基于时间Petri网的嵌入式系统中断建模与验证

嵌入式系统为中断驱动系统,但中断触发的随机性和不确定性导致中断缺陷很难被追踪发现,并且一旦发生中断故障,往往会使整个嵌入式系统陷入崩溃。因此必须保证中断系统软件的可信性,但是目前缺乏有效的中断系统资源冲突检测方法。针对上述问题,文中首先提出了一种基于时间Petri网的中断系统建模方法,其能够对中断的并发性和时间序列进行有效建模。然后,为方便后续形式化验证,将时间Petri网模型转化为与之等价的时间自动机模型,并提出一种符号编码方法对时间自动机进行形式化编码,将系统模型与所需验证性质编码为一阶谓词逻辑公式,从而能够通过SMT对时间自动机的不变属性进行BMC验证。最后,通过SMT求解器Z3进行实验,实验结果证明了所提方法的有效性。     

混合语义时间Petri网的特征条件及时间性质

针对时间Petri网现有强、弱语义模型在调度分析上存在的缺陷以及凝练调度一致性问题和调度时限性问题,提出混合语义模型解决方案,并给出混合语义模型的特征条件,比较混合语义模型与强、弱语义模型的时间互模拟能力,证明混合语义模型的正确性和时间行为的不可替代性。     

带抑制弧的时延着色Petri网模型检测技术

带抑制弧的时延着色Petri网(Timed Colored Petri Nets with Inhibitor Arcs,TCPNIA)是一种描述实时嵌入式系统的模型。给出了从TCPNIA到时间自动机的结构化转换算法,以利用变迁冲突调解机制保证TCPNIA模型和转换后的时间自动机模型语义等价;并给出了语义等价的证明和算法复杂度分析。层次化方法被用来提高模型检测的时间与空间效率。通过实际案例展示了该技术的应用和可行性。     

基于Uppaal的时延Petri网到时间自动机等价模型验证*

时延Petri网和时间自动机都可以有效地对实时系统的行为进行模拟和性能分析。利用时延Petri网到时间自动机等价转换算法（简记作TPN-to-TA 转换）,将一个描述实时系统的时延Petri网模型转换成与其语义等价的一组时间自动机模型。使用时间自动机中成熟的模型验证工具Uppaal对此时延Petri网的模型进行验证。     

流体随机Petri网与混合Petri网的比较分析

流体随机Petri网和混合Petri网作为传统Petri网的拓展,可以建模离散成分和连续成分并存的混合系统,也可用于解决离散模型的状态空间爆炸问题.由于这两种建模机制远未发展成熟,分析比较它们的异同点有助于机制本身的进一步发展完善,有助于为特定的应用选择合适的建模方法.本文讨论了流体随机Petri网和混合Petri网的定义、连续标识、分析方法、以及相互转换的可能性.结论是这两种建模机制是互补的,各自适合于特定的应用场合.     

时延Petri网分布式模拟的先行值研究

先行值计算是提高时延Petri网并行模拟性能的一个好的方法。给出了时延Petri网的先行值计算的四种基本结构,对于存在循环的复杂的Petri网结构给出了预测图算法,通过预测图,能够很容易求出静态和动态先行值,在并行模拟中利用先行值可以分析出存在并发和阻塞的结构,从而为网分块在并行机的结点上运行奠定了基础。     

随机时间Petri网综述

随机时间Petri网作为一种灵活有力的建模机制,被广泛应用于计算机和通信系统的性能与可靠性评价。综述了随机时间Petri网各主要予类的发展历程与研究现状。首先介绍了随机时间Petrl网的一些基本概念,然后回顾了广义随机Petri网,简要总结了处理状态空间爆炸问题的主要途径,讨论了非马尔科夫随机Petri网及其分析技术,最后详细分析了流体随机Petri网。     

UML状态图和Petri网络在类测试用例生成的应用

分析和研究UML状态图、扩展状态机和Petri网在类测试用例生成的特点,提出结合三者优势的类测试用例生成方法.通过Petri网对状态图进行性质分析可以解决状态爆炸,分析状态图冲突和了解覆盖性等问题.通过实例分析和研究,三者结合的基于完整路径转换测试准则所产生测试用例生成方法是有效的.     

