5、污水处理脱氯系统中隐式交互的识别与分析

污水处理脱氯系统中隐式交互的识别与分析

1. 引言

关键基础设施，如水利和污水处理系统、交通系统、通信网络、制造设施和能源系统，通常由众多以复杂方式连接的组件构成。这可能导致组件之间出现设计者和操作者未曾预料或设想的交互，即隐式交互。隐式交互的存在可能暗示着系统设计中的潜在缺陷，如果不加以缓解，可能会导致系统稳定性、安全性和可靠性的下降。

在之前的工作中，已经开发了基于形式化方法的方法来识别关键基础设施和工业控制系统中隐式交互的存在，并分析这些交互如何被利用来影响关键系统组件的行为。本文将这些方法应用于一个实际的污水处理脱氯系统（WDS），通过使用通信并发克莱尼代数（C2KA）建模框架对系统进行建模，并使用软件原型自动化分析过程。通过实验，揭示了系统中隐式交互的存在、严重程度和可利用性，并验证了这些方法在识别和分析关键基础设施和工业控制系统中隐式交互的适用性、价值和实用性。

2. 建模与分析方法

2.1 系统建模方法

采用通信并发克莱尼代数（C2KA）进行系统建模。C2KA 是一个数学系统，它将系统行为对刺激的响应特征化为下一个行为映射（用 ◦ 表示）和下一个刺激映射（用 λ 表示）。其中，K 是一个由代理行为组成的并发半环，S 是一个由刺激组成的幂等半环。C2KA 为代理行为提供了三个级别的规范：
- 刺激 - 响应规范：指定每个代理的下一个行为映射 ◦ 和下一个刺激映射 λ。
- 抽象行为规范：将每个代理行为表示为一个代数项，限制代理在系统中的期望行为。
- 具体行为规范：使用合适的编程语言或规范语言给出每个代理行为的具体程序。

2.2 识别隐式交互的方法