随机Petri网模型到马尔可夫链的转换规则与实现

随机Petri网是一种系统设计和分析工具,它可以对系统进行定性分析和定量分析。为了有效利用随机Petri网进行性能的定量分析,根据随机Petri网模型转换为马尔可夫链的算法,总结并实现了它们之间的转换规则。该转换规则在变迁实施的过程中引入演变规则和合并规则,将随机Petri网模型转换为马尔可夫链。可以利用产生的马尔可夫链对随机Petri网模型的多项性能指标进行定量分析。实验结果表明,转换规则是正确、可行的。     

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。     

基于随机时间Petri网的安全性分析方法

在分析了现有的Petri网与安全性结合的方法的缺陷后,提出了一种基于随机时间Petri网(stochastic Time Petri Nets,sTPN)的系统安全性分析方法,利用sTPN建立的系统模型不局限于指数分布和确定分布的变迁,也不局限于一般分布的变迁的使能限制。通过修改后的瞬态随机状态类图以及sTPN的瞬态分析算法可以得到基于路径的安全性指标。最后给出核反应堆冷却循环系统的例子,说明了所提方法的可用性和合理性。     

延迟时间Petri网的验证分析

延迟时间Petri网（Delay Time Petri Nets，DTPN）是一类重要的时间扩展Petri网系统，解决了其他时间扩展Petri网（如时间Petri网）在保存时间约束时所面临的困难。可调度验证的目的是验证工作流模型时间约束的合理性，对流程实例的时间可达性进行仿真。提出一种基于DTPN的时间约束工作流验证分析方法。给出了DTPN的相关定义，并结合工作流控制结构描述了变迁可触发的时间条件；提出了DTPN触发点的概念以及基于此的验证分析算法；简要分析了DTPN的特性。DTPN的研究丰富完善了现有时间Petri网体系，具有积极的意义。     

从UML到GSPN的转换和性能分析方法

UML模型一般不能直接进行性能分析,需要利用模型转换的方法将其转换成其他分析模型,比如排队论、随机进程代数或者随机Petri网等模型。利用Eclipse平台上的Papyrus建立3种类型的UML模型(用例图、部署图和活动图)来对系统进行建模,并利用MARTE规范添加一些性能相关的信息;然后利用ATL实现UML模型到广义随机Petri网(GSPN)模型的转换,并使用XStream将上一步得到的GSPN模型转换成分析工具所支持的格式;最后利用基于GSPN的性能分析方法进行系统性能分析。同时给出了一系列性能指标的计算方法,如利用率、吞吐量、平均等待请求的数目以及响应时间等,可以考察系统性能的多个方面,方便系统设计和开发人员对系统性能进行分析和优化。     

基于増广Petri网生成受控日志

为减少冗余日志,降低事件约束不可控对算法评估及验证的影响,提出基于可达状态的随机选择生成受控日志的方法。利用増广Petri网为系统建立模型,依据模型中库所与变迁的结构关系及标识分布构建输入矩阵;基于Petri网可达状态分析方法,随机选择触发可发生变迁,记录变迁序列;对记录进行受控分析,拼装生成多重集事件日志和XES标准日志。实现相关日志生成工具,利用BPIC2020数据进行实验,与已有工具进行比较,实验结果表明了工具的效率和有效性。     

基于随机Petri网的协同服务模型与分析

提出了一种基于随机Petri网的协同服务模型与分析方法,选择了企业协同服务中几个最具有代表性的流程,利用随机Petri对这些代表流程进行了建模以及模型简化和证明.然后,以电子商务系统中的物流系统为例,在随机Petri网模型建模的基础上应用模型等价化简和性能评价方法,时模型化简前后的系统性能和计算时间进行了对比分析.     

服务组合排编规范性能分析研究

伴随Web服务而生的服务组装技术,因能实现服务的复用和增值而成为学术界和工业界关注的焦点。目前主流的服务组合规范可以分为基于编写（orchestration-based规范,如WS-BPEL）和基于排编（choreography-based规范,如WSCI和WS-CDL）两大类。目前对服务组合规范的研究多偏重于功能分析和性质验证的方面,而数量化特性,特别是性能的研究却相对薄弱。运用随机Petri网对基于WSCI规范描述的服务组合进行了建模和性能分析。基于WSCI的组合服务转换为随机Petri网描述,在其基础上导出连续时间马氏过程的状态变迁模型,在马氏过程的转移强度矩阵上进行一系列计算以获得对性能的评价。在实例研究中运用蒙特卡洛实验和置信区间分析的方法,对上一步获得的理论结果进行了检验。     

基于PTCPN的网构软件建模与分析

时间Petri网能够对网构软件的性能进行分析,但是无法对网构软件的可变代价进行分析.为了进一步满足对网构软件所具有的柔性建模以及可变代价分析的需求,提出一种代价时间有色Petri网模型(price time colored Petri net,简称PTCPN).该模型对时间Petri网进行了可变代价和颜色信息的扩展,并使用代价时间变迁系统定义了PTCPN的语义;定义了PTCPN的累积代价状态类,并证明了累积代价状态类的合理性和完备性;给出了基于PTCPN的多Agent网构软件建模及分析方法.最后,通过实例分析说明应用PCTPN对网构软件进行形式化建模及分析是可行的.     

