基于着色Petri网能力使命线程形式描述与验证方法技术

本发明专利技术公开了一种基于着色Petri网能力使命线程形式描述与验证方法。描述使命线程中的逻辑关系及活动规则；引入同步器对逻辑关系进行形式化，并建立带环同步网；基于带环同步网建立使命线程逻辑模型；建立活动规则与CPN之间的转换关系，从而基于使命线程逻辑模型构建使命线程语义模型；基于使命线程语义模型的畅通性和一致性提出两个验证准则；在使命线程语义模型中加入时间动态进行扩展，得到混杂使命线程模型，进行仿真分析并获取属性值。本发明专利技术提出了形式化描述能力使命线程的使命线程语义模型，避免其它线程建模语言在使命线程形式化建模与分析验证上的不足；支持复杂的仿真分析和获取使命线程的属性值，能够支撑体系的评估。

Description and verification method of mission thread based on colored Petri net capability

The invention discloses a method and a method for describing and verifying a mission thread based on colored Petri nets. Describes the logical relationship and activity rules in mission thread; introduction of synchronizer formalization of logic relations, and the establishment of band synchronization network; establish the mission thread synchronization network based on loop logic model; establish conversion relationship between rules and CPN, which based on the semantic model of mission thread thread mission logic model; smooth and consistency. The mission of the two thread semantic model validation based on dynamic time; join in mission thread semantic model is extended by hybrid mission thread model, simulation analysis and obtain the attribute value. The invention provides a semantic model for formal description of mission thread ability mission thread, other threads to avoid modeling language in the modeling and analysis of the Formal Verification Mission thread shortage; support properties of the complex simulation and obtain mission thread value to evaluate the support system.

