基于层次实时有色Petri网的实时系统建模与分析方法研究

Petri网是一种基于图形进行模拟和分析的数学工具,能够描述系统的异步和并发行为,但是现有高级Petri网不能对嵌入式实时系统进行完整的模拟与实时性分析。该文首先通过扩展有色Petri网提出了层次实时有色Petri网模型,然后描述了嵌入式实时系统的建模和实时性分析方法。最后,将该文提出的方法应用于硬实时系统——列车通信网络MVB总线控制器的建模和实时性分析过程,仿真和分析结果表明,该方法能够满足列车通信网络系统设计对MVB总线控制器的功能验证和实时性分析需求。

基于层次实时有色Petri网的实时服务描述研究

Web服务描述与组合是实现面向服务计算的关键,但目前Web服务描述研究对Web服务的实时性与智能性因素考虑不多,不适合用于分布式实时系统中的服务描述。该文首先定义了适合实时服务描述的实时有色Petri网(RTCPN)与层次实时有色Petri网(HRTCPN),然后建立了原子实时服务到RTCPN映射描述模型(AS-RTCPN),对服务组合运算规则进行了详细描述与建模,最后形成了服务组合HRTCPN描述模型的简化算法,并给出了HRTCPN的可达服务图RSG的定义及构建算法,证明了HRTCPN模型的正确性。

基于优先级时间Petri网的实时嵌入式多核系统分析

已有的基于点区间优先级时间Petri网分析实时嵌入式多核系统的工作,存在以下不足:(1)点区间优先级时间Petri网只考虑每个任务的执行时间是一个固定值的情况,而更多的实际应用中每个任务的执行时间是在一个区间范围内,因此不能模拟这些应用;(2)没有实现从任务依赖图到点区间优先级时间Petri网的自动转化,不便于工程设计人员使用;(3)没有考虑任务间互斥访问共享变量的情况.为此,定义了优先级时间Petri网(Pri-TPN)以弥补第1个不足;定义带有资源分配与优先级的任务依赖图(TDG-RAP)以弥补第3个不足;给出从TDG-RAP到Pri-TPN的转化规则与算法以弥补第2个不足,以及基于Pri-TPN分析任务最坏执行时间与系统死锁的算法;开发工具软件,方便工程设计人员使用.

基于概率有色Petri网和马尔可夫链的工作流和数据流管理

在大数据背景下,信息系统中的工作流和数据流往往同时发生,然而现有研究往往仅对工作流进行建模而未考虑数据流。论文对工作流和数据流进行统一建模,首先对基本Petri网进行扩展,定义概率有色Petri网PCPN,实现对工作流和数据流的分别刻画;定义了PCPN的基本逻辑单元,并对工作流和数据流进行建模分析,基于PCPN的工作流和数据流模型转化为马尔可夫链模型,并进行数学概率分析和决策分析。通过实例建模验证了论文建模方法的有效性和可行性。

基于有色Petri网的催化裂化分馏系统信息安全验证

催化裂化分馏系统智能化转型的同时也面临更大的信息安全威胁,而信息安全验证聚焦网络攻击下系统的安全性能研究,能降低系统的安全风险。根据系统的安全需求提出一种融合系统理论过程分析和有色Petri网的安全验证分析框架。首先通过系统理论过程分析提取完备的安全约束;然后基于有色Petri网构建逻辑与行为精准的安全验证模型;最后,以简化系统为对象进行安全验证。实验结果证明了所提框架能有效验证安全约束触发行为与系统安全性能之间的潜在关联。

基于有色Petri网的点式-基于通信的列车控制系统切换实时性分析

点式‒基于通信的列车控制(BM-CBTC)多模列控系统的模式切换时延对城市轨道交通运营效率有着较大影响。分析点式‒基于通信的列车控制(BM-CBTC)系统模式切换功能及过程,建立基于有色Petri网(CPN)的模式切换模型,研究不同点式(BM)控制系统设计运行间隔下的系统切换实时性。实验表明,切换时延随着BM设计运行间隔增大而增加,当BM设计运行间隔为2 min时能将列车运行晚点时间控制在5 min以内。建立的CPN模型亦可为其他配置的多模列控系统切换的实时性分析作为参考。

