列控系统通信协议规范化开发的方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种列控系统通信协议规范化设计的方法，包括：根据列控系统的协议需求，制定列控系统协议的案例集合；绘制所述案例集合中的每个案例的顺序序列图；建立形式化协议模型；对建立的协议模型依次进行语义和语法验证、仿真和形式化验证，若在验证或仿真阶段出现问题，返回到建立协议模型的步骤进行重建或修改；最后形成模型库并生成协议模型分析报告。本发明专利技术还公开了一种列控系统通信协议规范化设计的系统。本发明专利技术通过按列控系统的协议需求，对系统协议进行建模，并对该模型进行验证，使得在协议设计过程中避免了二义性，及早地发现协议中的错误。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及列控系统通信协议设计
，特别涉及一种列控系统通信协议规 范化开发的方法及系统。
技术介绍
目前，随着我国轨道交通飞速发展，高速列车运行控制系统也进入了 CTCS-3级时 代，CTCS-3列车运行控制系统依赖于高容量传输系统进行数据传输，已完成高运行效率、高 可靠的运行质量。而城市轨道交通也进行入基于通信的移动闭塞时代，其列车运行控制系 统的数据传输也依赖于双向高容量的传输系统，很明显，基于通信的列车运行控制系统中 的通信协议，应具有保证数据正常、有效、或安全传输功能，其在保障列车安全行车方面占 有十分重要的地位。在以往的列车运行控制系统中，通信协议的功能以及机制往往是被忽视的，随着 数据传输功能在列控系统的作用的日益重要，根据不同的传输环境存在着多种通信协议的 现象。对于轨道交通的通信协议而言，从传输的对象分类，可以分为车地通信协议和地面通 信协议。从安全性的角度，可以分为安全通信协议和非安全通信协议。针对列控系统的特 点，通信协议往往是由不同的设备厂商生产开发，就存在一个协议的互连互通的过程，对通 信协议的规范化说明及开发，明确通信协议的需求、功能、设计、实现过程，具有十分重要的眉、ο以往的列控系统协议开发方法中，一般采用采用自然语言描述的设计文档，以及 直接的编码过程。这种开发过程对列控系统协议的描述存在着二义性特点，同时，其不能在 早期发现设计错误，以及不能早期检查需求与设计是否完全一致。另外，对于列控系统中的 安全协议设计，无法检查其设计的正确性以及高苛求性。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术要解决的技术问题是如何在列控系统通信协议设计过程中避免对协议描 述的二义性，以及能够在协议设计过程中及早地发现错误。( 二 )技术方案为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种列控系统通信协议规范化设计的方法， 包括以下步骤Sl 根据列控系统的协议需求，制定列控系统协议的案例集合；S2 绘制所述案例集合中的每个案例的顺序序列图；S3以所述顺序序列图为出发点，建立模型输入输出原语集，划分协议系统模块与 进程状态，设计并建立形式化协议模型；S4 对步骤S3中建立的所述形式化协议模型进行语义和语法验证，若通过验证， 则执行步骤S5，否则，返回S3重新建立或修改所述形式化协议模型；S5 对通过验证后的所述形式化协议模型进行仿真，并根据仿真结果检查协议模 型中是否存在不符合所述顺序序列图中的顺序，若存在，返回步骤S3重新建立或修改所述 形式化协议模型，否则，执行步骤S6 ；S6:对仿真后的所述形式化协议模型进行形式化验证，检查协议的属性、符号覆盖 率及所有行为树的行为路径，若通过验证，则执行步骤S7，否则，返回步骤S3重新建立或修 改所述形式化协议模型；S7 形成模型库并生成协议模型分析报告。其中，所述输入输出原语集包括独立原语集合，发起原语集合和跟随原语集合。其中，所述步骤S3中的形式化协议模型是基于进程状态机的模型。本专利技术还提供了一种列控系统通信协议规范化设计的系统，包括案例集合制定模块，用于根据列控系统的协议需求，制定列控系统协议的案例集 合；顺序序列图绘制模块，用于绘制所述案例集合中的每个案例的顺序序列图；协议模型建立模块，用于以所述顺序序列图为出发点，建立模型输入输出原语集， 划分协议系统模块与进程状态，设计并建立形式化协议模型；语义和语法验证模块，用于对协议模型建立模块中所建立的所述形式化协议模型 进行语义和语法验证，若通过验证，则执行仿真模块，否则，返回协议模型建立模块重新建 立或修改所述形式化协议模型；仿真模块，用于对通过验证后的所述形式化协议模型进行仿真，并根据仿真结果 检查协议模型中是否存在不符合所述顺序序列图中的顺序，若存在，返回协议模型建立模 块重新建立或修改所述形式化协议模型，否则，执行形式化验证模块；形式化验证模块，用于对仿真后的所述形式化协议模型进行形式化验证，检查协 议的属性、符号覆盖率及所有行为树的行为路径，若通过验证，则执行模型库生成模块，否 则，返回协议模型建立模块重新建立或修改所述形式化协议模型；模型库生成模块，用于形成模型库并生成协议模型分析报告。