【技术实现步骤摘要】
基于着色Petri网能力使命线程形式描述与验证方法
本专利技术属于体系结构验证领域，尤其涉及一种基于着色Petri网能力使命线程形式描述与验证方法。
技术介绍
作战概念(conceptofoperations,CONOPS)描述了特定的一组活动是如何得到执行的，且执行这些活动的本领依赖于许多因素以及这些因素间内在的相互关联。能力可以由一个或多个使命线程来描述，而使命线程(missionthread)通常定义为“一组操作活动，活动的执行顺序及与时间相关的属性，以及为完成活动所需要的信息”。通过建立能力与作战活动的映射关系，可建立能力分析和作战活动分析之间的桥梁，并识别作战活动是如何使用各种可获得的能力元素来得以实现的；它也可用于追溯作战活动是如何满足能力需求的。而描述使命线程的一组作战活动可被看作是使命领域体系结构的基础，而体系结构提供了一个结构来定义和理解影响体系能力的许多复杂因素。使命线程可通过执行、信息、属性三个维度来描述和表达。执行维规定了使命线程应该执行的活动以及活动间的关系。信息维规定了活动输入/输出所需要的信息。属性维规定了使命线程所描述的能力所需的属性，属性值的获取一般需要通过仿真和统计分析来获得。目前，关于使命线程的建模语言有BPMN、IDEF3、活动图、用例图和信息流图等。但是这些建模语言缺乏形式化的模型和手段来对使命线程进行分析和验证。通常，使命线程合理的形式化模型应该拥有如下的四个性质：(1)具有自动执行的语义，并且语义能被严格地形式定义，从而使得模型能被计算机执行；(2)能如实地代表使命线程，“如实性(faithfulness)”意味着使命线程形式化模型和使命线程之间通过一个可检验的语义保持来相互关联，换句话说，使命线程形式模型任何可被验证的性质在使命线程中都将保持不变；(3)能支持形式化的分析和验证，通过开发可扩展的算法，使命线程的行为特性能被检验；(4)可扩展，从而支持性能分析，比如，时间和概率可以加入到使命线程的形式模型中，使命线程的属性值可以通过仿真和统计分析得到。
技术实现思路
专利技术目的：常用的BPMN、IDEF3、活动图、用例图和信息流图等使命线程建模语言往往缺乏形式化的模型和技术，无法对所建立的使命线程模型进行形式分析和验证，具体表现在模型无法形式化、缺乏自动执行语义导致无法被计算机自动执行、缺乏形式验证算法和手段、不支持性能分析等，为了避免以上建模语言的不足，本专利技术提出一种基于着色Petri网能力使命线程形式描述与验证方法。技术方案：一种基于着色Petri网能力使命线程形式描述与验证方法，包括以下步骤：(1)提供使命线程的信息表，根据信息表在活动间的传递过程，梳理分析使命线程中活动关系，包括活动与活动之间的关系即逻辑关系，以及活动输入输出间的关系即活动规则；(2)为形式化描述使命线程中的逻辑关系，引入同步器，并建立逻辑关系与同步器之间的转换关系，建立由同步器与库所/变迁系统这样一类普通Petri网组合而成的带环同步网；基于带环同步网，给出使命线程逻辑的形式定义和执行规则，建立使命线程逻辑模型；(3)为形式化描述活动规则，建立活动规则与着色Petri网即CPN中的颜色集、变迁、库所、弧函数之间的转换关系；将带环同步网作为使命线程语义模型的基本网结构，利用着色Petri网中的颜色集规范库所语义，利用CPN中的变迁输入弧函数规范使命线程逻辑模型中变迁输入弧语义，利用CPN中的变迁输出弧函数规范使命线程逻辑模型中变迁输出弧语义，从而在使命线程逻辑模型的基础上诱导出使命线程语义模型的定义以及相应的执行规则；(4)在所述使命线程语义模型中加入时间动态进行扩展，得到混杂使命线程模型，通过CPNtools工具模拟事件动态，通过Matlab模拟时间动态，并且通过CPNtools工具和Matlab进行动态的交互，从而模拟实现混杂使命线程模型的混杂动态交互，进行仿真分析并获取属性值。进一步的，步骤(3)还包括验证步骤：从使命线程语义中提取出对应的使命线程逻辑，根据使命线程逻辑，定义死标识和末标识，使用普通Petri网中的可达标识树和T不变量方法验证使命线程逻辑模型是否具备畅通性。进一步的，步骤(3)还包括验证步骤：检测使命线程语义中有无冲突存在，若没有冲突存在，则所述使命线程语义模型与使命线程逻辑模型之间是一致的。进一步的，所述步骤(1)中，所述逻辑关系包括顺序、并行、选择、同步与、同步或、环。进一步的，所述步骤(2)中建立逻辑关系与同步器之间的转换关系如下：顺序关系转换为顺序同步器；在并行关系下，若某活动之后每次有且仅有n个活动独立发生，则并行关系转换为容量为n的并行同步器；在选择关系下，若某活动之后有n个活动，每次只任意选择m个活动发生，其中0<m<n则选择关系转换为容量为m的选择同步器；在同步与关系下，若某活动之前每次有且仅有n个活动独立发生，则同步与关系转换为容量为n的同步与同步器；在同步或关系下，若某活动之前有n个活动，每次只任意选择m个活动发生，其中0<m<n则转换为容量为m的同步或同步器；环关系根据选择条件的多少转换为对应容量的选择同步器。进一步的，所述步骤(2)中，活动规则与着色Petri网中的颜色集、变迁、库所、弧函数之间的转换关系如下：用着色Petri网中的颜色集形式化描述信息表；活动的输入输出对应转化为着色Petri网中的输入库所、输出库所；活动本身转化为着色Petri网中的变迁；活动规则转化为着色Petri网中的弧函数。有益效果：本专利技术提供的基于着色Petri网能力使命线程形式描述与验证方法，其显著优点是基于着色Petri网技术，提出了形式化描述能力使命线程的使命线程语义模型，并基于使命线程语义模型的“畅通性”和“一致性”这两个性质提出了使命线程的两个定性验证准则，避免了其它线程建模语言在使命线程形式化建模与分析验证上的不足。同时，使命线程语义模型还能有效刻画体系中由事件驱动的动态，通过与体系中由时间驱动的动态进行交互，还能扩展构成混杂使命线程模型，用于表达体系中复杂的动态行为特征，以及支持复杂的仿真分析和获取使命线程的属性值，能够支撑体系的评估。附图说明图1是活动间逻辑关系的示意图；图2是逻辑关系与同步器之间的转换关系示意图；图3是活动规则与着色Petri网之间的转换关系示意图；图4是一个使命线程逻辑的示例图；图5是图4中示例的使命线程逻辑的可达标识树；图6是非选择同步器的使命线程语义模型示意图；图7是选择同步器的使命线程语义模型示意图；图8是选择同步器的使命线程语义模型的CPN实现示例图；图9是一个使命线程语义模型的CPN实现示例图；图10是实施例中T1和T2间的同步器p的定义方式示意图；图11是非畅通性的使命线程逻辑示例图；图12是混杂使命线程模型框架结构图；图13是基于Petri网的能力使命线程形式描述方法的流程框图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明。结合图13所示，基于Petri网(ColoredPetriNet,CPN)的能力使命线程形式描述方法包括以下步骤：1、提供使命线程的信息表，根据信息表在活动间的传递过程，梳理分析使命线程中活动关系，包括活动与活动之间的关系即逻辑关系，以及活动输入输出间本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于着色Petri网能力使命线程形式描述与验证方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)提供使命线程的信息表，根据信息表在活动间的传递过程，梳理分析使命线程中活动关系，包括活动与活动之间的关系即逻辑关系，以及活动输入输出间的关系即活动规则；(2)为形式化描述使命线程中的逻辑关系，引入同步器，并建立逻辑关系与同步器之间的转换关系，建立由同步器与库所/变迁系统这样一类普通Petri网组合而成的带环同步网；基于带环同步网，给出使命线程逻辑的形式定义和执行规则，建立使命线程逻辑模型；(3)为形式化描述活动规则，建立活动规则与着色Petri网即CPN中的颜色集、变迁、库所、弧函数之间的转换关系；将带环同步网作为使命线程语义模型的基本网结构，利用着色Petri网中的颜色集规范库所语义，利用CPN中的变迁输入弧函数规范使命线程逻辑模型中变迁输入弧语义，利用CPN中的变迁输出弧函数规范使命线程逻辑模型中变迁输出弧语义，从而在使命线程逻辑模型的基础上诱导出使命线程语义模型的定义以及相应的执行规则；(4)在所述使命线程语义模型中加入时间动态进行扩展，得到混杂使命线程模型，通过CPNtools工具模拟事件动态，通过Matlab模拟时间动态，并且通过CPNtools工具和Matlab进行动态的交互，从而模拟实现混杂使命线程模型的混杂动态交互，进行仿真分析并获取属性值。...

