基于Petri網(wǎng)的“系統(tǒng)的系統(tǒng)”的建模與仿真的研究.pdf

1、近年來(lái)，由一組相互獨(dú)立的系統(tǒng)組合而成的復(fù)雜系統(tǒng)，亦即“系統(tǒng)的系統(tǒng)”（System of Systems，SoS）逐漸引起了研究人員的重視。由于SoS的地理上的分散性、系統(tǒng)之間的復(fù)雜的交互性，使得構(gòu)建一個(gè)SoS系統(tǒng)成為一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的工作。而正是由于SoS的大規(guī)模和高代價(jià)，使得在實(shí)際實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)之前構(gòu)建一個(gè)正確有效的模型是非常有必要的。本文即著眼于利用UML/SysML以及Coloured Petri-Nets為SoS建立高效可靠的模型，并對(duì)

2、模型進(jìn)行衡量進(jìn)而反饋到系統(tǒng)設(shè)計(jì)，使得最終得到相對(duì)較優(yōu)的模型。
　　本文對(duì)SoS進(jìn)行建模的方法分為幾個(gè)階段：
　　首先對(duì)SoS進(jìn)行分解，充分利用UML/SysML描述復(fù)雜系統(tǒng)的能力為SoS建立靜態(tài)模型：利用需求圖明確建立需求，利用框圖給出系統(tǒng)間大粒度的架構(gòu)，并最后利用活動(dòng)圖/時(shí)序圖描述模型中的模塊，細(xì)化到流程的層次。
　　隨后將得到的靜態(tài)模型轉(zhuǎn)換到可執(zhí)行模型。這里我們將UML/SysML的活動(dòng)圖擴(kuò)展，使其可以記錄時(shí)間屬性

3、，并將其轉(zhuǎn)換到賦時(shí)著色Petri網(wǎng)（Timed Coloured Petri Nets，TCPN）。為了給出形式化的轉(zhuǎn)換，我們定義了一個(gè)擴(kuò)展的活動(dòng)超圖（Extended Activity HyperGraph，EAH）模型，并通過(guò)將其映射到時(shí)鐘變遷系統(tǒng)（Clocked Transition System，CTS）為其賦予弱語(yǔ)義。該EAH模型將作為從帶有時(shí)間屬性的活動(dòng)圖到TCPN模型的中間模型。文中分別給出了從活動(dòng)圖到EAH模型的轉(zhuǎn)換規(guī)則

4、，并強(qiáng)調(diào)了如何處理活動(dòng)圖中擴(kuò)展的時(shí)間屬性，以及從EAH模型向TCPN模型的轉(zhuǎn)換規(guī)則，給出了如何處理分支、并發(fā)以及循環(huán)結(jié)構(gòu)的規(guī)則。
　　最后，文章討論了如何利用CPN Tools對(duì)已經(jīng)得到的可執(zhí)行的TCPN模型進(jìn)行仿真和驗(yàn)證。利用CPN Tools，可以向指定變遷節(jié)點(diǎn)添加數(shù)據(jù)收集器，進(jìn)而在仿真過(guò)程中對(duì)模型中的數(shù)據(jù)流量進(jìn)行收集和分析，從而評(píng)估模型性能。
　　文章通過(guò)兩個(gè)實(shí)例，討論和演示了對(duì)SoS建模的方法：在靜態(tài)建模階段利用“全

5、球觀測(cè)系統(tǒng)”（Global Earth Observation System of Systems，GEOSS）演示如何充分利用UML/SysML對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)分解和描述的能力，在模型轉(zhuǎn)換和仿真分析階段，利用一個(gè)微型的具有系統(tǒng)間交互的性能攸關(guān)的GameCapture程序來(lái)演示如何利用中間模型EAH和文章給出的轉(zhuǎn)換規(guī)則,將擴(kuò)展的帶有時(shí)間屬性的活動(dòng)圖轉(zhuǎn)到TCPN模型。并通過(guò)對(duì)模型仿真收集數(shù)據(jù)，從而衡量模型性能。
　　本文通過(guò)學(xué)習(xí)和研究前人