(三)有益效果本专利技术通过按列控系统的协议需求，对系统协议进行建模，并对该模型进行验证， 使得在协议设计过程中避免了二义性，及早的发现协议中的错误。附图说明图1是本专利技术实施例的一种列控系统通信协议规范化设计的方法流程图；图2是本专利技术实施例的一种列控系统通信协议规范化设计的系统结构示意图。具体实施例方式下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施 例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。如图1所示，为本专利技术实施例的列控系统通信协议规范化设计的方法流程图，包 括步骤S101，根据列控系统的协议需求，制定列控系统协议的案例集合。需求分析中，选定UML适用于列控通信协议系统的元素，形成基本的设计配置元素。UML中的选用元 素为用例图元素、类图元素、组件元素以及状态图元素，这些元素用于分析列控系统通信 协议的软件结构、硬件结构和用例。其中，用例图表达列控系统中的各种协议场景，类图可 表示在协议系统的对象关系，而组件图则表示实际系统的连接关系。步骤S102，绘制所述案例集合中的每个案例的顺序序列图。MSC语言为一种用来 描述多个实体之间和实体与环境之间消息交互的顺序，在本实施例中使用其细化UML用例 图中协议业务场景。在列控系统的通信协议中，往往一些业务场景都是具有先后顺序的，一 般的，这种先后关系可采用MSC引用来表示。在需求管理中，用例图与MSC图之间的关系为 “业务宏观图——> 业务关系图”以及业务中信息交互顺序图，从这种图组合表示中，可以将 某个协议的所有用例以及用例之间表示清楚。步骤S103，以顺序序列图为出发点，建立模型输入输出原语集，划分协议系统模块 与进程状态，设计并建立形式化协议模型，即根据各案例的顺序序列图建立SDL形式化协 议模型，具体为基于状态机的模型，具体地(1)对形式化协议系统进行软件结构细分。(2)抽取MSC图的简单业务图中的实例，并对实例进行归类，最后形成的一类即为 一个状态机进程。(3)确定状态机进程的调用过程。(4)根据业务行为图例。对输入输出进行筛选，形成输入输出集合，从而形成以输 入为触发的状态集合。(5)状态机进程的具体设计，使用SDL规范描述语言进行描述，其所包含的元素 输入元素，状态元素、输出元素，以及进程元素等。根据步骤(4)中的状态集合以及输入输 出集合，描述状态跃迁过程。细化输入输出参数以及具体的操作行为。步骤S104，对步骤S103中建立的协议模型进行语义和语法验证，若通过验证，则 执行步骤S105，否则返回S103重新建立或修改协议模型。步骤S105，对验证后的协议模型进行仿真，并根据仿真结果检查协议模型中是否 存在不符合所述顺序序列图中的顺序，若存在返回步骤S103重新建立或修改协议模型，否 则执行步骤S106 ；步骤S106，对仿真后的协议模型进行形式化验证，检查协议的属性、符号覆盖率及 所有行为树的行为路径。首先，先确认模型的执行是否与需求的业务过程一致，是否满足了 需求，其次，通过对设计模型的遍历性验证，确保不存在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种列控系统通信协议规范化设计的方法，其特征在于，包括以下步骤：Ｓ１：根据列控系统的协议需求，制定列控系统协议的案例集合；Ｓ２：绘制所述案例集合中的每个案例的顺序序列图；Ｓ３：以所述顺序序列图为出发点，建立模型输入输出原语集，划分协议系统模块与进程状态，设计并建立形式化协议模型；Ｓ４：对步骤Ｓ３中建立的所述形式化协议模型进行语义和语法验证，若通过验证，则执行步骤Ｓ５，否则，返回Ｓ３重新建立或修改所述形式化协议模型；Ｓ５：对通过验证后的所述形式化协议模型进行仿真，并根据仿真结果检查协议模型中是否存在不符合所述顺序序列图中的顺序，若存在，返回步骤Ｓ３重新建立或修改所述形式化协议模型，否则，执行步骤Ｓ６；Ｓ６：对仿真后的所述形式化协议模型进行形式化验证，检查协议的属性、符号覆盖率及所有行为树的行为路径，若通过验证，则执行步骤Ｓ７，否则，返回步骤Ｓ３重新建立或修改所述形式化协议模型；Ｓ７：形成模型库并生成协议模型分析报告。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵波波，唐涛，郜春海，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]