1.本发明涉及智能家居运行时验证领域，具体涉及了一种基于量化时序约束的智能家居运行时验证方法。
背景技术：
：：2.随着现代环境感知技术、物联网技术的发展，智能家居新技术及其应用得到了蓬勃发展。然而，在实际运行过程中，某些物理环境有可能会对智能家居的程序造成影响。为了保证智能家居运行的安全性和可靠性，有必要对系统运行期间进行监控，及时检测系统的运行错误，帮助相关人员积极做出应对。目前，针对智能家居系统的验证主要采用静态验证的方式，如通过穷尽遍历模型状态空间进行验证，能够明确地给出验证结果，即模型是否符合规约。然而，面对智能家居软件不断增加的复杂性和相关硬件体系结构的不确定性，模型检验技术会遇到状态空间爆炸问题，无法很好地给出验证结果。技术实现要素：3.本发明的目的在于提供一种基于量化时序约束的智能家居运行时验证方法。4.实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于量化时序约束的智能家居运行时验证方法，包括如下步骤：5.步骤1，基于量化时序约束，定义用户执行自主活动时的环境需求；6.步骤2，基于度量时序逻辑，将定义的环境需求转化为时序逻辑公式，并进行性质规约，生成属性监控器；7.步骤3，通过传感器，获取智能家居系统中环境属性的属性值，并进行预处理，得到运行时状态数据；8.步骤4，基于s-taliro工具中的验证算法，结合智能家居系统的运行时状态数据以及属性监控器，验证智能家居系统的运行时状态是否满足需求；9.步骤5，根据验证结果，触发智能家居应用设备执行不同操作，如果满足需求，则智能家居系统维持当前状态，否则根据预定义的策略，改变智能家居设备的运行状态。10.进一步的，步骤1中，基于量化时序约束，定义用户执行自主活动时的环境需求，具体方法为：11.11)根据时间区间理论，将时间约束描述为区间的形式：time:[a,b]，其中a,b分别表示需求需要满足的最早时间点和最晚时间点，其中a《b；[0012]12)采用二元组的形式：request:《acttype,req》，定义需求，其中acttype为用户活动类型，req是对相关环境属性约束的集合，且其为类比度量时序逻辑语法而定义的公式：req:＝pred|◇[a,b]pred|□[a,b]pred；[0013]在req公式中，pred为环境属性的约束，◇[a,b]是带有时间限制的“最终”运算符，表示在未来时间段[a,b]内，存在从某一时刻开始满足约束，若无时间限制，则表示总是有效；□[a,b]带有时间限制的“总是”运算符，表示在未来时间段[a,b]内，一直满足约束，若无时间限制，则表示总是有效。[0014]进一步的，步骤2中，基于度量时序逻辑，将定义的环境需求转化为时序逻辑公式，并进行性质规约，生成属性监控器，实现对环境属性的监控，具体方法为：[0015]21)利用度量时序逻辑mtl公式，将定义的环境需求request转化为为相应的时序约束逻辑公式，其中度量时序逻辑mtl公式为：[0016]phi:＝p|(phi)|！phi|phi∨phi|phi∧phi|phi→phi|◇[a,b]phi|□[a,b]phi[0017]其中p是一个用于描述相关性质的谓词；！是逻辑关系词“非”；∨是逻辑关系词“或”；∧是逻辑关系词“与”；→是逻辑关系词“蕴含”；◇[a,b]是带有时间限制的“最终”运算符，表示在未来时间段[a,b]内，存在从某一时刻开始满足约束，若无时间限制，则表示总是有效；□[a,b]带有时间限制的“总是”运算符，表示在未来时间段[a,b]内，一直满足约束，若无时间限制，则表示总是有效；[0018]根据上述逻辑，将定义的环境需求request转化为相应的时序约束逻辑公式phi，在phi中，相关环境属性描述为mtl公式中的谓词p；[0019]22)对同一活动类型acttype的逻辑公式phi进行汇总，得到时序约束逻辑公式集合nature:{phi1,phi2,…,phin}；[0020]23)对于逻辑公式集合nature的每个phi公式，进行性质规约，生成属性监控器pred，对每个谓词的约束进行形式化描述，实现谓词到各自约束的映射，并指定监控位置，完成对环境属性的监控。[0021]进一步的，步骤3中，通过传感器，获取智能家居系统中环境属性的属性值，并进行预处理，得到运行时状态数据，具体方法为：[0022]31)通过传感器，获取智能家居系统中环境属性的属性值，采用三元组的形式对其进行描述state:《time,attribute,datalist》，其中time为时间，attribute为属性名，datalist为属性值；[0023]32)对于非数值型属性值进行数值化，汇总属性信息形成运行状态表格table:{state}，从而得到系统的运行时状态数据。