基于有色自控Petri网的电网故障区域识别

为减小电网故障搜索范围,避免对电网内所有元件依次进行故障判断,提出了一种基于有色自控Petri网的电网故障区域识别方法,有效地把故障诊断问题局限于一个或多个无源网络中。首先,针对断路器跳闸引起电网拓扑结构变化这一离散事件的动态过程,以Petri网作为建模工具,对全部元件赋予颜色属性并允许有向弧上有可变的权,构建用于电网故障区域搜索的有色自控Petri网模型。然后以Net Beans为开发环境,运用Java语言编程实现对故障区域的快速搜索。对某8节点测试系统的仿真结果表明:对于电网中存在的单重故障、多重故障以及保护和断路器有不正确动作的复杂故障,该方法均能快速准确地确定故障区域,有助于电网故障诊断的后续工作顺利进行。

有色—时间Petri网航班延误模型与波及分析

基于有色Petri网和时间Petri网理论,给出了单个机场起飞的多架飞机执行航班的有色Petri网模型,建立了多机场多航班有色—时间Petri网模型,提出了航班延误波及分析方法,用于判断当源机场发生航班延误时,从源机场起飞的各个飞机的下游机场是否出现航班延误,并分析和预测延误时间。仿真实验表明,松弛时间越大,越能够有效吸收延误波及;初始延误时间越长,波及下游机场个数越多。

基于有色Petri网的ETCS无线通信可靠性分析

ETCS-3级(欧洲列车运行控制3级系统)无线通信系统是一个动态、复杂的分布式系统,其性质和最终实现正确性的形式化验证具有重要意义。本文利用分层赋时有色Petri(CPN)网,综合随机信道恶化、越区切换、信道连接中断等无线信道失效模型,提出ETCS无线通信信道模型的分层结构,定义信道失效模型和概率传输延时,分析信道模型和数据传输的时间特性。分析结果表明,数据帧传输延时小于20s的通信可靠性为99.97%。因此,相继运行列车时距为1min时,数据帧传输延时小于20s的通信可靠性满足ETCS规范要求。

基于有色Petri网的电力系统故障诊断模型研究

现有的基于Petri网的电网故障诊断模型通用性不强,针对大电网建模时模型结构较复杂。建立了一种基于有色Petri网的电网故障诊断模型,用不同的单色代表保护类型、断路器和电网元件,根据保护原理和网络拓扑组合成复合色,用带有这些颜色标记的托肯表示不同类型的状态信息。同时建立有色Petri推理过程,给出变迁的点火规则,根据有色Petri网的推理规则进行推理获得诊断结果。通过对110 kV局部电网和某省局部电网的仿真验证表明:该方法对简单和复杂故障均能获得正确的诊断结果,并且推理速度快,模型简便,网络拓扑和保护配置的改变不影响模型结构,是一种通用性较强的电网故障诊断方法。

机组组合问题的复合控制有色Petri网模型

文章针对有色Petri网对复杂控制系统建模的不便之处进行了改进:使各种控制条件直接作用于有色Petri网的可控变迁,将变迁分为时钟推进控制变迁、外部事件控制变迁、不可控变迁和计算用变迁四种,并提出了一种复合控制有色Petri网(CCCP)模型。在某些情况下,由于触发颜色的不同,同一变迁可属于不同的类型,各类变迁的区别主要在于触发条件不同。文章还利用定义的CCCP对考虑时间约束的发电机组组合问题进行了建模、分析,并通过举例进一步阐述了CCCP在对机组组合这类复杂控制问题进行建模时的作用。该模型为机组组合问题提供了一个新的建模思想和较好的解决方案。

基于增广Petri网的实时交通信号控制系统

利用带抑制弧/使能弧、自控网技术的增广Petri网设计了一种交叉路口实时交通信号控制系统,通过采集路面车流量信息实时改变每个信号灯周期内各相位时长,模型通过了正确性分析.并依据该模型开发了Java原型系统,实验表明该系统能有效缓解交叉口的交通滞留.

一种基于有色Petri网的知识库验证方法

以有色Petri网为基础 ,在经过了必要的功能扩充后 ,针对知识验证的主要内容 ,建立了有色Petri网的知识表示模型 ,提出了一种简洁有效的、基于有色Petri网的知识库验证方法 ,并给出了相应的判定准则 ,最后给出了一个说明知识表示模型和知识验证判定准则的实例 .

