Modelling work distribution mechanisms using Colored Petri Nets

Workflow management systems support business processes and are driven by their models. These models cover different perspectives including the control-flow, resource, and data perspectives. This paper focuses on the resource perspective, i.e., the way the system distributes work based on the structure of the organization and capabilities/qualifications of people. Contemporary workflow management systems offer a wide variety of mechanisms to support the resource perspective. Because the resource perspective is essential for the applicability of such systems, it is important to better understand the mechanisms and their interactions. Our goal is not to evaluate and compare what different systems do, but to understand how they do it. We use Colored Petri Nets (CPNs) to model work distribution mechanisms. First, we provide a basic model that can be seen as a reference model of existing workflow management systems. This model is then extended for three specific systems (Staffware, FileNet, and FLOWer). Moreover, we show how more advanced work distribution mechanisms, referred to as resource patterns, can be modelled and analyzed.     

Automating the Conversion of Colored Petri Nets with Qualitative Tokens Into Colored Petri Nets with Quantitative Tokens

The authors describe an algorithm for conversion of colored Petri nets with qualitative tokens into a colored Petri net with quantitative tokens preserving boundedness, mutual exclusion, and liveness properties. This conversion allows the invariance method to be applied to colored Petri nets, which uses the Truncated Set of Solutions finding algorithm for Petri net state equations expressed through systems of linear homogenous Diophantine equations. To show the algorithm’s efficiency, it is applied to the colored Petri net that models the operation of a grid system. Equivalence of net models is tested by constructing and analyzing equal finite-state machine.     

着色Petri网应用研究

着色Petri网是在经典Petri网理论基础上增加了token类型和网的模块这两个功能,它现在已成为一种较完善的语言,可以用来对各种系统规范和协议等进行设计、规范描写、仿真和验证等。文章对着色Petri网的基本理论进行了简单介绍,并对一个简单的通信协议进行建模和分析,提出了今后着色Petri网发展的一个主要方向。     

排队系统的着色Petri网建模与分析

着色Petri网（CPN）是研究离散事件动态系统的有力工具,将着色Petri网引入排队系统建模中,能弥补排队模型缺乏动态逻辑行为分析能力的不足。针对排队系统一般模型建立顶层结构模型,并对排队系统的4个要素给出了具体的CPN描述。给出一个具体实例,阐明排队系统的CPN分析法的使用,利用仿真工具CPN-Tools对模型仿真实现,仿真结果与数学模型得出的理论值对比分析,验证了可行性。     

基于着色Petri网的项目进度计划

如何处理进度与成本之间的关系是提高软件项目开发成功的重要保证,提出根据PERT图构造着色Petri网来表示项目进度计划,依据转移条件判断变迁的发生,从而及时调整资源与进度的相互关系,为项目的进度计划提供有力的依据,取得了良好的效果。     

Interactive web interfaces modeling,simulation and analysis using Colored Petri Nets

Software and Systems Modeling - Interaction modeling is a relevant activity during software development processes. Created relying on Petri Nets theory and aiming to represent discrete time events,...     

基于颜色Petri网的网格服务组合

在新的面向服务的网格计算架构下,网格服务为Internet上的分布式计算提供了一种重要范例。对服务提供者和消费者来说,通过组装已有网格服务来创建新的增值网格服务的应用模式已经出现。网格服务的组合已经成为网格研究领域中的一个重要课题。由于可用网格服务的复杂性,许多网格服务表现出复杂的会话协议,要求其提供的操作能根据特定的规则进行调用。讨论了以下几个问题:(1)如何精确描述网格服务的会话协议;(2)如何建立组合规则来对选定的组件服务进行合成;(3)如何验证整个网格服务组合的正确性,尤其是被合并的组件服务的一致性和它们的会话协议。Petri网提供了描述并发系统同步的结构,高级编程语言提供了描述和操作数据值的结构,而颜色Petri网结合了Petri网和高级编程语言的表达能力。为了解决上述问题,提出了一个基于颜色Petri网的会话协议和网格服务组合模型,其使用颜色Petri网的带颜色的token来模拟业务流程的不同消息和事件类型,把服务的会话协议和网格服务组合过程转换为颜色Petri网(CPN),利用现有的CPN的专门工具(如CPN Tools)来对CPN进行模拟以分析评价系统的性能和行为性质。     

