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申请/专利权人：南京航空航天大学

摘要：本发明公开了一种基于SysML的安全关键自治系统建模方法及工具，从自然语言需求出发，探讨了由传统组件和AI组件组成的安全关键自治系统的体系结构建模，针对安全关键自治系统中的各类自然语言需求文档，采用需求模板和约束规则对自然语言需求文档进行规约，定义RNLReq元模型；选取SysML扩展子集，以支持RNLReq元模型的功能与非功能扩展，并定义RNLReq元模型到SysML体系结构模型中的不同视图的转换规则；基于转换规则，将RNLReq元模型转换为SysML体系结构模型中的不同视图；本发明通过需求模板和约束规则来限制用户记录需求的方式，得到的RNLReq模型支持智能软件的需求的层次分解、功能需求、非功能需求和AI组件需求。

主权项：1.一种基于SysML的安全关键自治系统建模方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：针对安全关键自治系统中的各类自然语言需求文档，采用需求模板和约束规则对自然语言需求文档进行规约，定义RNLReq元模型；所述安全关键自治系统包括AI组件；步骤2：选取扩展后的SysML子集，以支持RNLReq元模型的功能与非功能扩展，并定义RNLReq元模型到SysML体系结构模型中的不同视图的转换规则；步骤3：基于转换规则，将RNLReq元模型转换为SysML体系结构模型中的不同视图；各类所述自然语言需求文档包括AI组件的原始需求对应的自然语言需求文档，所述AI组件的原始需求包括：目标需求、AI功能需求、AI非功能需求、训练数据需求、测试数据需求、操作数据需求；所述约束规则包括：通用限制规则，用于限制自然语言的使用；功能需求约束规则，用于根据预定义的功能句式对安全关键自治系统的功能特征的表达进行约束；非功能需求约束规则，用于根据预定义的非功能句式，对安全关键自治系统的非功能属性特征的表达进行约束；AI需求约束规则，用于对AI组件的需求的表达进行约束；包括对应训练数据需求和测试数据需求的数据质量约束规则、对应操作数据需求的约束规则、对应目标需求的约束规则、对应AI功能需求的约束规则、对应AI非功能需求的约束规则；其中，所述对应训练数据需求和测试数据需求的数据质量约束规则，包括：D1：数据必须涵盖所有可能的值；D2：满足假设的额外数据源可用于扩充原始数据以获得更丰富的训练数据集；D3：每个数据必须采用相同的格式和表示形式；D4：数据在使用前必须经过验证和清理；D5：不采用由用户收集或标记的数据；其中，所述对应操作数据需求的约束规则，包括：操作数据与训练数据、测试数据之间保持一致性；其中，所述对应目标需求的约束规则，包括：符合定义的满意度标准；其中，所述对应AI功能需求的约束规则，包括：要覆盖问题类型、算法类型、深度学习系统中的层信息以及更新时模型的特征；其中，所述对应AI非功能需求的约束规则，包括：对安全性或可靠性的约束规则，包括：若单个预测的安全性或可靠性估计达到阈值，则重新训练模型；对实时性或性能的约束规则，包括：指定回退计划；对资源消耗的约束规则，包括：对星上计算和通信的资源消耗约束；对可解释性的约束规则，包括：对模型在给定数据点或特征周围的行为进行规范解释；所述步骤3具体包括以下步骤：对RNLReq元模型进行识别，对识别出不正确的RNLReq元模型进行修复，对识别出正确的RNLReq元模型根据转换规则转换成SysML体系结构模型中的不同视图，所述视图包括：层次结构视图、内部交互视图、功能视图、非功能视图和数据视图；其中，转换规则包括层次结构视图数据视图的生成算法、内部交互视图的生成算法、功能视图的生成算法和非功能视图的生成算法；所述层次结构视图数据视图的生成算法包括：将RNLReq元模型中的数据字典中的每个数据转换为SysML体系结构模型中的值类型；为RNLReq元模型中的系统需求模板生成一个块定义图；将每个子系统需求模块转换为一个Block块，通过每个Block块之间的层次关系进行连接，将每个Block块和连接关系附加到块定义图上；所述内部交互视图的生成算法包括：根据子系统需求模板中的接口需求，生成一个内部模块图，将该内部模块图与该子系统需求模板对应的系统需求模板的块定义图关联；将该子系统需求模板对应的Block块添加至内部模块图中，通过接口连接表示通信关系；所述功能视图的生成算法包括：所述的经约束规则约束后的安全关键自治系统的功能特征的表达包括简单句式和复合行为句式，所述简单句式包括：Send句式、Assign句式、Call句式和Jump句式；复合行为句式包括：ValueCondition句式、EventCondition句式、TimeCondition句式、ConditionnalSentence句式、LoopSentence句式和ConcurrentSencence句式；将简单句式映射为对应的活动结点；将复合行为句式视作需要递归的搜索树，通过对该搜索树中所有的子树进行搜索和解析，将功能需求转换为活动图；所述非功能视图的生成算法包括：将经约束规则约束后的安全关键自治系统的非功能特征的表达和用户需求对应插入至SysML体系结构模型的图表中。

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百度查询： 南京航空航天大学 一种基于SysML的安全关键自治系统建模方法及工具