[0024]进一步的，步骤5中，根据验证结果，触发智能家居设备执行不同操作，如果满足需求，则智能家居系统维持当前状态，否则，根据预定义的策略改变智能家居设备的运行状态，具体方法为：[0025]51)如果满足定义的环境需求，则控制智能家居系统维持当前状态，继续运行；如果不满足，则转到52)；[0026]52)获取未满足的性质谓词，查找与之相对应的传感器类型，查询相关的智能家居设备，获取当前设备的运行状态，若存在预定义的策略，即改变当前设备的运行状态，则触发该设备进行相应操作；若不存在，则转到步骤53)；[0027]53)不存在预定义的策略，即无法改变智能家居的运行状态，则向用户发送通知，表示无法满足需求。[0028]一种基于量化时序约束的智能家居运行时验证系统，利用所述的基于量化时序约束的智能家居运行时验证方法，实现基于量化时序约束的智能家居运行时验证。[0029]一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，利用所述的基于量化时序约束的智能家居运行时验证方法，实现基于量化时序约束的智能家居运行时验证。[0030]一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，利用所述的基于量化时序约束的智能家居运行时验证方法，实现基于量化时序约束的智能家居运行时验证。[0031]本发明与现有技术相比，其显著优点在于：基于量化时序约束定义需求，可以更好地实现对智能家居用户时序性需求的描述，采用运行时验证，有效克服了对智能家居系统进行模型检验所产生的状态空间爆炸问题，同时还可以实现验证结果的实时反馈，提高系统的可靠性。附图说明[0032]图1是运行时验证过程依赖关系图。[0033]图2是运行时验证系统流程图。[0034]图3是环境属性值表格图。[0035]图4是当前运行时状态数据表格图。具体实施方式[0036]为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。[0037]一种基于量化时序约束的智能家居运行时验证方法，具体包括如下步骤：[0038]步骤1，基于量化时序约束，定义用户执行自主活动时，对于环境的系统级和应用级需求。[0039]所述步骤1中，需要对相关需求进行定义。智能家居系统具有识别活动、感知与活动相关的信息、为活动提供相关的支持等功能，用户在智能家居中，执行诸如睡觉、看书等自主活动时，对相关环境具有不同的要求。所以，智能家居系统中的相关需求应被表示为与活动相关的环境约束。同时，从时间的角度看，每类活动都有一个持续时间，因此只需考虑每个持续时间段的需求。量化时序约束问题定义为一组有限变量集合x＝{x1,x2…xn}和一组变量上的约束{c1,c2…cn}。每个变量代表一个时间点，变量之间的约束代表时间点之间的时间关系。因此，需求的定义包括以下步骤：[0040]11)根据时间区间理论，将时间约束描述为区间的形式：time:[a,b]，其中a,b分别表示需求需要满足的最早时间点和最晚时间点，其中a《b。如对于用户在睡觉时，要求卧室温度需在0-15分钟内达到23-25℃，那么这一需求的时间约束量化为time:[0,15]；[0041]12)采用二元组的形式：request:《acttype,req》，定义需求。其中acttype为用户活动类型，req是对相关环境属性约束的集合，且其为类比度量时序逻辑(metrictemporallogic,mtl)语法而定义的公式：req:＝pred|◇[a,b]pred|□[a,b]pred。[0042]在req公式中，pred为环境属性的约束，如“温度(temperature)需要达到23-25℃”，则pred为“temperature》23∧temperature《25”；◇[a,b]是带有时间限制的“最终”运算符，表示在未来时间段[a,b]内，存在从某一时刻开始满足约束。若无时间限制，则表示总是有效；□[a,b]带有时间限制的“总是”运算符，表示在未来时间段[a,b]内，一直满足约束。若无时间限制，则表示总是有效。[0043]通过上述步骤，可以得到智能家居场景中的系统级和应用级需求。[0044]步骤2，将定义的系统级和应用级需求，基于度量时序逻辑(metrictemporallogic,mtl)，转化为时序逻辑公式。并进行性质规约，生成属性监控器，实现对环境属性的监控。[0045]所述步骤2中，具体包括以下步骤：[0046]21)利用度量时序逻辑mtl公式：[0047]phi:＝p|(phi)|！phi|phi∨phi|phi∧phi|phi→phi|◇[a,b]phi|□[a,b]phi[0048]其中p是一个用于描述相关性质的谓词；！