对象Petri网模型的并发软件仿真技术的研究

并发软件的性能评价是提高软件开发质量的重要手段之一.本文重点讨论了将面向对象与Petri网相结合的思想用于并发软件开发中的系统建模,以及基于对象Petri网(OPN)的并发软件系统的仿真技术,同时,也探讨了实现一个基于OPN的动态仿真工具所面临的关键技术和解决方法.实践结果表明,文中讨论的实现机制与处理方法是有效和可行的.      

基于Petri网的UML状态迁移策略

分析了统一建模语言(UML,Unified Modeling Language)状态图相关语义,阐述了Petri网基本特征和它所具有的建模事件并发、同步、冲突能力.为得到UML状态图无二义性的、可执行的和可验证的模型,在着色Petri网和层次化Petri网研究成果基础上,研究提出层次着色Petri网(HCPN,Hierarchical Colored Petri Net).HCPN中不同层的着色网CPN通过库所子网或变迁子网相关联.通过实例说明如何借助这些关联从HCPN中的CPN合并得到标注Petri网.标注Petri网可用于指导基于事件驱动的仿真过程,而标注Petri网转换得到的基本Petri网可用来进行特性分析,从而对所描述的UML状态图模型给出合理的评价,有利于建模系统的改进.      

基于扩展Petri网的除冰软件安全需求建模和验证

Petri网是形式化的系统建模方法,以严格的数学基础来保证系统的正确构建,但在支持复杂软件建模和自动化验证方面存在不足.扩展了Petri网的形式语义,区别定义了状态型和数值型库所,区别定义了变迁的激发和抑制状态,引入了无前置、一元和组合判断规则,同时根据形式化定义将模型自动转换为检验程序实施安全性验证.最后给出了以上方法在典型安全关键软件-除冰系统上的应用,过程和结果表明扩展的模型和方法增强了Petri网对复杂软件系统的建模能力,提高了软件的安全性,从模型到验证代码的自动转换解决了完善模型时人工修改相应代码的工作量和因此而引入人为错误的重复工作量的问题.     

Petri网在维修工作分析中的应用研究

分析了当前维修工作分析方法中存在的问题,在论述了Petri网技术优点的基础上,提出采用层次化的时间-着色Petri网技术来建立维修工作描述模型.探讨了Petri网描述逻辑条件与时序关系的方法,并给出了维修工作建模的程序.通过一个实例研究说明了Petri网技术在确定保障资源工作中的应用.      

UML状态图的形式化建模及其分析

为解决状态图的建模问题,特别是带有复合状态的层次化状态图的建模问题,分析了UML状态图的结构特点和语义特征,构造了层次化着色Petri网HCPN.将复合状态的Petri网子网结构划分成输入/输出端口、状态迁移部分和历史状态部分.其中输入/输出端口分别用于完成子网进入弧的解析和离开的弧的汇总,状态迁移部分完成状态机子网内部状态变换,历史状态部分通过"记忆单元",完成复合状态的"记忆恢复"和"记忆刷新".基于所构造的HCPN结构,总结了状态图复合状态转入/转出迁移的语义和约束规则,阐述了复合状态的Petri网子网的相应描述方法和分析技术.最后针对状态图的安全性要求详细论述了历史状态完备性判定原则、父子层一致性判定原则和状态可达性判定原则的HCPN语义表示.研究成果对进一步开发自动化分析验证工具,优化复杂系统设计方案,提高软件质量具有重要的指导意义.      

基于OOPN的实时软件开发方法与环境的研究

实时系统的与时间相关性以及与其环境的交互特点造成实时软件的开发十分困难,那么多处理机实时软件的开发就更加困难.为了简化多处理机环境下的并发程序设计、减少程序设计错误和提高编程效率,介绍一种用于多处理机系统的程序设计方法以及在此方法支持下的软件开发与运作环境.该方法以一种直观的图形方式(面向对象Petri网)辅助多处理机系统软件开发,在此环境下可完成高效的软件开发和获取安全可靠的软件结构.      

