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1、,四、协议的形式描述语言,Slide 1,主要内容,形式化方法,协议的形式化模型,协议的形式描述语言 SDL,Slide 2,1、形式化方法,Slide 3,形式化方法的引入,系统行为的复杂性增大了行为描述的难度，必须 借助一种语言或一种技术来准确的描述系统的行 为。,自然语言具有冗长、不完整、语句容易产生二义 性、结构性差和没有描述标准等缺点。,国际标准化组织建议用形式化方法来描述复杂的 系统。形式化方法使得对通信系统的描述、实现 和测试变得容易。,Slide 4,与自然语言相比，形式化方法具有以下的特点：,形式化的语法 形式化的语义,清楚的概念模型 界面统一表示,强大的表达和描述功能 有助
2、于系统的实现和完善,形式化方法的特点,Slide 5,形式化方法的最终目的,为开发者提供一种分析、设计的方法 作为对开发结果进行验证、测试的基础 为设计和应用人员提供交流的途径,作为开发文档易于今后的维护和再开发,Slide 6,2、协议的形式化模型,Slide 7,协议的形式化模型,有限状态机（FSM） Petri网,时态逻辑TL,通信进程演算,Slide 8,有限状态自动机可定义为一个四元系统 ，其中：,S：系统状态集，状态数有限； i：系统初始状态，i S; E：输入字母集；,T：转移函数集，是从 SE到S的映射；,有限状态自动机（1）,有限状态自动机（2） 单比特奇偶检验器的有限状态自
3、动机,偶,奇,1,1 Slide 9,0,0,Slide 10,扩展有限状态自动机（1）,扩展有限状态自动机定义为一个四元系统 ，其中：,S：系统状态集，状态数有限； i： 系统初始状态， i S; E：输入事件集；,T：转移函数，是从SE到S的映射,扩展有限状态自动机（2） 转换函数的定义：,Si,Sj T， Si，SjS,t = e / p：a；或 t = e / a；或 t = e 其中：eE，p为谓词，表示条件；a表示动作 Slide 11,t,等AK,扩展有限状态自动机（3） 等待DC,等CC,DC 未连接,AK,TDTreq/DT,CC/TCONconf,TDISreq/DR 已连
4、接,TCONreq/CR,传输层协议机 Slide 12,Slide 13,可通信的扩展有限状态自动机,系统的行为通过可通信的扩展有限自动机来描述,系统由扩展的有限状态自动机组成,扩展的有限状态自动机具有与外界通信的能力：,输入/输出动作,Slide 14,Petri网,Petri网的概念最早是由德国的Carl Adam Petri 于1962年提出的。,它是一种适合于并发、异步、分布式系统描述与 分析的图形数学工具。,Petri网已成为网络协议分析和设计的典型形式 化模型之一。,Slide 15,时态逻辑（TL）,它涉及含有时间信息（现在、过去、将来、之前 、之后等）的事件、状态及其关系的命
5、题、谓词 和演算。,P1=a.(c.NIL+b.NIL) P1=Q2 I Q3,（选择） （并行）,通信进程演算（CCS） 是计算机通信系统的基本理论模型，也是许多形式化语言 的基础。 CCS的基本成分是事件和进程，而进程是通过顺序、选择 和并行三个基本算子来定义的。 P1=a.b.NIL P2=a.b.P2 （顺序）,Slide 17,3、协议的形式描述语言,Slide 18,ESTELLE,为准确描述OSI协议，ISO的FDT（形式描述技术）小组于20世纪80年代初开 始进行形式描述语言的开发研究。最初提出了20多种方法，大致可归结为2 类：基于有限状态机语言类和基于代数方法语言类。EST
6、ELLE（一种扩充的 有限状态机语言）是前一类语言的典型代表。1989年，ISO公布了作为形式 描述技术国际标准之一的ESTELLE。,ESTELLE是基于扩展的有限状态机，是一种形式化、数学化，并且与具体实 现相独立的描述技术。它具有良好的结构和定义，并且具有很强的表达能力 ，可以完整、一致、简练、准确的描述分布、并行信息处理系统。,ESTELLE的特点：基于扩展有限状态机，专为描述协议而设计；是Pascal 语言的扩充，是面向协议实现的FDL；模块之间的通信方式为异步通信；对 并发、不确定性、超时、异步通信状态转换有较强的表达能力，但对递归、 共享通道、同步通信的表示不足；其所描述的协议很
7、容易转换为FSM、Petri 网模型，不容易转换成TL、 CCS模型。,Slide 19,ISO的FDT（形式描述技术）小组经过8年多时间的努力，于 1988年8月完成了作为国际标准的形式描述语言（LOTUS, Language of Temporal Ordering Specification）。,LOTOS的基本思想是：外部可观察到的系统行为由一系列的 交互作用组成，通过对这些交互作用的时间关系进行定义，从 而描述整个系统。,LOTOS的特点：基于进程代数CCS和多类代数的FDL；进程 通信为同步通信；不是面向协议实现的语言；其所描述的协议 很容易转换为CCS模型，也比较容易转换成TL、
8、FSM、Petri 网模型。,LOTOS的不足之处：无异步通信机制、无清晰的记录型数据 结构的描述手段、无常量描述手段、可读性差。,LOTOS,Slide 20,SDL,SDL（Specification and Description Language） 是ITU-T提出的一种形式化描述语言，由Z.100建议定 义。,SDL的版本：, SDL-88：是后续版本的基础 SDL-92：引入面向对象的概念 SDL-96：对SDL-92的完善, SDL-2000：对面向对象的特征作了进一步的扩展；引入了其,它语言，如ASN.1、ITU-T ODL、UML等,Slide 21,SDL的特点,可用于需求
