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

1、近年來，由一組相互獨立的系統(tǒng)組合而成的復雜系統(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)之間的復雜的交互性，使得構建一個SoS系統(tǒng)成為一項具有挑戰(zhàn)性的工作。而正是由于SoS的大規(guī)模和高代價，使得在實際實現(xiàn)系統(tǒng)之前構建一個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

2、模型進行衡量進而反饋到系統(tǒng)設計，使得最終得到相對較優(yōu)的模型。
　　本文對SoS進行建模的方法分為幾個階段：
　　首先對SoS進行分解，充分利用UML/SysML描述復雜系統(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，并最后利用活動圖/時序圖描述模型中的模塊，細化到流程的層次。
　　隨后將得到的靜態(tài)模型轉換到可執(zhí)行模型。這里我們將UML/SysML的活動圖擴展，使其可以記錄時間屬性

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

4、，并強調了如何處理活動圖中擴展的時間屬性，以及從EAH模型向TCPN模型的轉換規(guī)則，給出了如何處理分支、并發(fā)以及循環(huán)結構的規(guī)則。
　　最后，文章討論了如何利用CPN Tools對已經得到的可執(zhí)行的TCPN模型進行仿真和驗證。利用CPN Tools，可以向指定變遷節(jié)點添加數(shù)據(jù)收集器，進而在仿真過程中對模型中的數(shù)據(jù)流量進行收集和分析，從而評估模型性能。
　　文章通過兩個實例，討論和演示了對SoS建模的方法：在靜態(tài)建模階段利用“全

5、球觀測系統(tǒng)”（Global Earth Observation System of Systems，GEOSS）演示如何充分利用UML/SysML對復雜系統(tǒng)分解和描述的能力，在模型轉換和仿真分析階段，利用一個微型的具有系統(tǒng)間交互的性能攸關的GameCapture程序來演示如何利用中間模型EAH和文章給出的轉換規(guī)則,將擴展的帶有時間屬性的活動圖轉到TCPN模型。并通過對模型仿真收集數(shù)據(jù)，從而衡量模型性能。
　　本文通過學習和研究前人