描述CPS物理实体的时空Petri网模型

时间Petri网在经典Petri网的基础上引入了时间因素,不仅能分析逻辑层次的系统性能,还能分析时间层次的系统性能,然而包含空间因素的信息物理融合系统(cyber-physical system,CPS)的产生需要对时间Petri网进行拓展。CPS集成计算系统和物理系统,不仅能够实时感知物理环境信息,并且能够通过物理实体改变物理环境。对CPS的物理层面特点进行了深入分析,研究了CPS物理实体的属性及其位置变迁过程,提出了一种CPS物理实体的形式化建模方法。在时间Petri网的基础上引入了空间因素,构造了时空Petri网模型,使其不仅能够描述物理实体逻辑及时间层次的行为,并且能够描述物理实体位置变迁所引起的状态变化。最后以机器人控制系统为例,进一步阐述了时空Petri网模型的有效性。     

CPS系统物理实体时空一致性建模与分析

CPS作为一个混合系统,是计算系统和物理系统的集中体现,注重计算进程和物理进程行为一致性分析与刻画。传统建模方式只针对物理进程和计算进程进行单一建模,难以满足CPS物理实体状态转移时空一致性的要求,在此基础上提出一种新的建模方法。将CPS时空状态转移融合成一个状态转移实时时空事件,并在时间Petri网基础上引入空间标签,建立时空Petri网模型,利用时空Petri网对物理实体状态转移过程进行分析。最后通过列车控制系统实例进一步分析了时空模型的有效性,从而例证了该方法的可行性。     

基于对象时空Petri网的CPS建模与仿真

信息物理融合系统（CPS）是一个融合了计算、控制、通信和物理元素的分布式实时反馈系统,但传统的建模方法无法满足CPS对时空性能要求较高的情况。为此,提出结合对象特征的对象时空Petri网（DS-OPN）建模方法。首先,将面向对象封装技术、时空元素融入Petri网中,设计空间和时间描述规则,将相同对象下的场景元素封装到同一对象子网系统模型中。其次,定义聚合规则,聚合各个子网模型,使这些模型能够描述CPS物理拓扑环境中的对象变化过程。最后,以交通CPS为例,建模和仿真分析自主控制超车系统的动态行为;同时,建立模型的可覆盖性树和关联矩阵分析验证模型的可达性、安全性等性质。实验结果显示,DS-OPN建模方法建立的模型对系统流程的逻辑结构表现清晰,对时空因素的计算准确,在实时性和安全性上能满足CPS的要求,验证了该建模方法的有效性和安全性。     

一种基于Petri网的RFID事件检测的形式化方法

无线射频识别(RFID)采用唯一的电子标签识别物理对象,可高速收集大量目标数据.为向各类应用提供语义信息,RFID系统需从收集的数据中检测用户自定义的复合事件.通过提出一种基于Petri网的RFID事件检测方法,引入形式化的ED-net模型描述复合事件语义,并以此为基础实现一种事件检测方法.ED-net模型是对传统Petri网的一种扩展,提供了描述用户自定义类型、函数及表达式的能力,可精确描述RFID复合事件的属性及时域、非时域、参数化等约束条件.通过对RFID事件形式化描述,各种RFID事件可以统一在ED-net模型,并可自动化进行检测处理,避免了不同复合事件间公共子事件重复检测的问题.最后,经过实验测试和分析,验证了该形式化方法的有效性及其优势.     

CPN原理及其在人工智能中的应用

Petri网理论是由联邦德国的Carl Adam Petri于１９９２年在其博士论文中提出的一种建模方法。最初的网理论称为条件／事件网（ＣＥ－nets).在随后的几年中,人们对新的网模型、网的基本概念有分析方法等进行了大量的研究。其中最有影响的是位置／变迁网（PT－nets),PT-nets后来命名为Petri网（Petri Net)。这些早期的网模型在理论上都归结为基本网（EN－nets)。这些早期的网模型在理论上都归结为基本网（EN－nets)。研究者通过对PT－nets进行了扩展,在风中增加了变迁的优先级、时间延迟、全程变量等一些概念以满足解决实际应用建模的具体要求,并在此基础上形成了比CE－nets和PT－nets更加通过化的高级网（High-level Nets)理论。最早的高级网是谓词／变迁网（PrT-nets),此后又产生了广义随机Petri网（GSPN）、着色Petri网（CPN）等较有影响的建模方法。CPN是由丹麦的Jensen Kurt于1981年在Petri网基础上定义的一种高级网系统。CPN理论不仅在描述系统静态模型方面进行了完备的形式化定义,例如支持在网模型中标记（token)的类型定义、模型的全程时钟、建立分层子模型等,而且对系统模拟的动态行为的仿真分析也具有形式化定义和描述。此外在Linux、Solaris和MacOS等多种平台上都有CPN的建模分析工具。利用CPN的建模工具,可以建立描述系统的CPN静态模型,还可以对系统模型的动态行为进行仿真,分析系统的分布、并发、同步异步等特性,以及建立系统模型的状态空间并分析系统模型中的活性问题、可达性问题等。     

