作,并使用Kermeta 3和Xtend编程语言实现具体的执行变量和执行函数，用于表示可执行领域特定建模语言xSHS的操作语义；S4：使用Melange组合语法及语义，实现完整的可执行领域特定建模语言xSHS；S5：使用可执行领域特定建模语言xSHS创建CPS动态行为实例模型；S6：基于GEMOC DSA执行器和Scilab ODE求解器对CPS动态行为实例模型进行仿真。
【技术特征摘要】
1.一种基于可执行领域特定建模语言xSHS的CPS动态行为建模与仿真方法，其特征在于，支持用户在GEMOC建模平台上使用可执行领域特定建模语言xSHS对CPS动态行为进行建模，并支持对创建的CPS动态行为模型进行仿真，步骤如下：S1：分析并抽象出建模CPS动态行为模型所需的建模元素及关系，并使用Ecore元语言以xSHS元模型的形式定义建模元素及关系，用于表示可执行领域特定建模语言xSHS的抽象语法；S2：使用Sirius给出xSHS元模型中各个建模元素及关系的图形化表示，用于表示可执行领域特定建模语言xSHS的具体语法；S3：分析CPS动态行为模型的领域特定动作,并使用Kermeta3和Xtend编程语言实现具体的执行变量和执行函数，用于表示可执行领域特定建模语言xSHS的操作语义；S4：使用Melange组合语法及语义，实现完整的可执行领域特定建模语言xSHS；S5：使用可执行领域特定建模语言xSHS创建CPS动态行为实例模型；S6：基于GEMOCDSA执行器和ScilabODE求解器对CPS动态行为实例模型进行仿真。2.根据权利要求1所述的一种基于可执行领域特定建模语言xSHS的CPS动态行为建模与仿真方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括：S11：分析CPS动态行为模型的随机行为及混成行为，混成行为包括离散行为及连续行为；抽象出能建模离散行为和随机行为的状态图，以及能建模连续行为的常微分方程；S12：基于GEMOC的语言平台，创建元模型项目，使用Ecore元语言以xSHS的元模型的形式定义抽象出的相关建模元素及关系，用于表示xSHS的抽象语法。3.根据权利要求1所述的一种基于可执行领域特定建模语言xSHS的CPS动态行为建模与仿真方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：S21：分析建模元素及关系的通用图形表示，包括形状、大小，并设计可读性高的图形；S22：基于GEMOC的语言平台，创建Sirius项目，实现xSHS元模型中各元素及关系的图形化表示，用于表示xSHS的具体语法。4...
【专利技术属性】
技术研发人员：管春琳，敖奕，白新，陈彪，杜德慧，
申请(专利权)人：华东师范大学，
类型：发明
国别省市：上海,31
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