9、分析到具体实现的整个开发过程。 适应于实时系统,基于扩展的有限状态机,图形化表示方式，可视性强 具有面向对象的特征,Slide 22,4、SDL,Slide 23,内容,SDL语言概述 SDL基本概念 SDL中的数据,Slide 24,4-1、SDL语言概述,Slide 25,SDL的应用（1）,SDL主要应用于电信领域，适用于描述活性离散系 统。,活性：是指系统对外来的信号（输入）是有反应,（输出）的,离散：是指系统与环境的信息交互不是连续的,Slide 26,SDL的应用（2）,既可以用来说明（specification ）一个系统 应具有的行为（behaviour）；又可以用来描 述（d
10、escription ）一个系统实际具有的行为 （behaviour）。,SDL可用来制作以下文档：,需求说明,ITU-T建议,系统设计说明 系统设计描述 系统测试说明,SDL的系统和环境 系统 环境 交互 信号,SDL系统,环 境,信号,SDL系统层次关系 系统,功能块,功能块,进程,功能块,进程 进程,功能块 进程,Slide 29,SDL系统包含关系,SDL系统,功能块图,进程图,Slide 30,SDL中的主要术语,代理（agent）,系统（system） 功能块（block） 进程（process） 信号（signal）,信道（channel） 状态（state）,实例（instan
11、ce） 过程（procedure） 数据类型（sort） 进程标识（pid）,Slide 31,SDL文法概述,graphical grammar,abstract grammar,common textual grammar,SDL/GR SDL/PR,textualgrammar,Slide 32,4-2、SDL基本概念,Slide 33,系统（1）,SDL系统：完整地描述一个真实系统或一个真实系统中相对 独立的一部分。,一个系统可以划分为若干个功能块；功能块之间以及功能块 与环境之间用信道相连。,系统各功能块之间以及功能块与环境之间可以使用信号通信 ；信号通过信道来传递。,系统的文本域：
12、用来定义信号、信号列表、数据类型、变量 等，这些定义包含在文本符内。,系统的交互域：描述系统图中功能块的划分情况以及信道的 设置情况。,Slide 34,系统（2）,Slide 35,功能块（1）,功能块包括一个或多个并发的功能块或进程； 功能块文本域定义本功能块内部信号、信号列表、 数据类型等内容；,功能块的交互域描述本功能块中功能块或进程的组 成及交互关系；,在功能块图的边界上，要标出与本功能块相连的信 道标识。,Slide 36,功能块（2）,Slide 37,功能块（3）,Slide 38,进程（1）,进程是系统的基本组成单位，系统的行为主要由进 程来描述；,进程图中每个进程实例都有一
13、块私有存储空间，记 录进程图中定义的变量的数值及实例所处的状态。,Slide 39,进程（2）,进程实例一旦被创建，就拥有了一个自己的pid，通 过以下四种pid表达式可以得到进程实例的pid：,self返回本进程实例的pid；,sender返回发送最近被消耗信号的进程实例的,pid；,parent返回创建本进程实例的进程实例（父进程,）的id；,offspring返回最近被本进程创建的进程实例（子,进程）的 pid。,Slide 40,进程（3）,进程中可以定义过程，过程图可被包含在进程图中 ，也可单独定义。,在进程图中用过程符来说明定义关系。,如果在进程图中包含了过程符，则在SDL描述中必
14、 然有具有相同过程名的过程图存在。,过程只能由包含该过程的进程的实例来调用，如果 该进程以外的代理实例要调用该过程，就必须把该 过程声明为远端过程（remote procedure）。,proc1,状态机图,进程（4） use process 定义变量等,Slide 42,过程（1）,过程是进程的一部分,过程不存在过程实例，它可由包含该过程的进程集 的所有实例来调用,过程用过程图来定义,过程中还可以定义过程,过程可以带参数，参数类型有三种：in/out，in， out；过程还可以定义成返回型过程，返回值类型定 义跟在形参定义后面,过程可以有状态，但过程没有独立的输入队列,Slide 43,过程
15、（2）,procedure Proc1,in/out x integer, in y integer,- rslt char,定义变量、定时器等,过程图形域,use ,Slide 44,过程（3）,过程图形域是过程的主体内容，与状态机图形域基 本相同，但有以下不同：,起始符不同，过程起始符定义为：,状态机图可以没有终止符，而过程图必须有至少,一个返回符，返回符定义为：,带表达式的返回符仅用于要求返回值的过程，表达 式的值即为本次过程调用的返回值,Slide 45,通信,SDL系统的通信手段包括,系统与环境之间或系统中的各代理之间交互信号 远程过程调用 使用远端变量,Slide 46,信道（1）,信道是用在代理与代理之间或代理与系统环境或信 关之间传递信号的通道。,信道分为单向和双向两种，在每个方向上需列出在 该方向上传递的所有信号，这些信号用方括号（ ）括起来，标在信道的箭头处。 信道分为：,延迟信道：表示信号从源端到目的端要经过一定,延迟，延迟时间是不确定的，但信道上的信号仍 是有序的,非延迟信道：表示信号从源端发出后直接到达目,的地，没有延迟,Slide 47,信道（2）,延迟信道（单向）,延迟信道（双向）,非延迟信道（单向）,非延迟信道（双向）,Slid