基于UML-OCPN的嵌入式系统建模

针对统一建模语言（UML）缺乏精确的形式化的语义描述而不能对其所建模型进行分析和验证的难题,提出一种改进的建模方法——UML-OCPN方法。该方法结合UML和对象着色Petri网（OCPN）的优点,使用UML进行建模,将其转换为Petri网模型再进行模型验证。实验结果证明,该方法能较好地解决单一使用UML或Petri网建模时出现的无法进行验证、需要开发人员具备较高数学水平等问题。     

信息-物理融合系统动态行为模型构建方法

信息-物理融合系统(Cyber-Physical System,CPS)特有的计算、通信、控制的联合动态性,计算与物理的多尺度融合性,系统环境及状态的时空交互性以及系统动态行为的非确定性,不但使面向CPS的模型驱动设计与验证方法在CPS系统设计中更为重要,而且也向其提出了新的技术挑战.论文在结合典型实例分析CPS系统特征及其模型构建具体挑战的基础上,研究并总结了CPS动态行为建模的主要方法:一体化建模方法从CPS系统层面描述计算过程与物理过程的交互与融合;时空交互建模方法关注CPS系统行为与时间及空间关系的语义表示;功能和实现兼容建模方法侧重刻画CPS系统的逻辑设计和物理实现的映射与支撑;而集成建模方法则重点解决多异构模型的交互方式与语义的一致表达.论文基于多异构实体的CPS系统建模框架,提出了一种CPS系统结构与动态行为的协同建模方法,并用CPS-ADL对其进行了实现和验证.     

面向CPS时空性质验证的混成AADL建模与模型转换方法

随着信息物理融合系统CPS （Cyber Physical System）研究的深入,CPS的安全性问题越来越受到人们的广泛关注,如何验证CPS时空不一致的安全性问题已经成为研究热点.本文针对该问题提出了面向CPS时空性质验证的混成AADL （Architecture Analysis&Design Language）建模与模型转换方法.首先,扩展AADL行为附件的时空描述能力,提出混成AADL （Hybrid Architecture Analysis&Design Language）,用于建模CPS的时空性质;其次,在进程代数中引入微分方程以及位置描述提出HP-TCSP,能够验证CPS的时空性质;再次,通过模型转换将混成AADL转换为HP-TCSP,从而可以将混成AADL描述的CPS模型在HP-TCSP中进行时空一致性验证;最后通过一个飞机避撞系统实例,验证该方法的有效性.     

基于AOP的时空Petri网的CPS建模

信息-物理融合系统(Cyber-Physical System,CPS)作为一系列物理过程和计算过程的紧密集成,体现为物理世界和信息世界的交互与融合。针对CPS的时空及非功能属性,提出一种面向方面的时空Petri网建模方法,在保证时空一致性的前提下,分离系统中的核心关注点和横切关注点,将横切关注点单独作为方面进行分析,并将构建规则方面重新织入系统。该方法在系统设计阶段可以对不同的非功能属性进行形式化分析,提高了系统的可靠性和可维护性。最后通过实例说明了该方法的可行性。     

基于扩展混成Petri网的CPS无人车系统建模与分析

信息物理融合系统(Cyber-Physical System,CPS)是一个集计算系统、通信系统、感知系统、控制系统和物理系统于一体的复杂系统,其行为是一种由离散计算过程与连续物理过程深度融合并紧密交互的混成行为。针对这种特性,采用混成Petri网对CPS建模,并在此基础上添加时间约束,即对离散变迁关联一个延迟时间,对连续变迁关联一个激发速率函数,同时引入抑止弧和测试弧的概念以提高Petri网的表达能力,由此提出一种新的模型——扩展混成Petri网模型。然后,对CPS应用中无人驾驶车辆系统的躲避障碍物场景进行建模,将建立的模型按照一定的规则转化为与之对应的Simulink模型,并通过Matlab仿真对系统行为及属性进行分析。     

