基于DSPN的5G工业控制系统业务可用性分析

5G工业控制系统规模化应用的关键是保障其高可用性。若通过试验评估,其成本高昂且困难诸多。而已有的可用性建模方法很少考虑到5G对可用性的影响。对此,以一个实际的5G转钢系统为例,采用确定性随机Petri网(deterministic stochastic Petri net,DSPN)从业务流程的角度对5G技术改造后的工控系统的动态故障和维修过程进行形式化建模,评估不同的失效模式对系统业务可用性的影响。在案例中分析了5G工业控制系统中不同参数对系统业务可用性造成的影响,发现无线链路平均故障间隔时间(mean time between failures,MTBF)对系统业务可用性影响最大。实验结果表明,所提方法可用于评估5G工业控制系统的业务可用性,为系统设计人员提供参考。

CAN总线的CSMA/CA通信过程的DSPN建模与性能分析

针对采用CSMA/CA协议的CAN总线通信过程进行建模及性能分析,应用确定与随机Petri网DSPN,对每个节点进行确切的描述,构成一个单网段复合模型,并在此基础上构建一个简化的紧缩模型。仿真实验验证了紧缩模型能够很好地逼近复合模型,且求解时间短,可以通过紧缩模型进行CAN总线系统吞吐量、平均信息时延、通信冲突率和网络利用率的定量和定性分析。

基于DSPN的CAN/LIN网络建模及性能分析

文章针对广泛应用的CAN/LIN网络,阐述CAN和LIN网络通信机制,采用确定与随机Petri网DSPN对其分别建模,并根据协议规范设定参数,对所建模型仿真实验,获得CAN和LIN网络吞吐量、消息平均传输延迟以及有效消息率等性能指标。结果表明,CAN在其能力范围内可保证高优先级消息的实时性和稳定性,LIN的实时性由消息负荷决定,所得性能参数可为实际应用提供理论指导。

基于Petri网理论的FC-AE-1553性能分析

随着综合航电系统的发展,1553B总线已经不能满足发展需要,FC-AE-1553协议作为新一代的高性能网络通信协议被引入到航电系统中,其性能指标与整个航电系统的总体指标有着密切的关系。文中给出了一套完整的基于确定与随机Petri网的FC-AE-1553性能评价模型和算法。通过对模型的求解,得到了网络系统的2个重要性能指标总线负载、延迟时间随消息数变化的规律,通过对性能曲线的分析,可对综合航电系统的设计和完善提供重要的理论依据。

弹载1553B总线网络控制系统Petri网建模与性能分析

鉴于数据传输总线的诸多优点,未来的弹载控制系统采用总线式网络化控制方式成为一个重要的发展方向。在该类系统的设计过程中,必须对各类设计方案进行形式化建模和性能评价。以确定与随机Petri网为理论工具,建立了基于1553B总线的弹载控制系统在非周期性消息和周期性消息同时存在的复杂情况下的形式化模型,并在模型基础上推导出了相关的性能指标公式。通过对指标的分析,为弹载控制网络的设计和优化提供了理论依据。

总线式弹载控制网络的DSPN建模与性能分析

传统的主从式或点对点式的弹载控制系统存在很多缺点,采用总线式网络化控制体制已成为必然趋势,在该类体制的设计过程中,对各类设计方案进行形式化建模和性能评价具有非常重要的意义;以确定与随机Petri网为理论工具,建立了基于1553B总线的弹载控制系统在非周期性消息和周期性消息同时存在的复杂情况下的形式化模型,并在模型基础上推导出了关心的性能指标公式;通过对指标的分析,为弹载控制网络的设计和优化提供了理论依据。

具有测试弧的确定与随机Petri网

将测试弧引入具有确定和随机时延的确定与随机Petri网DSPN系统,并给出了此DSPN系统的定义及其变迁实施条件和实施后果。这不仅增强了Petri网的描述能力,而且为Petri网的理论分析奠定了基础。

基于DSPN的IEEE 802.11通信过程的建模与性能分析

目的针对基于四向握手的RTS/CTS方式的IEEE 802.11通信协议系统进行建模与性能分析.方法应用确定与随机Petri网DSPN,对单节点进行了确切的描述,进而构成复合模型,采用伤停补时的思想有效地描述退避行为.结果仿真实验获得了IEEE 802.11通信系统中负载与端到端信息时延和吞吐量之间的定量关系,即平均端到端信息时延随着信息到达间隔的增加而增加,端到端吞吐量随着信息到达间隔的增加而减少.结论所建模型能够有效地描述和分析IEEE 802.11通信机制,为协议的改进和实际工程应用提供指导.

