基于扩展Petri网的系统建模及形式化验证方法*

嵌入式实时系统对时间约束性、安全性和可靠性具有非常高的要求,但是传统的建模和形式化验证方法难以满足对系统的实时性和安全性的模拟和验证需求。通过对有色Petri网的时间属性进行扩展,提出了实时有色Petri网模型,能够对系统的时间属性进行模拟和评估;参考实时有色Petri网模型到时间自动机的语义转换规则对模型进行转换,可以利用时间计算树逻辑对系统的实时性、安全性和可靠性进行形式化验证。以列车通信网络控制器的双线冗余控制模块的建模和形式化验证为例,证明了该方法的有效性。     

A knowledge-based inference multicast protocol using adaptive fuzzy Petri nets

Multicast routing protocols need a new path discovery algorithm for a newly joining node (receiver) in an ad hoc network. One issue of the approach to find the nearest forwarding node for a new node is that it may increase the distance between the source node and the new members, which results in an increase in latency time and packet loss, as compared with the shortest path algorithms. This issue is important in a high collision network. In this paper, we propose a knowledge-based inference approach for a new path discovery for multicasting. A fuzzy Petri net agent, which is a special expert system, is introduced at each node to learn and to adjust itself to fit the dynamic conditions in a multicast ad hoc network. The simulation results show that the proposed approach is up to 67.17% more efficient in the packet delivery ratio as compared with a bandwidth effective multicast routing protocol.     

一种基于有色Petri网的安全协议分析方法研究

利用有色Petri网建模工具CPN tools中的查询函数对安全属性进行描述,搭建一个能够覆盖大部分安全性质的CPN查询函数库,提出一种基于CPN的通用和规范的安全协议形式化分析语言,该语言可以像用面向对象编程语言编程一样对安全协议进行建模。     

A petri nets‐based process planning system for wastewater treatment

It is always challenging to simulate, debug or diagnose automated systems. The aim of this paper is to present the development of a convenient tool for reengineering the control system in a complicated industrial wastewater treatment plant. In this project, a PC‐based Human‐Machine Interface (HMI) in conjunction with Petri nets (PN) theory is adopted to develop and simulate the operational process for wastewater treatment. The resultant tool offers many advantages to the reality of the automated control world. It not only reduces the process reengineering time and the cost of error recovery, but also builds a panel of human interface for the process. The discrete event control sequence of wastewater treatment can be easily modeled and evaluated before its build‐up. Furthermore, this PN‐based system can be used as an online diagnostic tool when the wastewater treatment process is malfunctioning. That is, the presented PN tool provides an adequate means for offline process development, simulation, performance evaluation, and quick online process diagnosis. Copyright © 2010 John Wiley and Sons Asia Pte Ltd and Chinese Automatic Control Society     

基于有色Petri网的SPIN协议建模与分析

在无线传感器网络路由协议的研究中,对现有协议的分析和验证具有重要意义.形式化建模是分析验证网络协议的一种有效方法.使用形式化工具有色Petri网对无线传感器网络中的SPIN路由协议进行形式化描述,并使用CPN Tools分析和验证了该协议的活性、可达性、有界性等特性.     

基于模糊Petri网的无线顺序控制系统的故障诊断

通过分析基于无线传感器网络的顺序控制系统,给出它的故障传播规则。针对模糊Petri网在故障诊断中的置信度模糊推理算法的不足,进行了添加阈值判断的改进。运用改进后的模糊Petri网推理算法对无线顺序控制系统进行故障诊断,计算控制器故障发生的概率,得出其中控制逻辑重新发送概率最大,理论结果与现场实际测试结果基本一致。     

基于遗传算法的无线传感器网络路由协议研究*

针对无线传感器网络能量受限、建立高效路由困难等特点,将遗传算法应用于无线传感器网络路由协议中,提出了一种快速构建无线传感器网络最优路径方法。采用可变长度染色体编码,采取选择、交叉和变异操作,充分利用基站的信息资源和强大计算功能,逼近无线传感器网络最优路径。仿真结果表明,基于遗传算法的无线传感器网络路由协议可以有效延长无线传感器网络的生命周期,改善网络性能。     

基于Petri网理论的FC-AE-ASM建模与性能分析*

以确定与随机Petri网为工具,基于周期消息,对光纤通道在航空电子环境的FC-AE-ASM（fiber channel anonymous subscriber messaging）网络进行建模仿真,根据仿真计算出FC-AE-ASM网络负载和系统的延迟时间两个重要的性能指标,通过对两个指标的性能曲线进行分析,有助于进一步理解航电系统事件消息在FC-AE-ASM网络中的传输机制,为综合航电系统的设计和完善提供重要的理论依据。     

基于扩展合同网协议的无线传感器网络协作方法研究

提出一种适用于无线传感器网络协作的扩展合同网协议.该协议在传统合同网协议中引入了信任度、阈值和优先级等策略,减少了无线传感器网络的通信开销,有效均衡了节点的能量消耗.为确保扩展合同网协议的完整性、正确性和可靠性.利用面向对象Petri网对其进行建模、分析和验证.仿真结果表明,扩展合同网协议有效地延长了网络生命周期,提高了网络的能耗效率,网络完成任务数也有了显著的增加.     

