基于STPA的IMA平台应用系统的危害分析方法研究

发布时间：2017-10-20 06:29

  本文关键词：基于STPA的IMA平台应用系统的危害分析方法研究

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【摘要】：综合模块化航空电子(IMA)是航电系统结构发展新的阶段,IMA架构给航电开发带来了更多的灵活性,显著地提升了开发效率。IMA架构一个重要益处就是允许应用系统独立地开发,然后集成到统一的IMA平台之上共享硬件资源。系统开发与安全性评估的隔离,加上不同开发人员对于系统安全性认知的不同使得IMA的安全性分析变得十分复杂。传统的基于事件链模型的危害分析方法将硬件与软件放在一起考虑且主要考虑组件失效,这些传统危害分析方法适用于联合式航电系统,并不适用于IMA这种软件密集型系统。相比于组件失效,IMA中存在大量潜在的危害是由组件交互引起的,目前关于IMA系统安全性的分析与验证的研究较少,且还没有很好地解决这方面的问题。针对这些现有研究中的不足,本文完成了如下主要工作:首先,研究了系统理论事故模型及传统失效事件链模型,并比较了基于系统理论危害分析方法与传统的危害分析方法的区别。将安全性视为一种系统属性,使用基于系统理论的安全性分析方法能够在IMA中发现更多的危害因素。其次,现有系统理论事故模型与过程(STAMP)模型多以自然语言来描述系统模型,模型的准确性容易受到分析人员表述能力的影响。本文采用对象约束语言及UML模型图的方法来对STAMP模型进行严格形式化地描述。最后,本文提出一种分层的IMA平台应用系统安全性分析方法,将IMA应用系统设计中的安全性约束分解到IMA平台组件与应用程序组件之上,为IMA平台设计人员与应用开发人员提供了一个准确的安全性需求;然后提出了一个结合系统理论过程分析(STPA)与模型检测的安全性分析与验证方法,通过实例研究,结果表明系统理论以及STPA方法可以更适用于IMA的安全性分析。
【关键词】：综合模块化航空电子 安全性分析 应用程序 系统理论过程分析方法 安全性验证
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V243
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 缩略词10-11
• 第一章 绪论11-17
• 1.1 课题研究背景11-14
• 1.2 国内外研究现状14-15
• 1.3 主要研究内容15-16
• 1.4 论文组织结构16-17
• 第二章 相关基础知识17-31
• 2.1 IMA系统17-19
• 2.1.1 综合模块化航空电子系统发展阶段17
• 2.1.2 IMA系统相关定义及其通用开放式架构17-19
• 2.2 ARINC653标准19
• 2.3 ARP4761安全性评估过程19-23
• 2.3.1 功能危害性分析（FHA）20-22
• 2.3.2 初步系统安全性评估（PSSA）22
• 2.3.3 系统安全性评估（SSA）22-23
• 2.4 基于系统理论事故模型的危害分析方法23-27
• 2.4.1 STAMP概述23-25
• 2.4.2 STPA方法25-27
• 2.5 对象约束语言27-28
• 2.6 模型检测28-30
• 2.6.1 型检测过程28-29
• 2.6.2 线性时序逻辑29
• 2.6.3 模型检测工具29-30
• 2.7 本章小结30-31
• 第三章 基于STPA的IMA平台应用系统的危害分析方法研究31-41
• 3.1 安全性分析方法比较31-32
• 3.1.1 事故的因果关系模型31
• 3.1.2 ARP4761安全性评估过程与STPA危害分析方法比较31-32
• 3.2 STAMP模型构建方法32-35
• 3.2.1 使用OCL描述过程模型33-34
• 3.2.2 使用UML描述控制算法34-35
• 3.3 IMA平台应用系统安全性分析过程35-36
• 3.4 IMA平台上应用的安全性分析与验证方法36-40
• 3.4.1 生成应用软件的安全性需求38-39
• 3.4.2 形式化描述安全性需求39
• 3.4.3 应用软件安全性验证39-40
• 3.5 本章小结40-41
• 第四章 IMA平台应用系统实例危害分析41-59
• 4.1 IMA平台应用系统介绍41-42
• 4.2 IMA平台功能危害分析42-47
• 4.2.1 ARINC653标准的IMA平台42
• 4.2.2 IMA平台危害与控制结构42-44
• 4.2.3 分区控制系统危害分析44-47
• 4.3 IMA平台上应用的安全性分析与验证47-58
• 4.3.1 襟翼系统与襟翼系统控制应用47-48
• 4.3.2 襟翼控制应用安全性需求提取48-55
• 4.3.3 形式化描述襟翼控制应用安全性需求55-56
• 4.3.4 襟翼控制应用安全性验证56-58
• 4.4 结果分析58
• 4.5 本章小结58-59
• 第五章 总结与展望59-61
• 5.1 工作总结59-60
• 5.2 研究展望60-61
• 参考文献61-65
• 致谢65-66
• 在学期间的科研成果及发表的学术论文66

【参考文献】

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本文编号：1065771