23、使用UML和MARTE概要文件对道路交通信号控制进行建模

使用UML和MARTE概要文件对道路交通信号控制进行建模

1. 引言

在为关键基础设施（如道路交通）设计分布式实时系统时，由于大量的元素、严格的实时约束以及可靠性因素（因为这些系统涉及人类生命），系统的复杂性会增加。分布式实时系统的开发通常具有诸多困难特性，一般来说，这些系统复杂度高，难以理解、设计、实现和验证。

交通信号是控制十字路口的主要方法之一，其目的是通过调节、警告和引导交通，提高行人和车辆的安全性和效率。如果设计不当，当周期过长时，交通信号可能会导致过度延误，并增加碰撞风险。

交通信号的行为可以建模为离散事件系统（DES）。这些系统通常是大型分布式系统，事件在特定的时间点发生。从DES的角度来看，道路交叉口可以被视为车辆在特定时间共享的资源。交通信号控制逻辑的设计必须兼顾效率和速度，同时也要考虑安全性和可靠性。交通信号的主要目的是为交叉口提供安全、高效和公平的通行。

在道路交通信号控制的软件建模和设计问题上，已经有多种建模语言被应用，包括模糊逻辑、状态图和Petri网等，但该领域目前仍没有标准的建模语言。

UML自引入以来，已被应用于多个领域的实时系统建模。在道路交通领域，UML也有过应用，但它存在一些明显的缺陷，比如时间表示不佳、过于非正式和不足，不包含死锁和周期；行为图（如序列图）无法有效表示时间约束，本质上是无时间的，仅表达时间顺序；UML也没有提供描述任务管理方面（如优先级）的机制。

为了解决这些问题，SPT概要文件被提出，但它没有得到实时社区的广泛认可，主要原因是它缺乏表示硬件平台的特性、时间表示不足，并且不符合UML 2.x标准。因此，一种新的用于实时系统（包括分布式和嵌入式系统）的UML概要文件—