Modeling and Analysis of Workflows Using Petri Nets

A workflow system, in its general form, is basically a heterogeneous and distributed information system where the tasks are performed using autonomous systems. Resources, such as databases, labor, etc. are typically required to process these tasks. Prerequisite to the execution of a task is a set of constraints that reflect the applicable business rules and user requirements.In this paper we present a Petri Net (PN) based framework that (1) facilitates specification of workflow applications, (2) serves as a powerful tool for modeling the system under study at a conceptual level, (3) allows for a smooth transition from the conceptual level to a testbed implementation and (4) enables the analysis, simulation and validation of the system under study before proceeding to implementation. Specifically, we consider three categories of task dependencies: control flow, value and external (temporal).We identify several structural properties of PN and demonstrate their use for conducting the following type of analyses: (1) identify inconsistent dependency specifications among tasks; (2) test for workflow safety, i.e. test whether the workflow terminates in an acceptable state; (3) for a given starting time, test whether it is feasible to execute a workflow with the specified temporal constraints. We also provide an implementation for conducting the above analyses.     

时间自动机的LTL性质模型检测研究

为了增强模型检测工具的检测能力,拓宽模型检测技术的应用范围,对基于时间自动机的LTL性质模型检测进行了研究,对自动机的状态空间的存储方式和状态空间的展开过程进行了分析,讨论了LTL性质模型检测工具的检测流程和检测算法的实现策略对工具检测性能的影响,针对制约模型工具的检测能力和检测效率的因素,采取了一些相应的优化改进策略.采用了BDD(二叉决策图)共享存储技术和位编码压缩存储,较有效地减小了空间消耗,缓解了模型检测中状态爆炸引起的内存空间不足问题.与DTSpin等著名的模型检测工具进行了实验比较,取得了较好的实验结果.     

基于时间着色Petri网的SIP协议验证与分析

随着SIP(Session Initiation Protocol)被3G通信选择为下一代移动网络的会话控制机制,保证SIP协议设计和实现无缺陷、运行稳定可靠成为SIP协议应用过程中亟需研究和解决的关键问题。充分利用时间着色Petri网(Timed Colored Petri Nets,TCPN)在描述和分析具有复杂交互行为及时间约束的系统方面的优势,给出了SIP协议的层次TCPN模型,并集成多种模型分析技术,完成SIP协议设计的正确性验证;同时通过正则表达式完成协议模型的生成路径分析,指出其中存在的死锁状态并分析原因。提出了相应的协议设计改进方案,验证了设计方案的正确性,从而有效增强了SIP协议在实际应用中的可行性和可靠性。     

离散时间Petri网的模糊模型

离散时间Petri网是一种系统模拟和分析的有效工具，它可以结合图形和分析描述评估离散事件系统的动态执行．基于T—S模糊模型，提出用于描述离散时间Petri网的模糊模型，讨论该模型适应于TtPNs的情况，用以推广文章结论，并且给出用于TtPNs的线性模糊控制规则．同时，文章还给出TtPNs聚合的结论．     

Reachability Problems and Abstract State Spaces for Time Petri Nets with Stopwatches

Several extensions of Time Petri nets (TPNs) have been proposed for modeling suspension and resumption of actions in timed systems. We first introduce a simple class of TPNs extended with stopwatches (SwTPNs), and present a semi-algorithm for building exact representations of the behavior of SwTPNs, based on the known state class method for Time Petri nets. Then, we prove that state reachability in SwTPNs and all similar models is undecidable, even when bounded, which solves an open problem. Finally, we discuss overapproximation methods yielding finite abstractions of their behavior for a subclass of bounded SwTPNs, and propose a new one based on a quantization of the polyhedra representing temporal information. By adjusting a parameter, the exact behavior can be approximated as closely as desired. The methods have been implemented, experiments are reported.     