混合Petri网的流体随机Petri网模型

混合Petri网和流体随机Petri网作为混合系统的建模方法,其内在的建模机制和分析方法不尽相同,而且这两种机制远未发展成熟.分析并建立它们之间相互转换的方法有助于机制本身的发展完善,并利用对方的建模原语和分析方法对系统进行多角度的分析.提出了一阶混合Petri网转换成流体随机Petri网的形式化方法及转换后变迁合并的方法,并给出了转换和合并方法的正确性证明,最后结合实例简要阐述了这两种方法的实现过程.     

一种IPMCS的实时性评估方法

针对缺少对工业过程测量和控制系统(IPMCS)实时性评估研究的情况,提出了一种利用随机Petri网评估IPMCS实时性的方法.首先利用FB为IPMCS建模,转换为SPN模型;然后利用SPN模型与马尔可夫链(MC)同构的特征,转换为MC.最后基于MC的状态转移矩阵和稳态概率,对IPMCS的实时性进行评估,得到了量化的实时性数据.以具体示例的形式来说明如何对IPMCS的实时性进行评估.这种方法能给出量化的实时性数据,可以为IPMCS的设计提供参考.     

非马尔可夫随机Petri网模型的混合状态分析法

讨论具有发射时间任意分布之变迁的随机Petri网的解析问题.定义了随机Petri网 的混合状态和混合状态密度,提出混合状态分析法,并给出具有一步转移关系标识下的混合状 态密度的递推公式.使非马尔可夫型随机Petri网的分析成为可能.通过算例说明了混合状 态分析法在系统性能评估中的应用.     

Discrete Time Stochastic Petri Nets

Basic graph models of processes, such as Petri nets, have usually omitted the concept of time as a parameter. Time has been added to the Petri net model in two ways. The timed Petri net (TPN) uses a fixed number of discrete time intervals. The stochastic Petri net (SPN) uses an exponentially distributed random variable. In this paper, a discrete time stochastic Petri model is described. These discrete time SPN's fill the gap between TPN and normal SPN. However, the use of discrete time complicates the SPN model in that more than one transition may fire at a time step. Finally, an example of a live and bounded Petri net which has nonempty, disjoint, recurrent subsets of markings is given.     

A deadlock prevention approach for a class of timed Petri nets using elementary siphons

To solve the problem of deadlock prevention for timed Petri nets, an effective deadlock prevention policy based on elementary siphons is proposed in this paper. Without enumerating reachable markings, deadlock prevention is achieved by adding monitors for elementary siphons, increasing control depth variables when necessary, and removing implicit, liveness‐restricted and redundant control places. The final supervisor is live. First, a timed Petri net is stretched into a stretched Petri net (SPN). Unchanging the system performance, each transition in the SPN has a unit delay time. Then the siphon‐control‐based approach is applied. Monitors computed according to the marking constraints are added to the SPN model to ensure all strict minimal siphons in the net invariant‐controlled. A liveness‐enforcing supervisor with simple structure can be obtained by reverting the SPN into a TdPN. Copyright © 2010 John Wiley and Sons Asia Pte Ltd and Chinese Automatic Control Society     

一种扩展了价格信息的时间Petri网

性能和成本分析是业务流程建模的主要目的,扩展了时间信息的Petri网能够有效地进行性能分析,但是对成本分析却无能为力.提出一种扩展了价格信息的时间Petri网--价格时间Petri网.首先为时间变迁扩展价格参数,并使用价格时间变迁系统给出价格时间Petri网的语义;然后提出计价状态类的概念,并证明为状态类扩展累积成本的合理性和完备性;进而给出一种算法来证明有界价格时间Petri网的最小成本可达问题是可判定的;最后给出一个应用例子并得出结论:为时间Petri网扩展价格信息并将其应用于业务流程管理领域是可行的.     

一种资源共享系统的模型和近似性能分析

本文提出一种随机Ｐｅｔｒｉ网（ＳＰＮ）的资源共享系统的模型，并给出了模型分解和子模型迭代近似求解的两种方法：标识概率交换和平均标志个数交换。例子显示了这两种方法的有效性和相对误差。本文还证明了主述两种方法在固定迭代求解中，固定点解的存在。本文的复杂模型近似性能求解方法可以应用到很多复杂系统的性能分析中。     

基于随机Petri网的可修系统可用性模糊评价

结合模糊集理论和随机Petri网理论提出了一种可修系统可用性建模与分析的新方法——模糊随机Petri网方法。随机Petri网的状态可达图同构于连续时间马尔可夫链，由可达图可得到系统的稳定状态概率方程组。利用模糊代数理论解该模糊方程组即可得到系统转移概率和各种性能指标的模糊数，通过解模糊可得到系统的可用性指标值。文章进行了实例分析并与已有文献作比较，举例进行分析求解，结果表明该方法是可行的。     

装备维修保障的随机Petri网模型及分析

建立了装备维修保障系统的随机Petri（SPN）模型，应用SPN与马尔可夫链理论相结合的分析方法。为维修保障系统性能评估提供了理论依据。最后，通过实例分析了系统状态空间、各状态在稳态下的期望概率、系统可靠性和维修人员的工作强度。实例表明，相比传统的Petri网建模方法，在分析装备维修保障各状态间的逻辑关系和系统动态过程中，SPN具有显著的有效性和优越性。     

基于随机Petri网的柔性工作流可用性分析

提出一种基于随机Petri网的柔性工作流可用性分析方法。给出基本的异常处理模型,以电子商务配送系统(ELMS)为例,利用随机Petri网对系统进行SPN建模,分析ELMS系统的各种可用性参数。实验结果表明,该方法能准确、有效地对支持异常处理操作的柔性工作流进行可用性分析。