是逻辑关系词“非”；∨是逻辑关系词“或”；∧是逻辑关系词“与”；→是逻辑关系词“蕴含”；◇[a,b]是带有时间限制的“最终”运算符，表示在未来时间段[a,b]内，存在从某一时刻开始满足约束。若无时间限制，则表示总是有效；□[a,b]带有时间限制的“总是”运算符，表示在未来时间段[a,b]内，一直满足约束。若无时间限制，则表示总是有效；[0049]将定义的系统级和应用级需求request根据上述逻辑，转化为为相应的时序约束逻辑公式phi，在phi中，相关环境属性描述为mtl公式中的谓词p；[0050]22)对同一活动类型acttype的逻辑公式phi进行汇总，得到时序约束逻辑公式集合nature:{phi1,phi2,…,phin}；[0051]23)对于逻辑公式集合nature的每个phi公式，进行性质规约，生成属性监控器pred。根据phi公式中谓词的个数，得到监控器pred的维度n。接着需要在监控器pred中对于每个谓词的约束进行形式化描述，实现谓词到各自约束的映射。如“temperature》23”，形式化为“pred(i).a＝[000ꢀ‑10]；pred(i).b＝[-23.0]”，其中pred为表示谓词到自身状态的一种映射，数据类型为结构体类型：“pred.str”表示谓词名称，“pred(i).a”和“pred(i).b”表示ax《＝b形式的约束。同时，还需要确定属性的监控位置。如为温度(temperature)指定其监控位置：“pred(i).loc＝5”。[0052]通过上述步骤，可以得到属性监控器，实现对环境属性的监控。[0053]步骤3，通过传感器，获取智能家居系统中环境属性的属性值，并进行预处理，得到运行时状态数据。[0054]所述步骤3中，主要包括以如下步骤：[0055]31)通过传感器，获取智能家居系统中环境属性的属性值。采用三元组的形式对其进行描述state:《time,attribute,datalist》，其中time为时间，attribute为属性名，datalist为属性值；[0056]32)对于非数值型属性值进行数值化，如对于环境中设备的关/开可以数值化为0/1等，汇总属性信息形成运行状态表格table:{state}，从而得到系统的运行时状态数据。[0057]通过上述步骤，可以得到智能家居系统的运行时状态数据；[0058]步骤4，根据定义的系统级和应用级需求，以及智能家居系统的运行时状态数据，通过运行时验证算法，验证智能家居系统的运行时状态是否满足需求。[0059]所述步骤4中，运行时验证以如下方式运行：[0060]41)定义验证算法的运行时间；[0061]42)调用s-taliro工具中的验证算法，输入相应的逻辑公式及其约束、运行时间和运行状态数据中相应的运行状态，从而实现对验证运行时状态的验证，并输出验证结果，即智能家居系统的运行时状态是否满足需求。[0062]步骤5，根据验证结果，触发智能家居应用设备的不同操作。[0063]所述步骤5中，主要包括以如下步骤：[0064]51)如果满足，则智能家居系统维持当前状态，继续运行。如果不满足，则转到步骤52)；[0065]52)获取未满足的性质谓词，查找与之相对应的传感器类型。接着，查询相关的智能家居设备，获取当前设备的运行状态。若存在预定义的策略，即可以改变当前设备的运行状态，则触发该设备进行相应操作。若不存在，则转到步骤53)；[0066]53)不存在预定义的策略，即无法改变当前设备的运行状态，则向用户发送通知，表示无法满足需求。[0067]本发明还提出一种基于量化时序约束的智能家居运行时验证系统，利用所述的基于量化时序约束的智能家居运行时验证方法，实现基于量化时序约束的智能家居运行时验证。[0068]一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，利用所述的基于量化时序约束的智能家居运行时验证方法，实现基于量化时序约束的智能家居运行时验证。[0069]一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，利用所述的基于量化时序约束的智能家居运行时验证方法，实现基于量化时序约束的智能家居运行时验证。[0070]实施例[0071]为了验证本发明方案的有效性，以智能家居的环境需求为例，对本发明方案进行进一步说明。[0072]智能家居场景下的需求如下：[0073]下午1点半，用户准备去卧室(bedroom)睡午觉。于是，需要在1-3分钟内拉上卧室的窗帘，关上窗户，同时需要在15分钟内使卧室内的温度达到24℃左右，湿度需要达到50％左右。