19、铁路系统中的整体形式化证明方法解析

铁路系统中的整体形式化证明方法解析

在铁路系统的安全保障中，对系统级安全属性进行验证至关重要。传统的系统级和软件级验证方法各有优劣，将二者结合虽能在系统层面识别异常和约束，但也面临着独特挑战。本文将详细介绍一种结合细化与抽象的验证方法，以及其在铁路通信基于列车控制（CBTC）系统列车跟踪功能中的应用。

1. 相关工作回顾

铁路系统的建模和安全验证是重要且活跃的研究领域。以往的研究主要有以下几种方向：
- 组合方法 ：部分研究尝试将验证范围划分为更小的部分进行高效分析，但在CBTC功能的系统级安全属性验证中，难以定义一种不损失安全信息的分解方式。
- 软件级验证 ：通过从软件需求中提取细化的安全属性进行验证，可解决状态爆炸问题，但无法弥补细化安全属性或软件需求时引入的差距。
- 系统级验证 ：虽能覆盖子系统或更低级别引入的差距，但为避免状态空间爆炸问题需高抽象级别，可能会引入新的差距。

此外，与本文目标最接近的研究虽能覆盖大部分目标差距，但未对与被分析系统交互的现实世界系统进行形式化，忽略了通信中的异步行为，而这正是本文方法捕捉到的大部分错误来源。

2. 提出的方法

本文提出的方法旨在通过对输入域的详尽探索，在软件模型上验证系统级安全属性，以发现隐藏和复杂的场景。为避免明显的状态空间爆炸问题，该方法结合了细化和抽象，以达到适当的细节级别。具体步骤如下：
- 系统级属性识别与细化 ：
- 属性推导 ：从目