[发明专利]基于着色Petri网能力使命线程形式描述与验证方法

说明书

本发明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。

技术领域

本发明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。

背景技术

作战概念(concept of operations,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(mission thread)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。

发明内容

发明目的：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，本发明提出一种基于着色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；