[发明专利]基于Petri网模型的系统仿真验证方法

说明书

技术领域

本发明涉及系统工程建模技术领域，具体涉及一种基于Petri网模型的系统仿真验证方法。

背景技术

现今，在软件开发过程中，随着软件开发的规模越来越大，复杂度越来越高，一个非常重要的主题就是确保软件的可靠性和安全性。作为系统工程领域中的重要方法，SysML有着广泛的应用。它作为系统工程的标准建模语言，能够支持各种复杂系统的详细说明、分析、设计、验证和确认。SysML继承了UML2的部分视图，根据需要修改了UML2的部分视图，同时又增加了需求图和参数图。

SysML是一种半形式化的语言描述规范，即没有明确的语义，在通俗易懂的同时，也使得SysML难以找到可靠的验证手段。在模型规模越来越大的背景下，包括SysML的主要行为模型活动图在内，应用常规的人工模型测试，效率会变得非常低下。同时，如果在上层实现过程中发现了软件设计的缺陷或错误，将导致大量的时间消耗和重复工作，例如审查设计和重新实现等。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：如何提高系统工程模型仿真效率。(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于Petri网模型的系统仿真验证方法，包括以下步骤：

步骤一、在SysML活动图模型中，建立元素的转换规则，从而将SysML活动图模型在语义不变的前提下转换到Petri网模型，所述元素包括控制流、动作、初始节点、结束节点、分叉节点、结合节点和判断节点；

步骤二、利用PIPE工具对Petri网模型进行仿真；

步骤三、利用步骤二的仿真结果验证Petri网模型的有界性、安全性、活性与无死锁性，在验证不通过时根据需要对Petri网模型进行修改，修改之后再重新验证，直至确定Petri网模型的正确性为止。

优选地，所述控制流的转换规则为：将SysML活动图模型中的控制流对应为Petri网中的有向弧；

所述动作的转换规则为：将SysML活动图模型中的动作对应Petri网中的变迁，同时用Petri网中的一个库所记录系统经所述动作改变之后的状态值；

所述初始节点的转换规则为：将SysML活动图模型中的初始节点对应为Petri网中的一个库所，其值是系统的初始状态值；

所述结束节点的转换规则为：将SysML活动图模型中的结束节点对应为Petri网中的一个库所，同时用Petri网中的变迁表示进入结束时的状态变化；

所述分叉节点的转换规则为：用Petri网中的一个变迁表示作为输入流的有向弧进入了分叉状态，同时用多个库所记录分叉之后的状态；

所述结合节点的转换规则为：用Petri网中的一个变迁表示作为输入流的多个有向弧进入了结合状态，同时用一个库所，记录结合之后的状态；

所述判断节点的转换规则为：用Petri网中的一个变迁表示进入判断状态，同时用于一个库所记录判断之后系统的状态，该库所衍生出多个有向弧，以对应不同的控制流。

优选地，利用PIPE工具使用覆盖树算法对Petri网模型进行仿真。

优选地，所述使用覆盖树算法对Petri网模型进行仿真的步骤具体为：

2.1、把初始标识当做根节点，并标记为新；标识对应Petri网中的库所，标识的值代表系统的状态值；

2.2、判断是否树的所有标识的标记均为不新，如果树的所有标识的标记均不为新，则算法结束，输出结果；若存在标记为新的标识，则执行下一步；

2.3、选择任意一个标记为新的标识；

2.4、判断是否有同根的相同标识，若从根节点到该标记为新的标识的路径上有相同的标识，则将该标记为新的标识标记为旧，再取其他标记为新的标识；否则执行下一步；

2.5、若标识没有迁移可触发，则可将该标识标记为结束，同时转入步骤2.2；若该标识存在可触发的迁移，则对每个迁移执行步骤2.6；

2.6、确定迁移触发标识的情况下的后继标识，引入后继标识作为覆盖树的一个新节点，并用迁移标注从该标识到后继标识的有向弧，同时也将后继标识标记为新，返回步骤2.2。

优选地，步骤三中验证Petri网模型的有界性具体为：查看标识中每一个值是否均小于常量，所述常量是库所的容量，若是，则认为此时的Petri网模型是有界的，验证不通过，否则认为Petri网模型是无界的。