基于面向方面的时间Petri网的实时信息物理系统的建模

摘要

面向方面技术是对面向对象技术的一个补充，很好地解决了存在于面向对象技术中的代码散乱和“缠结”现象。它对系统采取了关注点分离的方法，很好地实现了核心功能和非功能关注点的模块化。它提高了系统的可读性和系统的可理解性。同时，它更是有效地降低了系统模块间的耦合度和大大地提高系统的可重用性。面向方面技术是通过分离关注点、实现关注点和组合关注点三部分来分析问题的。它解决了面向对象存在的一些固有问题，是一种非常有效的新技术。
　　 Petri网是分布式和并行系统建模和分析的一个有效工具。它能非常容易地描述系统中的顺序、并发、冲突以及同步等关系。而Petri网又不仅仅可以用来描述系统的静态结构，还可以很清晰地将系统的动态行为表达出来。它有着图形化表达能力，同时，还能与数学方法相结合，对复杂的系统进行深入的分析建模。而与时间相关的Petri网能够将时间因素考虑进内，对系统在时间层次的性能分析有着不可或缺的实际意义。
　　 实时系统中的时间特性可以是离散时间和连续时间；还可以是确定时间和非确定时间；还可以是随机时间和模糊时间；甚至还可以是能用时间表达的空间信息。对时间因素的分析和建模，直接影响系统的可靠性和安全性。
　　 用面向方面的思想，结合Petri网，可以定义面向方面的Petri网。而针对实时系统的时间特性，我们可以用面向方面的Petri网对它的各个子时间进行分析，然后把它们组合成一个新网。这种方法能够把面向方面和Petri网的优点结合起来，是我们本次建模的一个重点研究方向。
　　 信息物理融合系统是本文研究的主要内容。它涉及到物理世界和信息世界的交互，是一种智能化的复杂异构系统。本文采取的是用面向方面的时间Petri网来对CPS系统进行分析和建模。首先是将Petri网和面向方面的技术进行结合，得出一个面向方面的Petri网，接着对时间特性进行分析，通过总结用离散时间、连续时间、随机时间和模糊时间来对系统的实时特性进行建模，还提出了用时间函数表达空间信息，然后把各个方面编织成一个完整的系统模型，最后用一个智能汽车通过交通信号灯的实例来进行说明。