[發明專利]面向領域自然語言需求的形式化需求模型生成方法

有效

• 申請號: 202010720960.0
• 申請日: 2020-07-24
• 公開（公告）號: CN111984229B
• 公開（公告）日: 2022-02-01
• 發明（設計）人: 胡軍;胡建成
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G06F8/10
• 分類號: G06F8/10;G06F8/41
• 代理公司: 南京鐘山專利代理有限公司 32252
• 代理人: 陳月菊

本發明公開了一種面向領域自然語言需求的形式化需求模型生成方法，包括：根據航電領域目標系統的實際需求中所涉及的包括對象名詞、領域概念在內的各種數據，采用N元組的形式對其定義得到領域概念庫；根據包括DO?178B/C航空認證標準、航空工業領域需求描述規范、EICAS系統需求特征和VRM模型的元素特征在內的規范數據，建立領域模板庫；結合領域概念庫和領域模板庫對EICAS自然語言需求進行需求規約，得到規范化需求模型；根據規范化需求模型特征和VRM模型特征，建立VRM模型自動構造算法；將規范化需求模型作為輸入，得到VRM形式化模型。本發明能夠使系統工程人員采用領域概念庫和領域模板庫定義好需求之后，自動構造出VRM形式化模型，省時省力。

技術領域

本發明涉及安全關鍵軟件的形式化模型構建技術領域，具體而言涉及一種面向領域自然語言需求的形式化需求模型生成方法。

背景技術

安全關鍵軟件是指應用于航空、航天、交通、能源等安全關鍵系統領域中的一類軟件，此類軟件系統要求具有高安全性、高可靠性和高健壯性等特征。如何正確有效的構建此類軟件系統的模型，是進行系統的分析與驗證等活動的前提。從軟件生命周期的角度來看，相比較在軟件產品的設計或實現階段引入的錯誤，需求階段存在的錯誤更可能會對這類系統的安全性產生重要影響。因此，在需求層級構建安全關鍵軟件的模型，是提高系統安全性等相關目標的最好方法之一。

形式化方法(Formal Methods)能夠對需求進行準確的獲取、解釋和描述。航空認證標準DO-178B/C的附件標準就引入了該方法，它包含：模型檢測、定理證明和抽象解釋等三大類方法。數學方法的嚴格性可以支持計算機系統在需求階段進行精確的模型分析。

目前在航電應用領域，用于系統及軟件需求建模的方法包含如下幾類。其一是從實際的安全關鍵系統的工程開發經驗中形成的理論與技術，如：四變量模型、SCR方法、CoRE方法、SpecTRM等；其二是從通用的軟件工程領域產生的需求規約方法，如：統一建模語言(UML)中的用例(UseCase)模型的需求捕獲與描述方法、從UML擴展而來的系統建模語言(SysML)中用于描述系統需求的參數模型，其典型工具包括了：Raphsody，Statamate等；其三是從電子硬件系統設計的同步數據流語言發展而來的需求建模與代碼生成技術，如：MATLAB公司的Simulink工具，基于Esterel技術的SCADE工具等；最后一類是一自然語言或者采用限定結構的自然語言來描述系統和軟件需求。而現有的需求模型構建技術所構建的模型無法勝任DO-178B/C對于需求分析和驗證的要求。

發明內容

本發明針對現有技術中的不足，提供一種面向領域自然語言需求的形式化需求模型生成方法，通過分析航電領域的需求描述特征，從該領域的自然語言描述的條目化需求入手，設計定義一套面向領域的自然語言需求模板，并綜合考慮所采用的形式化需求模型(VRM：Variable Relation Model)元素的語義，形成基于此模板的需求規范化方法；然后給出從規范化后的需求條目集到VRM模型的自動構造方法。最后，利用.net平臺實現了面向領域自然語言需求的形式化需求模型的生成方法。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種面向領域自然語言需求的形式化需求模型生成方法，所述生成方法包括以下步驟：

S1，根據航電領域目標系統的實際需求中所涉及的包括對象名詞、領域概念在內的各種數據，采用N元組的形式對其定義得到領域概念庫；

S2，根據包括DO-178B/C航空認證標準、航空工業領域需求描述規范、EICAS系統需求特征和VRM模型的元素特征在內的規范數據，建立領域模板庫；

S3，結合步驟S1得到的領域概念庫和步驟S2得到的領域模板庫對EICAS自然語言需求進行需求規約，得到規范化需求模型；

S4，根據步驟S3得到的規范化需求模型特征和VRM模型特征，建立VRM模型自動構造算法；