转移具有确定性时延的随机Petri网近似算法

本文对含有确定时延的随机Ｐｅｔｒｉ网（ＤＳＰＮ）提出了一种进行解析分析的近似算法．此方法把含确定时延的随机Ｐｅｔｒｉ网转换成为其精度可任意逼近原模型的广义随机Ｐｅｔｒｉ网，使其与连续时间马尔可夫链同构．文中对令牌总线高速局域网构造了其ＤＳＰＮ模型，并用本文提出的方法对此模型进行了分析．文中亦给出了分析和例题，说明此近似算法的可行性．

基于DSPN的CAN总线通信行为建模与性能分析

目的分析CAN总线的通信协议,为改进和实践工程应用提供有价值的理论、方法.方法基于确定随机Petri网(DSPN),对其通信过程进行建模,通过仿真实验进行网络性能分析.结果得出信息到达间隔、通道忙概率、高优先级发送引起的受阻率与网络性能指标吞吐量和通信冲突率之间的关系.结论模型能够有效地描述和分析CAN总线的通信机制,为CAN总线组网提供有价值的参考.

基于DSPN的WorldFIP总线MAC子层的建模与分析

目的针对WorldFIP现场总线通信介质访问控制MAC子层通信过程进行建模与性能分析.方法WorldFIP总线采用集中式MAC机制,即由总线活动仲裁器按照一个预定的扫描变量表,控制周期性信息和非周期性信息在总线上的传递.通过应用确定与随机Petri网DSPN,根据微周期内周期窗口的情况,分别建立基于相等周期窗口、不等周期窗口和非零起始周期窗口的单网段WorldFIP总线通信过程DSPN模型.结果仿真实验获得了WorldFIP总线系统吞吐量、平均非周期信息时延和网络利用率与非周期性信息负载之间的定量关系.结论所建模型能够有效地描述和分析WorldFIP总线系统的通信机制,为工业控制网络通信协议的改进和实际工程应用提供了指导.

基于DSPN的1553B总线网络建模及性能分析

提出一种基于确定与随机Petri网DSPN(Deterministic and Stochastic Petri Net)的1553B总线网络性能分析方法。在探讨DSPN的形式化定义的基础上,基于模块化思想建立1553B总线网络的周期控制模块模型和信道传输模块模型,最终建立1553B总线网络的DSPN模型,并描述1553B总线网络的动态行为特性。通过仿真实验得到了1553B总线网络的总线负载和延迟时间的动态变化曲线,验证了模型的正确性和有效性。所建模型可以为1553B总线网络的设计与分析提供理论依据。

WorldFIP总线MAC子层的DSPN建模

应用确定与随机Petri网DSPN对WorldFIP总线通信过程进行精细的建模。首先,介绍WorldFIP总线的集中介质访问控制MAC通信机制;其次,根据微周期内周期窗口的情况,分别应用DSPN建立基于相等周期窗口和不等周期窗口的WorldFIP总线MAC子层的通信过程模型。

基于多层级使命任务线程的总体任务成功性评估

针对当前装备体系(system of systems,SoS)任务建模研究深入程度不足问题,提出装备SoS使命任务的概念模型和描述模型,在此基础上,首先对各层级任务的任务线程进行分析与规划,改进传统Petri网,提出一种基于层次确定与随机Petri网(hierarchical deterministic and stochastic Petri nets,HDSPN)的装备SoS任务线程建模方法,构建面向多层级使命任务的装备SoS任务线程模型。然后,结合基于可达性分析算法(reachability analysis algorithm,RAA)的装备SoS总体任务成功性仿真评估算法,启动仿真模型运行,实现对装备SoS总体任务成功性的有效评估,并通过案例分析,验证了模型的适用性。