A Systematic Approach to the Petri Net Based Specification of Concurrent Systems

We describe an approach to the specification of concurrent systems which enables a Petri net model of a system to be built up in a systematic way starting from a trace-based CSP specification. This method enables the separate specification of the behavior of each component (process) and their interactions in terms of the feasible sequences of events in which they can be involved. A set of rules is then applied to transform the trace-based specifications into a complete Petri net that is analyzed and/or executed to validate system behavior. The domain transformation procedure is fully automatable. The specification of a safety-critical railway control system is used as a case study.     

基于能耗均衡的LEACH-DC协议的设计

为了解决LEACH协议无法控制簇首位置和簇首选择方式而导致能量消耗太大的缺点,提出了以非均匀分簇和双簇头路由作为改进方法的一种基于能耗均衡的LEACH-DC协议.对改进的LEACH-DC协议使用NS2进行了仿真实验,仿真实验结果表明,改进后的路由协议在网络总能耗以及数据传送量等方面均得到明显改进,从而均衡了无线传感器的网络能耗,延长了网络生命周期.     

改进的无线传感器网络LAC分簇路由协议

无线传感器网络的路由协议是无线传感器网络研究的关键技术,在延长网络寿命,减少节点能耗方面有着重要的作用。提出一种基于LAC的改进分簇路由协议。该协议中,对LAC的簇头选择机制进行了改进,考虑了节点的能量和连通性。同时,对于LAC中的处于同一区域的节点,根据节点的分布形成不同大小的簇,使得簇头的负载更均匀,从而延长网络的生存时间。仿真结果显示：本协议能更好地延长网络的寿命。     

基于概率Petri网的故障诊断模型研究

为解决不确定条件下的故障诊断问题,在传统Petri网基础上,引入概率理论,提出了概率Petri网的概念;概率Petri网将事件发生的概率及其逻辑推理过程引入Petri网的设计及矩阵运算中,以反映事件转换过程中发生的可能性。针对概率Petri网特点,故障诊断模型的设计建立在根据简化样本集获取的诊断规则基础上,以避免复杂系统建模时出现的组合爆炸问题,诊断规则的获取可以有效推广故障诊断范围,使其不仅仅局限于样本集;同时,针对诊断规则的形式,定义并提出将诊断规则转换为标准基本规则序列,便于模型的程序化设计。通过旋转机械故障诊断的示例证明了这种方法的可行性与有效性。     

有色Petri网的扩展使用控制策略模型设计

为解决目前UCON模型和策略规范存在系统应用功能与安全策略集成性差、缺少事后义务和无并发性控制问题,通过定义行为、安全和并发规则,提出了一种扩展的使用控制策略,采用有色Petri网技术,达到形式化定义、分析的目的,为将来的研究工作提供基础。     

一种基于节点密度的无线传感器网络路由协议

能量问题一直是制约无线传感器网络(WSNs)发展的问题。成簇算法可以很好地降低网络通信能耗。分析已有的各类成簇算法,在LEACH协议的基础上,改进了簇头节点的选取方式。讨论了网内簇头个数的选择,然后以网内节点密度为参考选取簇头,通过赋予不同的参数来比较节点密度对协议运行的影响。仿真结果表明:改进的算法有效降低了通信能耗,延长了网络的生存周期。     

基于精炼操作的Petri网建模及其分析方法

针对复杂系统的Petri网建模及其分析问题,定义了Petri网的精炼操作及其相关的Petri网模型.基于序列投影,建立精炼Petri网与原网、子网间的动态行为关联关系,并分析了该精炼操作的相关动态性质,得到一组性质保持判据.最后,基于该方法实现了一个顺序资源共享系统的应用案例的建模及其分析.所提出的方法不仅为复杂系统的Petri建模提供了新的思路,而且有助于复杂Petri网模型的分析和验证.     

基于PSO的无线传感器网络非均匀分簇路由协议

提出并分析了一种能量均衡的集中式非均匀分簇路由协议EBUCP(energy-balanced unequal clusteringprotocol),本协议采用非均匀分簇和簇间多跳路由有机结合的方式。应用PSO算法,EBUCP选择一组最佳节点担任簇头并将网络划分为大小不等的簇,不仅最小化簇头和簇成员的距离以减小簇内通信能耗,同时使得距离基站较近的簇具有较小的几何尺寸来平衡不同位置簇头的能耗。EBUCP根据节点剩余能量和节点与基站距离确定簇间多跳路由,每个簇头在所有簇头集合中运用贪婪算法选择其中继节点。仿真实验结果表明,与LEACH和PSO-C协议比较,EBUCP的网络生存周期明显延长,能耗均衡性能更好。     

基于Petri网的混合安全策略建模与验证

提出了一种基于有色Petri网的建模方法,在系统的Petri网模型中可以对中国墙策略进行分析和验证.给出了基于有色Petri网的混合安全策略的形式化定义;并通过一个系统实例阐述了如何利用该方法对系统的混合安全性进行分析和验证.无论是在系统的设计阶段还是实现阶段,该方法都能够有效地提升系统的混合安全性.