基于有色Petri网的FIFO栈建模与优化

先入先出FIFO栈在智能仪器及测试系统中起着重要作用。针对FIFO栈设计缺乏理论指导和严格数学验证的问题,提出采用有色Petri网(CP-net)来建模和优化FIFO栈。提出了一种FIFO栈设计模型,FIFO栈的入栈口和出栈口固定但容量可变。应用建模、仿真工具CPN Tools对FIFO栈的动态运行过程进行建模、仿真和分析,并在此基础上,对FIFO栈模型进行了优化。采用Verilog HDL在现场可编程逻辑门阵列FPGA上具体实现了FIFO栈的硬件电路。仿真结果和实际应用表明,该设计模型是活的、公平的、安全的和高效的。

基于有色Petri网的CBTC系统列车追踪过程建模与仿真

针对基于通信的列车控制系统(CBTC)特点,首先分析了CBTC系统移动自动闭塞下的列车追踪模型,给出了模型的形式化描述,并依据此追踪模型采用分层有色Petri网(CPN)建立了两辆列车运行追踪过程的模型,仿真分析CBTC系统移动自动闭塞下的列车追踪特性。仿真结果表明追踪模型能够描述CBTC系统移动自动闭塞下的列车运行追踪过程。

基于有色Petri网的车载设备模式转换测试序列生成方法

为高效、自动生成覆盖车载设备所有转换路径的测试序列,根据《CTCS-3级列控系统系统需求规范》,首先基于有色Petri网构建车载设备模式转换(MTCPN)模型,并采用ASK-CTL公式和非标准状态空间查询法对MTCPN模型进行分析和验证,然后根据车载设备模式转换规则,将车载设备的工作模式及其转换路径映射为有向图,采用中国邮路算法求解有向图,生成1条最优邮路,并对该邮路进行二次优化,生成车载设备模式转换的测试目标序列集;将测试目标序列作为MTCPN模型的输入,仿真生成满足全路径覆盖准则的可执行的测试序列集和XML文件。验证结果表明:基于有色Petri网的测试序列生成方法能够满足测试需求,并且避免了既有方法的状态空间爆炸和搜索死循环问题,提高了测试效率。

基于有色Petri网的CTCS-3级列控系统RBC切换的建模与形式化分析

在CTCS-3级列控系统中,车载设备在执行RBC切换过程中所用时间的长短和切换成功概率的大小,严重影响着列车的运行效率。本文利用有色Petri网对车载设备进行RBC切换的两种方式分别建模,模型中引入GSM-R故障模型和非周期消息模型,模拟在GSM-R网络中消息的传输过程和重发机制。研究结果表明:基于两部车载电台的RBC切换方式比基于一部车载电台的RBC切换方式所用时间更少,效率更高。列车速度、消息重发时间间隔都会影响列车执行RBC切换的时间。消息重发时间间隔和RBC重叠范围又会影响车载设备进行RBC切换的成功概率。

电力系统网络拓扑分析的有色Petri网模型

考虑了电力系统网络拓扑分析问题 ,研究了实时拓扑分析的动态特性 ,并提出了改进的拓扑分析算法。把整个电网拓扑分析问题分解为若干个基本分析单元 ,提出了基本分析单元的有色 Petri网模型 ,用令牌表示母线 ,用令牌的颜色表示连接在同一母线上的结点。基于基本分析单元有色Petri网的电网拓扑分析 ,当某个开关改变状态时 ,只重新计算包含该开关两端结点的母线。基本分析单元的有色 Petri网描述了开关状态变化引起网络拓扑变化这一离散事件动态过程。分析表明 ,基于基本分析单元有色 Petri网的拓扑分析算法比传统方法效率高得多。

基于模糊有色Petri网的故障诊断方法

针对普通Petri网在诊断电网故障元件中存在的模型复杂、处理不确定性信号能力差的问题,提出了一种基于模糊有色Petri网的故障诊断方法。该方法将接收到的各类保护信号、断路器状态、信号的置信度以及可能的故障元件等因素都包含在托肯的复合颜色当中,通过一系列变迁触发规则,得到复合色为故障元件、置信度的托肯,从而诊断出故障元件及发生的置信度。仿真结果表明,该方法不仅模型简单、不受网络拓扑影响,而且解决了信号的不确定性问题。

基于有色Petri网的安全协议安全性仿真

如何验证安全协议的安全性是一项非常重要的工作。提出了一种基于有色Petri网的安全协议形式化描述与安全性仿真验证方法。给出协议的有色Petri网模型,分析协议运行过程中可能出现的不安全状态,利用Petri网的状态可达性判断这些不安全状态是否可达从而验证协议的安全性。针对Diffie-Hellman协议给出了具体的仿真分析过程,证明了这种方法的有效性。