[0074]智能家居运行时验证方法的实现步骤如下：[0075]步骤1)基于量化时序约束，定义用户执行自主活动时，对于环境的系统级和应用级需求；[0076]11)根据时间区间理论，将时间约束描述为区间的形式：[0077]time:[1,3][0078]time:[0,15][0079]12)采用二元组的形式：request:《acttype,req》，定义需求。[0080]request:《sleeping,req》，其中req包括：[0081]req1:◇_[1,3](close(curtain))[0082]req2:◇_[1,3](close(window))[0083]req3:◇_[0,15]□((temperature》23∧temperature《25))[0084]req4:◇_[0,15]□((humidity》40∧humidity《60))[0085]步骤2)将定义的系统级和应用级需求，基于度量时序逻辑(metrictemporallogic,mtl)，转化为时序逻辑公式。并进行性质规约，生成属性监控器，实现对环境属性的监控。[0086]21)利用度量时序逻辑mtl公式，将定义的需求request转化为相应的时序约束逻辑公式phi：[0087]phi1：＝'[](a-》(《》_[0,3](b)))'[0088]phi2：＝'[](a-》(《》_[0,3](c)))'[0089]phi3：＝'[](a-》(《》_[0,15][]((d1/\d2))))'[0090]phi4：＝'[](a-》(《》_[0,15][]((e1/\e2))))'[0091]22)对同一活动类型acttype的逻辑公式phi进行汇总，得到时序约束逻辑公式集合nature:{phi1,phi2,phi3}；[0092]23)对于逻辑公式集合nature的每个phi公式，进行性质规约，生成属性监控器pred。[0093]i＝1；[0094]pred(i).str＝'a'；[0095]pred(i).a＝[-10000]；[0096]pred(i).b＝[-0.5]；[0097]pred(i).loc＝2；[0098]i＝i+1；[0099]pred(i).str＝'b'；[0100]pred(i).a＝[01000]；[0101]pred(i).b＝[0.5]；[0102]pred(i).loc＝3；[0103]i＝i+1；[0104]pred(i).str＝'c'；[0105]pred(i).a＝[00100]；[0106]pred(i).b＝[0.5]；[0107]pred(i).loc＝4；[0108]i＝i+1；[0109]pred(i).str＝'d1'；[0110]pred(i).a＝[000-10]；[0111]pred(i).b＝[-23.0]；[0112]pred(i).loc＝5；[0113]i＝i+1；[0114]pred(i).str＝'d2'；[0115]pred(i).a＝[00010]；[0116]pred(i).b＝[25.0]；[0117]pred(i).loc＝5；[0118]i＝i+1；[0119]pred(i).str＝'e1'；[0120]pred(i).a＝[0000-1]；[0121]pred(i).b＝[-40.0]；[0122]pred(i).loc＝6；4[0123]i＝i+1；[0124]pred(i).str＝'e2'；[0125]pred(i).a＝[00001]；[0126]pred(i).b＝[60.0]；[0127]pred(i).loc＝6；[0128]步骤3)通过传感器，获取智能家居系统中环境属性的属性值，并进行预处理，得到运行时状态数据；[0129]31)通过传感器，获取智能家居系统中环境属性的属性值。如图3所示；[0130]32)对于非数值型属性值进行数值化，如对于环境中设备的关/开可以数值化为0/1等，汇总属性信息形成运行状态表格，从而得到系统的运行时状态数据。如图4所示。[0131]步骤4)根据定义的系统级和应用级需求，以及智能家居系统的运行时状态数据，通过运行时验证算法，验证智能家居系统的运行时状态是否满足需求；[0132]41)定义验证算法的运行时间；[0133]time＝1:1:20；[0134]42)调用s-taliro工具中的验证算法，实现对验证运行时状态的验证，并输出验证结果：rob_dp＝0.5000。因此，智能家居系统的运行时状态满足需求。[0135]步骤5)根据验证结果，系统的运行时状态满足需求，则维持当前状态，继续运行。[0136]以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。[0137]以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。当前第1页12当前第1页12