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。     

广义随机Petri网在生态产业园区性能分析中的应用*

为了对生态产业园区规划方案进行定量描述和评价,利用基于广义随机Petri网的建模分析方法,根据广义随机Petri网模型与马尔可夫链的同构关系,得到生态产业园区的Petri网模型和马尔可夫链模型。并通过马尔可夫链理论与相关数学方法,得到生态产业园区规划方案的吞吐性能、时间性能以及关键资源利用率和重点加工环节运作效率等性能指标,诊断出现有规划中存在的问题,为生态产业园区规划方案的评价和改进提供了一个思路。     

基于Petri网仿真的随机制造单元性能分析研究

分析了传统随机制造单元Petri网模型能的不足, 对传统随机制造单元的Petri网模型进行了改进。通过对Petri模型的直接仿真, 对不同的Petri网模型的随机制造单元的性能指标进行了分析比较, 并通过和同构的马尔可夫链的计算结果进行验证, 证明了改进后的Petri网模型准确地描述随机制造单元, 对基于仿真的性能分析方法具有普遍意义。     

基于补充变量的非马尔可夫随机Petri网及其应用

针对非马尔可夫随机Petri网提出了一种补充变量引入方法，使其适合于系统共享维修资源情况下的可靠性分析。研究了基于补充变量的非马尔可夫随机Petri网的分析方法，以一并行系统为例说明该方法的建模过程、求解方法以及可靠性指标表达式，并以指数分布为例进行了方法验证，验证表明该方法是可行性的。     

基于SHLPN的FMS建模及其分析技术的研究

FMS是一种结构复杂、投入巨大的系统,利用Petri网在建模方面的图形化、数学化特性可以准确地分析FMS系统的性能。本文结合一个柔性制造系统的具体实例,通过随机高级Petri网进行建模,利用随机高级Petri与随机马尔可夫链的同构关系及成熟的马尔可夫链理论,分析了FMS的多项性能指标。     

基于正态Petri网的模型参数识别研究

时间因素在对实时系统的分析中占据着重要的位置。随着时间因素在Petri网应用分析中的地位越发重要,各种与时间相关的Petri网模型相继被提出。文中结合动态实时系统的运行特征,设计了一种变迁点火时间服从正态分布的随机Petri网模型,并基于对系统行为的统计分析,提出了一种用于对变迁时间参数进行识别的数值算法。以一种随机制造单元为例,建立正态随机Petri网模型,并运用参数识别算法确定变迁时间参数。仿真结果符合系统的实际运行结果,证明了该方法的有效性。     

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。     

生化网络的随机Petri网建模与分析

细胞的行为是随机性的,学习细胞中的随机性有助于理解细胞的组织,设计和进化。建立、确认和分析随机的生化网络模型是当前计算系统生物学领域的一个重要研究主题。当前,标准的Petri网模型已经成为生化网络模拟和定性分析的有力工具。尝试使用随机Petri网对生化网络进行建模与分析,简单描述了随机Petri网理论对标准Petri网的扩充,通过对二聚作用和肌动蛋白这两个典型例子的建模与演化模拟,介绍、论证了随机Petri网理论的新应用。     

基于形式化方法的网络业务流Petri网模型的仿真分析

针对自相似业务流的影响,给出具有自相似特性的网络业务流传输过程的随机Petri网模型,使用Petri网分别建立了无限缓冲区的IP层网络模型和有限缓冲区的以太网模型,采用一种马尔可夫随机Petri网的方法对模型进行分析,然后通过实例证明了网络中确实存在着自相似现象,最后利用随机Petri网性能分析工具SPNP对所建立的模型进行了模拟和验证,研究了网络业务流的自相似特性对网络性能的影响.提出的模型在一定程度上能够很好地拟合不同网络的流量特性,为网络构建、网络特性分析和网络性能评估提供了重要的理论基础.     

基于TdPN的中小流量交叉口信号控制研究

针对城市中小流量交叉口交通拥堵问题,提出了一种基于时延Petri网(Timed Petri Net, TdPN)的可变相序信号控制模型。利用TdPN建立交叉口车流模型和信号控制模型,结合马尔可夫链,建立交通流的动态生成模型。通过将通行权赋予当前等待车辆数最大的相位来实现相位的随机选择。以平均延迟时间最小为优化目标,通过遗传算法求解最优相位配时。在信号周期固定的情况下,分析基于TdPN的四相位可变相序控制模型在不平衡交通流下对交叉口平均排队长度的影响,并将此模型与四相位固定相序控制模型进行对比。研究结果表明,该方案在单位时间内有效地减少了交叉口的平均排队长度。     

基于非马尔可夫随机Petri网的软件再生建模与分析

软件老化是影响软件系统可靠性的重要潜在因素,软件再生作为一种主动预防性的软件容错技术是解决软件老化问题的主要手段.以往的随机Petri网再生模型假定所有变迁的实施时间服从指数分布.针对变迁的实施时间服从确定性分布或一般性分布的情况,文中提出了一种用非马尔可夫随机Petri网建立软件再生模型的方法.该方法采用马尔可夫再生理论对模型进行分析,并给出模型的瞬态解和稳态解.仿真实验表明:选择合适的软件再生周期,可以有效地降低存在老化的软件系统的平均宕机成本,提高系统的可用性和可靠性.     