CERNET的Petri网建模及性能指标评估

构造了ＣＥＲＮＥＴ的性能指标评估Ｐｅｔｒｉ网模型，并据现有的统计资料得出了模型的具体参数．提出了一种计数禁止弧的新概念，并给出了它的一系列基本性质．最后，通过对Ｐｅｔｒｉ网模型的求解，给出了未来中国教育科研网的几个重要的性能指标．通过对性能曲线的分析。

容错实时任务调度的DSPN建模与分析

复杂系统的形式化描述对新系统的设计以及现有系统的改进与评价都具有十分重要的作用;针对处理机系统容错实时混合任务调度,提出采用确定与随机Petri网进行建模与性能分析;首先,根据任务执行的优先级、周期性、容错性和实时性,将任务分为四类;然后,采用DSPN对任务调度执行过程,不同优先级任务抢占式调度,处理机故障及故障恢复过程进行建模,由此构成处理机系统容错实时任务调度过程的DSPN模型;最后,仿真实验结果表明,在负载相同情况下,处理机利用率基本相同,且具有容错的实时任务调度算法可以有效地降低任务错失率;容错实时任务调度DSPN模型可以为复杂任务调度系统的Petri网建模与分析奠定了基础,并为实际工程应用提供了理论指导。

使用确定随机Petri网对Hadoop公平调度的建模和性能分析

由于Hadoop能在同一时间处理多个用户提交的不同作业的多个任务,这使得用传统的方法对其进行建模和性能分析变得十分困难。为了解决这个问题,基于马尔可夫排队模型M/MMDP/C/K建立了一个随机Petri网(SPN)模型和一个确定随机Petri网(DSPN)模型来分别描述Hadoop调度中的数据状态和作业公平调度。通过设置DSPN中的使动谓词和随机开关来建模Hadoop公平调度和YARN公平调度。使用嵌入的马尔可夫链模型来分析单用户情景,而在分析多用户情景时则引入分解和迭代技术来减小模型的状态空间,从而避免产生状态爆炸问题。研究侧重于Hadoop中作业调度的平均性能,仅通过求解提出的分析模型,就可以对比和分析服务质量(Qo S)的一些关键指标,如平均吞吐量、平均队列长度和平均时延。采用Matlab进行仿真:当每秒到达任务数大于等于20时,YARN算法的数据积压和平均时延明显少于公平算法;当每秒到达任务数大于等于30时,YARN算法的平均吞吐量明显高于公平算法。实验结果表明,YARN公平算法能够减少平均处理和排队等待时间,在平均吞吐量、平均队列长度和平均时延上明显优于公平算法。

DSPN仿真器的设计及其冲突消解规则

本文给出了确定随机时间ＰＥＴＲＩ网（ＤＳＰＮ）仿真器的结构及其算法。对于ＰＥＴＲＩ网中的冲突问题给予定义，并给出了解决办法。

基于DSPN的SCI建模与性能分析

在新一代综合航电系统中,由于传统总线传输上的"瓶颈"问题,使得1553B总线远远满足不了系统信息传输的要求,可变规模相干接口(SC I)的出现,弥补了传统总线技术的不足,大大提高了信息交互的效率和带宽,满足了系统中和系统间的互连要求,成为先进互连技术的代表,其低延迟高带宽的特点完全可胜任各种关键应用领域。给出了一套完整的基于确定与随机Petri网的可变规模相干接口建模和性能分析算法。通过解决SC I性能评估建模的问题,进而得到系统吞吐量与延迟时间之间的关系。

CAN总线CSMA/CA机制的Petri网建模及性能分析

应用确定与随机Petri网DSPN,对采用CSMA/CA协议的CAN总线通信过程进行建模,构建一个简化的紧缩模型,通过仿真实验得出吞吐量S、平均延迟D及消息成功传输概率P等性能参数,揭示CAN总线工作的统计规律.