基于OOCPN的軟件可執(zhí)行模型建模方法的研究.pdf

1、隨著軟件應用領域的不斷擴展和深入，軟件系統(tǒng)的規(guī)模和復雜性也在逐漸擴大和提高，使得軟件設計開發(fā)的難度和軟件系統(tǒng)潛在的問題也日益增加。早期的設計缺陷會嚴重阻礙后期系統(tǒng)的開發(fā)、應用和維護。如果能夠在早期設計階段及時發(fā)現(xiàn)并避免錯誤，會大大減少設計開發(fā)、應用維護的成本，顯著提高軟件系統(tǒng)設計及開發(fā)的效率。軟件系統(tǒng)建模與驗證成為軟件工程領域研究的熱點。
　　 傳統(tǒng)的軟件系統(tǒng)建模方法主要包括數(shù)學建模方法、結構化建模方法、信息建模方法和面向對象的

2、建模方法等。這些方法在軟件開發(fā)歷程中都發(fā)揮了一定的作用，但是也都存在著比較明顯的不足。主要表現(xiàn)為：數(shù)學建模方法抽象程度較高，不適合系統(tǒng)的分析和設計建模；結構化方法容易產(chǎn)生問題空間與解空間不一致的問題：信息建模強調狀態(tài)而非對象，對所建模型有一定的限制：面向對象方法雖然對軟件系統(tǒng)建模有很好的支持，但是它的形式化程度不高，對模型缺乏有效的驗證和分析手段。軟件開發(fā)方法的每一次改進都使軟件系統(tǒng)的抽象層次得到一次提高。抽象層次的提高使系統(tǒng)涉及的具體

3、信息與限制條件就減少，系統(tǒng)的適應性與概括能力就提高。如何使得抽象模型能夠顯現(xiàn)地、仿真模擬實際應用系統(tǒng)，早期發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)設計的缺陷，是提高軟件系統(tǒng)生產(chǎn)率和質量的關鍵。因此，建立可視化程度高、可執(zhí)行的模型也是對軟件開發(fā)方法的一種改進。
　　 軟件建模方法的研究已經(jīng)開展了很久，也取得了一些可喜的成果，本文在已有研究成果的基礎上，針對當前研究所存在的可執(zhí)行性不強，仿真模擬現(xiàn)實系統(tǒng)的力度不夠，不能及早地發(fā)現(xiàn)設計缺陷并改進等方面的不足，以可視化

4、、可執(zhí)行模型為切入點，對基于面向對象技術、方法和Petri網(wǎng)融合技術進行軟件系統(tǒng)建模提出了一些方法，本文的主要工作和貢獻有以下幾個方面。
　　 分析總結軟件系統(tǒng)傳統(tǒng)建模方法的不足，提出將面向對象技術、方法和Petri網(wǎng)結合的方式開展軟件系統(tǒng)可執(zhí)行模型的建模；總結歸納出4種結合的方法，并分類形成面向對象技術中嵌入Petri網(wǎng)、Petri網(wǎng)中嵌入面向對象技術和相互嵌入的3種結合形式；給出面向對象Petri網(wǎng)OOPN的形式定義和語義解

5、釋，并深入分析了OOPN的面向對象特征。
　　 提出基于OOPN圖形界面交互行為的建模方法。首先針對用戶操作圖形界面的習慣確定界面操作對象，并利用OOPN對其屬性和行為進行形式描述，形成對象子網(wǎng)；其次，分析總結操作對象間的關系，確定并定義對象子網(wǎng)間的順序、同步、選擇、并行和互斥5種行為關聯(lián)關系；第三，在系統(tǒng)需求分析的基礎上，將對象子網(wǎng)和關聯(lián)關系進行集成、整合，形成系統(tǒng)可執(zhí)行的模型。最后，根據(jù)OOPN的執(zhí)行語義和變遷的引發(fā)條件，檢

6、查模型的各種可能的執(zhí)行過程，驗證模型的適用性和正確性。
　　 提出對前述OOPN的改進方案，擴充子網(wǎng)間的關聯(lián)關系，使其形成虛網(wǎng)結構，在此基礎上提出對象子網(wǎng)的分層原則和方法以及OOPN的化簡規(guī)則，并證明化簡規(guī)則的適用性；提出對象子網(wǎng)和OOPN的死鎖標識檢測算法，并通過實例，對分層方法、化簡規(guī)則和死鎖標識檢測算法進行驗證。
　　 總結基于OOPN建模方法存在的不足，采用面向對象與著色Petri網(wǎng)相互嵌入的結合形式，提出基于面

7、向對象著色Petri網(wǎng)OOCPN基本通信協(xié)議的形式描述方法。基于該方法，以一個簡單的通信協(xié)議為例，利用CPNTools工具建立一個自動可執(zhí)行的模型，并通過仿真執(zhí)行，驗證協(xié)議的正確性和模型的各種性質，同時利用可執(zhí)行模型的執(zhí)行結果，對協(xié)議的傳輸性能進行了分析和評價。
　　 本文的工作對深入開展軟件系統(tǒng)建模方法的研究提供了一點新的思路，對早期發(fā)現(xiàn)軟件系統(tǒng)設計開發(fā)中的錯誤，提高設計開發(fā)效率和可靠性都具有一定的理論和實踐價值。但是，所研究