【技术特征摘要】
1.一种基于着色Petri网能力使命线程形式描述与验证方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)提供使命线程的信息表，根据信息表在活动间的传递过程，梳理分析使命线程中活动关系，包括活动与活动之间的关系即逻辑关系，以及活动输入输出间的关系即活动规则；(2)为形式化描述使命线程中的逻辑关系，引入同步器，并建立逻辑关系与同步器之间的转换关系，建立由同步器与库所/变迁系统这样一类普通Petri网组合而成的带环同步网；基于带环同步网，给出使命线程逻辑的形式定义和执行规则，建立使命线程逻辑模型；(3)为形式化描述活动规则，建立活动规则与着色Petri网即CPN中的颜色集、变迁、库所、弧函数之间的转换关系；将带环同步网作为使命线程语义模型的基本网结构，利用着色Petri网中的颜色集规范库所语义，利用CPN中的变迁输入弧函数规范使命线程逻辑模型中变迁输入弧语义，利用CPN中的变迁输出弧函数规范使命线程逻辑模型中变迁输出弧语义，从而在使命线程逻辑模型的基础上诱导出使命线程语义模型的定义以及相应的执行规则；(4)在所述使命线程语义模型中加入时间动态进行扩展，得到混杂使命线程模型，通过CPNtools工具模拟事件动态，通过Matlab模拟时间动态，并且通过CPNtools工具和Matlab进行动态的交互，从而模拟实现混杂使命线程模型的混杂动态交互，进行仿真分析并获取属性值。2.根据权利要求1所述的基于着色Petri网能力使命线程形式描述与验证方法，其特征在于，步骤(3)还包括验证步骤：从使命线程语义中提取出对应的使命线程逻辑，根据使命线程逻辑，定义死标识和末标识，使用普通Petri网中的可达标识树和T不变量方法验证使命线程逻辑模型是否具备畅通...

【专利技术属性】
技术研发人员：陶智刚，蒋飞，蒋锴，任志宏，孔俊俊，徐浩，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第二十八研究所，
类型：发明
国别省市：江苏,32