【摘 要】
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机器人操作系统（Robot Operating System,ROS）在现代机器人工业中得到了广泛的应用。ROS的通信方式主要分为话题通信和服务通信。话题通信是ROS通信层的一个基本实现,其底层的基本原理是发布/订阅机制。服务通信类似于C/S架构的请求和响应模式。通信层的无死锁性和安全性直接影响整个机器人系统的稳定性,所以很有必要对ROS的通信机制进行验证。形式化方法是基于数学理论,采用非常严格的
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机器人操作系统（Robot Operating System,ROS）在现代机器人工业中得到了广泛的应用。ROS的通信方式主要分为话题通信和服务通信。话题通信是ROS通信层的一个基本实现,其底层的基本原理是发布/订阅机制。服务通信类似于C/S架构的请求和响应模式。通信层的无死锁性和安全性直接影响整个机器人系统的稳定性,所以很有必要对ROS的通信机制进行验证。形式化方法是基于数学理论,采用非常严格的数学方法在计算机领域对一个系统进行构建、设计和验证。本文提出了一个面向ROS通信层的形式化验证框架。该框架基于对ROS底层通信的功能包“ros＿comm”（roscpp版本）进行代码分析并通过模型检测方法对ROS的通信机制进行形式化验证。将ROS的话题通信模型抽象为6个功能模块,并分别建立形式化模型,各模块之间用同步信号进行关联。根据所建立的模型提取出了3种共5个关键性质。接着将所建立的模型实例化为一个三节点通信实例,并且在Uppaal中实现,仿真。根据CTL公式将提取的性质转化为Uppaal中具体的查询语句并进行验证。对验证的结果进行分析,发现ROS话题通信机制中的一个缺陷,进而提出了解决方案。在代码修正的基础上对部分模型做了更正后,再进行验证,性质得到了满足。随后将该形式化框架同样应用到ROS的服务通信的验证中,最终验证了ROS服务通信满足无死锁性和安全性。
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