基于TCPN的交叉口信号控制模型与优化

针对城市路网中交叉口车辆通行效率低下,交通信号控制策略难于满足输入路段上车流变化的问题,本文提出了一种基于时延赋色Petri网的交叉口交通流优化控制模型。首先建立路段车流、交叉口车流和交通信号控制的TCPN模型,其次建立以交叉口输入路段车辆数最小为目标的车流优化方程。在假设信号周期固定的前提下,利用15个周期采集的交叉口输入、输出路段车辆数,求解满足优化目标的相位配时,确保交叉口输出车辆数最大,且输入路段上待通过车辆平均数最小。仿真结果表明,交叉口的通行能力显著提高,各输出路段上的车辆平均数分别增加了13.3%,9.7%,9.8%和4.3%。     

区间速率连续Petri网的模糊模型

为了实现区问速率连续Petri网的模糊控制,建立了区间速率连续Petri网的模糊模型,定义了区间速率连续Petri网的模糊规则.进一步地,对区间速率连续Petri网的模糊控制进行了讨论,给出了库所标识收敛的定理,为基于区间速率连续Petri网描述的模糊系统的控制提供了理论依据.实例分析表明了区间速率连续Petri网的模糊控制的可行性.     

Design of Regulatory Traffic Light Control Systems with Synchronized Timed Petri Nets

Fixing the phases is one of the common methods to control an urban traffic network. Once a road is filled with a high traffic flow approaching its capacity, the conventional traffic light controller is not able to handle this traffic congestion phenomenon well. In this paper, we propose a novel regulatory traffic light control system to handle such traffic congestion by using synchronized timed Petri nets (STPNs). Three kinds of intersections in an urban traffic network are defined and employed to demonstrate our new regulatory traffic light control system models. Finally, the liveness and reversibility of the proposed STPN models are proven through the reachability graph analysis method. To our knowledge, this is the first work that solves a traffic congestion problem with a regulatory traffic light control technique that is effective in preventing vehicles from entering traffic congestion zones.     

基于Matlab环境的Petri网的仿真方法

该文介绍了佩特利网(Petri网)和Statefow的基本概念，给出Petri网在Matlab环境下的仿真方法．并以单水箱系统的混合Petri网模型为例进行说明，结合仿真结果对Peri网的性能进行了初步分析。     

时间Petri网的随机模拟

模拟是Peri网进行系统分析的常用方法之一。由于时间Petri网采用时间区间来描述变迁实施的时间范围,因此变迁的实施时间点在区间内是不确定的。提出了时间Petri网的随机模拟方法。该方法在变迁开始使能时,根据某种随机分布确定实施区间内的实施时间点;然后基于模拟仿真的实验数据,运用统计分析方法及算法,构造时间Petri网状态类树,计算变迁实施区间及实施概率,为时间Petri网的系统模拟提供了一种新的探索途径。     

模拟实时系统的点区间优先级时间Petri网与TCTL验证

时间Petri网为实时系统提供了一种形式化的建模方法, 时间计算树逻辑(TCTL)为描述实时系统与时间相关的设计需求提供了一种逻辑化的表达方式, 因此基于时间Petri网的TCTL模型检测广泛应用于实时系统的正确性验证.然而对于一些涉及优先级的实时系统, 例如多核多任务实时系统, 这里不仅需要考虑任务之间的时间约束还要考虑任务执行的优先级以及引入优先级带来的抢占式调度问题, 致使相应的建模和分析变得更加困难.为此, 本文提出了点区间优先级时间Petri网, 通过在时间Petri网上定义变迁发生的优先级以及变迁的可挂起性, 从而可以模拟实时系统的抢占式调度机制, 即首先高优先级的任务抢占低优先级的任务所占用的资源, 导致后者被中断, 然后前者执行完毕后释放资源, 最后后者再次获得资源从中断的地方恢复.本文通过点区间优先级时间Petri网来模拟多核多任务实时系统, 使用TCTL来描述它们的设计需求, 设计了相应的模型检测算法, 开发了相应的模型检测器以验证它们的正确性.我们通过一个实例来说明我们的模型和方法的有效性.     

时间Petri网的ECS-class可达性分析方法

时间Petri网(TPNs)是实时系统时间特性常用的描述和验证的Petri网模型,可达性分析是Petri网模型最基本分析方法.基于"状态类(State-class)"的可达性分析方法不能正确计算并发情况下的时间延迟,而基于"带时间戳的状态类(CS-class)"的可达性分析方法不能正确处理冲突情况下的事件调度,因此提出了"扩展的带时间戳的状态类(ECS-class)"可达性分析方法.它不仅正确的计算时间延迟,而且合理地调度事件.并对一个时间Petri网模型进行可达性分析验证.