有色Petri网协作模型的BPEL代码实现

Web服务业务流程执行语言（BPEL）提供了有力的技术来聚合封装的功能以及定义高质量的Web服务,然而,尽管功能强大,但是BPEL却难于使用。另一方面,有色Petri（CPNs）可以用于模拟、分析以及校验Web服务。为了在CPNs协作模型和业务流程的执行之间建立一座桥梁,给出了基于CPNs从过程模型驱动演绎出一致的BPEL代码的方法。首先,把CPNs协作模型转换为结构工作流网模型;然后,把工作流网模转换为BPEL代码,最后,通过电话机故障修理的案例研究,说明了算法的有效性。     

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。     

基于Colored Petri网的安全协议描述和验证

对网络安全协议进行形式化描述和正确性验证有助于消除协议的设计缺陷，发现协议的不精确性.本文将使用具有强数学基础和强分析能力的着色Petri网（Colored Petri Net，简称CP-Nets）对NS公钥认证协议（NeedhamSchoeder Public-Key Authentication Protocol）进行建模，在此基础上分析验证该协议，阐明协议存在的缺陷并给出改进的方法.     

Synthesis of Controllers of Processes Modeled as Colored Petri Nets

This paper presents an adaptation of a supervisory control theory and a supervisor synthesis problem to a class of colored Petri nets. More specifically, the forbidden state control problem with full observation, in which a discrete-event system is modeled as a colored Petri net with a symmetry specification, is investigated. This problem is decidable if the colored Petri net has finite color sets and bounded places. A new algorithm for deriving a controller is presented in detail with a proof of correctness. Unlike conventional algorithms that explore the entire reachable set of states, our algorithm avoids an exhaustive search of the state space by exploiting a symmetry specification. It performs particularly well when applied to large but structured processes with similar components. Furthermore, this approach leads to a representation of controllers which are smaller than those obtained with automaton-based approaches.     

基于有色Petri网的自动化物流系统的研究

针对西安科技大学自动化物流系统的任务规划,在研究有色Petri网相关理论的基础上,采用基于有色Petri网的方法对该物流系统进行建模,并结合实际系统提出了CPN模型描述性定义,然后在CPN Tools环境下对系统出、入库操作两种操作和出、入库和移库3种操作进行仿真,通过对系统模型状态空间的分析,验证了有色Petri网应用在物流系统中的通用性以及该系统具有有界性和活性等特性,进一步论证了该物流系统任务规划的合理性,为整个系统的稳定性和多任务的协调操作奠定了理论基础。     

分布式状态空间生成的有色petri网模型

该文旨在为分布式的状态空间生成系统设计一个有色petri网模型,并对模型进行性能分析,得出状态空间的分割对分布式系统性能的影响。基于通信时延是系统的性能瓶颈,必须使用与模型结构属性相适应的分割算法,以提高系统的加速比及分布式状态空间生成的性能。     

基于有色Petri网的机械系统故障诊断研究

故障诊断对于机械系统的使用与维护起着重要的作用;为了提高机械系统故障诊断的效率以及直观性,提出了一种使用基于知识的故障诊断方法,即使用有色Petri网诊断方法建立一种通用机械系统故障诊断模型并进行分析;针对数控机床液压元件故障这一案例,首先获取其故障来源建立故障树;其次在故障树基础上运用有色Petri网建模工具CPNTools建立有色Petri网模型;最后对模型进行了仿真分析以模拟故障的传递,进行状态空间分析以判断模型安全性,结果表明所提出的建模方法能够使得故障传递更加直观化,快速了解故障的发展趋势,并表明此模型有着较强的易用性以及通用性。     

基于有色Petri网的工作流阶段性调度

工作流的合理、有效调度有利于改善整个工作流系统的性能,从而提高业务流程的执行效率。静态调度有利于在静态环境下达到全局调度的最优,但不能有效地处理工作流的动态不确定性。而动态调度在考虑工作流的动态不确定性的同时,优化每个任务的调度方案,但很难达到所有任务的全局最优。在总结静态调度和动态调度两种方法各自的优缺点的基础上,本文提出了一种基于有色Petri网的工作流阶段性调度方法。该方法能够妥善地处理工作流的动态性和不确定性,并在静态全局最优和动态单个最优之间达到较好的均衡。仿真实验说明了该方法的有效性和优越性。     

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。     

基于多环面向对象着色Petri网的装配调度研究

采用多环面向对象着色Ｐｅｔｒｉ网（ＴＯＯＣＰＮＭ）同启发式算法相结合的方法，研究装配系统的调度问题。先用ＴＯＯＣＰＮＭ来表述系统的调度问题，然后生成并搜索网的部分可达图，以变迁发生顺序的方式给出一个最优或次优的可行调度。由于给出的是一个可行的调度，系统潜在的死锁可以自然得到避免，因此对模型或系统的活性分析可以省略。