Modeling the Exogenous Coordination of Mobile Channel-based Systems with Petri Nets

In this paper, we discuss how to model systems that communicate through and are coordinated by mobile channels. Mainly, we focus on modeling the exogenous coordination behavior imposed by these channels. We use Petri Nets as our modeling language, for they provide a graphically and mathematically founded modeling formalism. We give Petri Nets for a set of mobile channel types. This allows us to construct models of applications, by taking the Petri Net of each component and each mobile channel, and composing them together. For this purpose, we define a special Petri Net composition function. We also discuss analysis and simulation of these models and their exogenous coordination behavior.     

Implementing Coloured Petri Nets Using a Functional Programming Language

Coloured Petri Nets (CPNs) are a graphically oriented modelling language for concurrent systems based on Petri Nets and the functional programming language Standard ML. Petri Nets provide the primitives for modelling concurrency and synchronisation. Standard ML provides the primitives for modelling data manipulation and for creating compact and parameterisable CPN models.Functional programming and Standard ML have played a major role in the development of CPNs and the CPN computer tools supporting modelling, simulation, verification, and performance analysis of concurrent systems. At the modelling language level, Standard ML has extended Petri Nets with the practical expressiveness required for modelling systems of the size and complexity found in typical industrial projects. At the implementation level, Standard ML has been used to implement the formal semantics of CPNs that provide the theoretical foundation of the CPN computer tools.This paper provides an overview of how functional programming and Standard ML are applied in the CPN modelling language and the supporting computer tools. We give a detailed presentation of the key algorithms and techniques used for implementing the formal semantics of CPNs, and we survey a number of case studies where CPNs have been used for the design and analysis of systems. We also demonstrate how the use of a Standard ML programming environment has allowed Petri Nets to be used for the implementation of systems.     

时间约束Petri网的状态可达及可调度分析算法

时间约束Petri网是具有广义时间约束的一类Petri网。时间约束的引入使TCPN’s的演化与系统每一时刻的状态密切相关,导致网的动态复杂性。目前有关TCPN’s状态可达性的研究仅局限于一些较简单的网,该文通过对TCPN’s的进一步研究,给出了更一般的可达性分析方法及变迁可调度决策算法,并讨论了含冲突结构的TCPN’s的可调度分析。     

Some observations on supervisory policies that enforce liveness in partially controlled Free-Choice Petri nets

Every arc from a place to a transition in a Free-Choice Petri net (FCPN) is either the unique output arc of the place, or, the unique input arc to the transition [M.H.T. Hack, Analysis of production schemata by Petri nets, Master’s thesis, Massachusetts Institute of Technology, February 1972; W. Reisig, Petri Nets, Springer-Verlag, Berlin, 1985; T. Murata, Petri nets: properties, analysis and applications, Proc. IEEE 77 (4) (1989) 541–580]. We consider FCPNs that are not live [J.L. Peterson, Petri Net Theory and the Modeling of Systems, Prentice-Hall, Englewood Cliffs, NJ, 1981; W. Reisig, Petri Nets, Springer-Verlag, Berlin, 1985; T. Murata, Petri nets: properties, analysis and applications, Proc. IEEE 77 (4) (1989) 541–580], and we investigate the existence of supervisory policies that can enforce liveness in partially controlled FCPNs. The external agent, or supervisor, can only prevent the firing of some (i.e. not all) transitions in a partially controlled FCPN.

We first present an observation on supervisory policies that enforce liveness in partially-controlled FCPNs. Using this observation, we solve the supervisory synthesis problem for the family of c hoice-controlled FCPNs, defined in this paper. We then identify a new, sub-class of partially-controlled FCPNs that posses an easily-characterized (and easily-enforced) supervisory policy that enforces liveness.     

基于Petri网的知识库维护方法的研究

Ｐｅｔｒｉ网作为建立系统模型，性能分析，模拟，系统调度，控制等方面的工具已在计算机各方面得到了很好的应用。本文主要探讨了Ｐｅｔｒｉ网在知识库维护方面的应用，包括知识库的正确性、一致性及完备性的检查。对大型知识库的建立及其维护具有重要意义。     

一种随机着色Petri网及模型的性能分析

针对随机Petri网（SPN）在系统性能分析时,其状态空间随着系统规模增大而指数性增长,造成求解稳定状态概率的复杂性的不足,提出了一种随机着色Petri网（SCPN）。分析了它的有界性和可达性,证明了它同构于一个一维连续时间的马尔可夫链;同时,也分析了随机着色Petri网用于建模和系统性能定量分析的方法。     

一类Petri网系统的活性

Petri网是一种用来研究具有异步、并发特征的离散事件系统的合适的工具，当用Petri网来模拟一个实际系统时，关心的问题之一就是要确定这个Petri网模型是否具有一些所期望的特生，如活性、有界性等，这些特性均是系统的重要动态行为，该文基于文献[1]给出了Petri网的一子类，即弱化非自控网（Weak Extended Non SelfControlling Nets,简称WENSeC网），该类网覆盖了扩展自由选择网和扩展非自控网，文中提出了并证明了WENSeC网系统活性的的充分必要条件满足死锁－陷阱性质，同时对WENSeC网的一子类，通过转化方法，证明了该类结构有界网的结构活判定算法可借用扩非自控网的有关结果也是多项式时间算法。     

Petri网及其扩展研究

Petri网是一种应用非常广泛的建模工具。首先给出了基本Petri网的概念,在此基础上对多种Petri网进行了广泛的研究,包括时间因素Petri网、有色Petri网、面向对象Petri网、模糊Petri网及受控Petri网,并针对每种Petri网的特点和应用范围进行了讨论,提出了Petri网当前发展的方向和急需解决的热点问题。     

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。