本站原创计算机网络实时性分析问题一直是国内外各知名院校、研究机构的研究重点之一.Petri网是一种可以描述系统动态行为特性的图形化建模工具,直观形象,易于学习和理解,便于使用.为此,在给出Petri网基本介绍的基础上,探讨了Petri网在计算机网络实时性分析中的应用价值.
【关 键 词 】Petri 实时性
计算机网络研究是国内外计算机研究领域的重点和热点之一.其中,一个重点内容就是计算机网络实时性分析问题.目前,计算机网络实时性的分析大多都停留在数学解析等传统实时性分析方法上,且各种计算机网络实时性分析模型往往基于各种简化的检测设,不能很好的模拟计算机网络与时间相关的动态行为特性.因此,如何选择有效的工具建立计算机网络实时性分析模型,描述计算机网络的动态行为特性,得到计算机网络实时性的性能指标在当前显得尤为紧要.
Petri网是一种可以描述系统动态行为特性的图形化建模工具,直观形象,易于学习和理解,便于使用,已经在军事、工业、金融等领域得到了广泛重视、研究与应用.本文的目的是探讨Petri网在计算机网络实时性分析中的应用价值,以期对计算机网络实时性分析研究提供有益参考.
1.Petri网简介
定义1 基本Petri网：基本Petri网可形式化定义为三元组BPN等于（P,T,F）,其中：
（1）P等于{p1,p2,等,pn}是位置（places）的有限集,m表示系统中位置的数目.
（2）T等于{t1,t2,等,tn}是变迁（transitions）的有限集,n表示系统迁的数目.
（3）F是弧（arcs）的有限集,满足：PT等于PF等于TF等于0.
基本Petri网给出了位置、变迁和弧三个模型要素,但是无法描述计算机网络与时间有关的动态行为,为了克服这个问题,在变迁中引入了平均实施速率的概念,即我们常说的广义随机Petri网.
定义2一个广义随机Petri网系统可以记为GSPN等于（P,T,I,O,H,M0,W,λ）,其中：
（1）P等于{p1,p2,等,pn}为库所的有穷集合；
（2）T等于{t1,t2,等,tn}为变迁的有穷集合；
（3）IP×T为输入弧的有穷集合；
（4）OT×P为输出弧的有穷集合；
（5）H为禁止弧的有穷集合；
（6）Mo为系统初始标识的集合；
（7）W为弧权函数的有穷集合；
（8）λ等于{λ1,λ2,等,λm}为变迁的平均实施速率.时间变迁中λ为变迁所服从的泊松分布参数；瞬时变迁中λ为变迁实施概率值.
2.Petri网在计算机网络实时性分析中的应用
2.1 Petri网模型要素的使用方法
在Petri网的建模框架中,建立其模型要素与计算网络实时性分析问题中的关键要素之间的对应关系,进而有效的建立计算机网络实时性分析模型.
2.1.1 位置的使用方法
在Petri网的建模框架中,位置用于描述计算机网络的工作状态、资源数量等信息.
2.1.2 变迁的使用方法
在Petri网的建模框架中,时间变迁用于描述计算机网络中各种消耗时间的事件、状态变换的条件触发信息；瞬时变迁用于描述计算机网络不消耗时间的事件以及带有选择关系的事件信息.
2.1.3 弧的使用方法
在Petri网的建模框架中,弧用来描述位置和变迁之间的关系信息,即描述计算机网络各种工作状态或者资源与事件等之间的连接与变化传递关系.
2.2 Petri网在计算机网络实时性分析中建模过程
Petri网在计算机网络实时性分析中建模过程分为三个步骤：
2.2.1 系统分析,逻辑分解
按照计算机网路系统功能和结构,将计算机网络系统分解为各个逻辑功能模块.
2.2.2 一一对应,建立子模型
针对每一个逻辑功能模块,分别建立各个功能模块的实时性分析的Petri网模型.
2.2.3 整体综合,分析性能
将各个功能模块的实时性分析的Petri网模型按照计算机网路系统功能和结构关系,整体综合起来得到整个计算机网络的实时性分析的Petri网模型,进而分析计算机网络的实时性能指标.
2.3 例子分析
1553B总线网络是军民领域的主流总线技术之一,已经在飞机、坦克、舰船等领域得到了广泛的应用,是计算机网络的一种特殊表现形式.采用Petri网建立了1553B总线网络实时性分析模型,如图1所示.其中,位置P1表示该1553B总线网络系统中的所有消息；位置P2表示该1553B总线网络系统中排队等待发送的消息；位置P3表示某个消息正在该1553B总线网络上传输；位置P4表示该1553B总线网络系统处于被占用或者空闲状态；变迁T1表示该1553B总线网络系统中到达的消息；变迁T2表示该1553B总线网络系统允许发送一个消息；变迁T3表示该1553B总线网络系统中的当前消息正在发送.
基于TimeNET4.1的Petri网建模与仿真环境实现了某1553B总线网络实时性能分析模型,1553B总线网络负载为Busload等于E{#P3>0},得到稳态条件下1553B总线网络负载大小为25%.
3.结束语
本文首先给出了基本Petri网和广义随机Petri网的基本定义和简要介绍,其次,给出了Petri网模型要素的使用方法和Petri网在计算机网络实时性分析中建模过程,最后给出了一个具体应用实例,探讨并验证了Petri网在计算机网络实时性分析中的应用价值.本文的工作为计算机网络实时性分析研究工作提供了有益参考.