基于工作流网的实时协同系统模拟技术

基于Petri网和工作流的概念，提出一种实时协同系统的形式化模拟与分析技术——逻辑工作流网，逻辑工作流网是抑制弧Petri网和高级Petri网的抽象和扩展，其变迁的输入／输出受逻辑表达式的约束，它与一般工作流网相比，能够在一定程度上缓解状态空间爆炸问题，且便于系统设计人员掌握和使用，该文分析了逻辑工作流网的若干性质及组合网的性质继承问题，并以网上企业销售系统为例，说明逻辑工作流网在实时协同系统模拟分析中的应用。     

基于Petri网的工作流过程模型及资源分布分析

针对工作流系统的特点对时延Petri网模型进行扩展,提出了一种新的工作流建模方法,即扩展时延Petri网。给出了扩展时延Petri网的定义,并用该方法分析了工作流四种基本模型;给出了利用排队论和随机Petri网理论计算工作流模型时间性能指标的新方法,用这种方法可求得与实例到达率相关的工作流模型平均完成时间。最后应用上述方法讨论了工作流资源分布的几种模式,并与模拟结果加以对比,计算结果的最大误差在3%左右,说明基于扩展时延Petri网的方法是分析工作流系统时间性能的有效方法。     

Modeling and monitoring of E-commerce workflows

Electronic commerce (E-commerce) is an important Internet application that is significantly changing the way of commercial transaction. Due to the complexity of E-commerce systems and lack of well-designed formal models, providing a suitable method for their modeling and monitoring turns out to be a challenging job. This paper introduces labeled workflow nets (LWN) and their semantics on the basis of labeled Petri nets. Then an inter-organizational labeled workflow net (ILWN) - which can graphically model the dynamic behavior of the systems - is presented. Furthermore, the nonblocking property of ILWNs is defined to achieve a common goal of E-commerce participants. This nonblocking property helps to analyze the soundness of ILWNs and the undeniable property of interactive actions. The proposed framework for E-commerce workflows (ECW) can record a history of interactive events and monitor the execution of interactive activities to achieve a common goal. Therefore, it can elegantly model the execution of interorganizational workflows and analyze the accountability of cooperative activities. The main contribution of the paper is to present a new formal mechanism - ILWN. It can efficiently support the modeling and monitoring of ECWs. Finally, this paper illustrates how to use the proposed method by modeling and analyzing a Customer-Producer-Supplier example.     

基于随机Petri网的SPN2软件建模方法研究

随机Petri网(SPN)在进行系统性能分析时,其状态空间随着系统规模的增大而呈指数性增长,造成系统建模复杂。针对该问题,结合面向对象Petri网理论(OOPN)提出一种SPN2方法,与传统SPN方法相比,SPN2方法可进行分层及面向对象网中网建模,并应用该方法仿真高速列车在移动闭塞区间条件下GSM-R铁路无线通信系统的可靠性。     

审计缓冲区的形式化模型及其验证

审计系统作为安全信息系统的一个重要组成部分，对于监督系统的正常运行、保障安全策略的正确实施、构造计算机入侵检测系统等都具有十分重要的意义。审计缓冲区的管理是审计系统的核心部分，本文利用时序Petri网对审计缓冲区管理的实现方案进行建模，进而对系统的安全性和活性进行了分析和验证。该方法利用时序逻辑扩充了Petri网缺乏描述系统事件之间时序关系的局限性，同时发挥了Petri网对系统并发和物理结构的有效描述及分析的优势，达到了系统验证的目的。     

基于增广混合Petri网的CPS事件建模

信息物理融合系统是一类将信息系统和物理系统连接并融合在一起的混合系统,包含了感知、通信、计算与控制等多种技术,其系统操作既包括离散的计算过程,又包括连续的物理过程。针对此特性,提出一种以事件为驱动、以数据为核心的增广混合Petri网模型。首先,CPS具有事件驱动的内在属性,为事件定义1个用于赋予数据值的变量因子,以数据作为事件执行程度的核心;其次在混合Petri网的基础上加入时间和空间属性,以及为变迁的发生引入条件弧概念;最后,通过对自适应巡航控制系统的运行机理进行建模分析,验证了所提出模型的可行性。     

基于Petri网和Agent的复杂适应系统建模

针对复杂适应系统内部关系繁杂、难于描述及计算机仿真建模困难等问题,提出一种基于时间Petri网和多Agent相结合的建模方法.以Agent为基本建模元素,用Petri网描述Agent内部的行为规则,实现复杂适应系统的Petri网与多Agent相结合的有机建模,可避免Petri网建模引起的模型空间爆炸和Agent内部推理...