对象Petri网模型的并发软件仿真技术的研究

并发软件的性能评价是提高软件开发质量的重要手段之一．本文重点讨论了将面向对象与Ｐｅｔｒｉ网相结合的思想用于并发软件开发中的系统建模,以及基于对象Ｐｅｔｒｉ网（ＯＰＮ）的并发软件系统的仿真技术,同时,也探讨了实现一个基于ＯＰＮ的动态仿真工具所面临的关键技术和解决方法．实践结果表明,文中讨论的实现机制与处理方法是有效和可行的．     

基于GSPN的飞机前轮转弯系统安全性评估

为解决在缺乏统计数据时无法对系统安全性进行评估的问题,提出将系统广义随机Petri网(GSPN,Generalized Stochastic Petri Nets)与经典评估相结合的方法.以某型尚处于设计阶段的飞机前轮转弯系统为研究对象,通过分析该系统结构功能图,建立出系统故障类型和影响分析(FMEA,Failure Modes and Effects Analysis)表;依照经典公式,求出系统各单元及其故障类型的故障率、维修度、平均无故障时间和平均维修时间等数据;将求得的数据与前轮转弯系统的GSPN模型相结合,利用TimeNET软件求得系统各故障类型的稳态失效概率;联立经验公式及危险度矩阵图对系统的安全性进行评估.经测评,该型飞机前轮转弯系统安全性符合设计要求.      

Ada层次化并发软件模型的研究

基于对象Petri网,提出了层次化并发软件模型,这种模型在结构上参考了统一建模语言UML的描述机制,并用一种扩展Petri网ECPN分层描述对象的内部状态,以及对象间的相互作用,易于仿真与程序生成.模型的实际应用将有利于保证并发软件,特别是Ada95并发软件的质量,提高开发效率.     

AADL2ECPN模型转换方法及其在IMA上的应用

在综合模块化航空电子（IMA）系统应用集成的过程中,对IMA系统的资源配置建模和安全性分析至关重要。首先利用模型转换的方法,提出一套从架构分析和设计语言（AADL）模型到扩展着色Petri 网（ECPN）模型的转换规则,将AADL模型转换为ECPN模型,并且确保在模型转换过程中不丢失任何关键资源建模元素;然后基于目标模型进行后续的安全性分析研究;最后用一个简单例子演示如何应用提出的模型转换方法。结果表明,AADL2ECPN模型转换方法分析IMA系统安全性的可行性。      

基于Petri网的CASE全集成机制的研究

为实现全集成的环境订成机制，提出了基于Ｐｅｔｉｒ网的超文本形式模型和面向对象Ｐｅｔｒｉ网，Ｐｅｔｉｒ网的引入不仅可以统一ＣＡＷＥ环境的数据集成，控制集成和表示集成，而且可利用已有Ｐｅｔｉｒ网理论对集成环境进行性能评价。     

部分可观Petri网故障的量子贝叶斯诊断

针对故障本身构建量子贝叶斯Petri网模型算法，并利用该子网模型进行Petri网系统故障分析。对于部分可观Petri网模型中的不可观故障，根据可达标识图分析变迁点火路径不能判断系统状态，建立量子贝叶斯子网模型，通过不确定路径引起的量子干涉重新标定变迁的条件概率表得到量子概率振幅表。根据故障变迁的前置集合并结合量子贝叶斯推理计算变迁触发的先验概率，由后置集合中的可观变迁修正后验概率，由最大后验概率估计系统所处状态，当故障变迁不唯一时，选取最大概率的故障作为故障源。以实际故障系统建立部分可观Petri网模型，结合可观标签概率序列信息和量子贝叶斯概率估计，对系统不可观部分进行故障诊断验证算法的有效性。      

仿真模型的可重用性研究

针对目前建模与仿真的现状和特点,分析了解决仿真模型重用的关键技术－面向对象的分析与设计方法的基本原则和重要作用。指出了面向对象技术中的抽象、信息隐藏、多态和继承等基本原则是隐藏复杂性、提高代码重用性和标准化的基础。进一步给出了模型重用的分类和前提,并重点论证了模型分类、公有属性提取、结构与参数分离、数据与处理方法的封装和ＶＶ＆Ａ技术是实现仿真模型可重用性的技术步骤。     

混合Petri网及其可达性分析

混合系统是由相互作用的离散事件动态系统和连续变量动态系统构成的复杂系统。文中建立的混合Ｐｅｔｒｉ网能够描述、分析生离散事件,以及离散事件或连续演变的并发问题,该网可以覆盖离散Ｐｅｔｒｉ网和赋时Ｐｅｔｒｉ网,从而使离散事件系统、实时离散事件和混合系统理论研究统一到同一理论框架中,此外还给出计算混合系统可达状态集的算法。