有色Petri网

摘要： 区域控制器(Zone Controller,ZC)通过与联锁系统(Computer Interlocking,CI)、车载控制器(Vehicle On Board Controller,VOBC)和列车自动监督系统(Automatic Train Supervision,ATS)等其他子系统信息交互来为列车计算移动授权,是基于通信的列车运行控制系统(Communication Based Train Control,CBTC)重要的地面安全设备。研究区域控制器的功能需求,构建满足边界切换实时性、安全性特点的模型有助于保证列车在线路上高效、安全的运行。在现有建模方式的基础上,采用统一建模语言(Unified Modeling Language,UML)和层次时间有色Petri网(Hierarchical Timed Colored Petri Net,HTCPN)相结合的方法对ZC边界切换场景下的区域控制器和车载子系统之间的信息交互过程进行分析。从车载VOBC状态变化的角度构建用于验证切换场景安全性的UML模型和HTCPN模型,并以CPN Tools作为仿真平台对其进行验证。根据CPN Tools状态空间报告可知,转换后HTCPN模型的各种动态属性正常且模型不存在死锁和活锁。仿真结果表明:采用UML向HTCPN转换的方法构建的模型既能清晰描述整个ZC切换的过程,又保证了模型在数学上的严谨性。转换后的HTCPN模型符合ZC切换功能的需求,证明了该集成建模方法的可行性,为CBTC系统其他功能或场景的建模与验证提供了思路。

摘要： 基于轨道电路的列车控制(TBTC)-基于通信的列车控制(CBTC)双模车载系统是实现轨道交通多网融合的关键,其模式间切换具有较强的随机性和并发性,并直接影响车载信号系统的运营可用性。然而,车载信号系统故障降级导致轨道交通资源利用率降低,表现为列车追踪的时间间隔增加,而间隔增加程度取决于区间长度和TBTC列车占用检测区段长度。从不同模式下资源分配、使用和释放角度,在列车运行过程中利用有色Petri网对TBTC-CBTC双模冗余车载信号系统的列车追踪运营场景进行建模,模拟CBTC车载信号系统故障发生的随机性和系统降级对后续列车的影响,精准描述并分析列车运营受影响的情况。将城市轨道交通项目的典型配置参数代入到有色Petri网模型中进行仿真,验证在不同线路下运营间隔受模式切换影响的程度。仿真结果表明,当区间长度小于1 500 m时,列车晚点时间可控制在180 s以内,晚点时间随着区间长度的增加而延长。

摘要： 多模列控系统的模式切换时延是影响城市轨道交通列车运行效率的重要因素,基于车车通信的列控系统是下一代城市轨道交通列控系统的主要发展方向。由于系统结构的改变,传统的CBTC列控系统后备模式无法适用于新型列控系统,目前,尚无合理的后备模式能保障新型列控系统列车在车车通信故障情况下行车的安全与效率。根据车车通信列控系统的结构和特点,分析系统的模式切换功能及过程,提出适用于车车通信列控系统的后备模式。当车车通信出现故障时,列车将切换为车地通信的运行模式,从地面设备中获取前方列车的位置信息,利用有色Petri网理论建立基于层次赋时有色Petri网(HTCPN)的新型列控系统模式切换模型,描述列车在车车通信故障情况下由车车模式(T2T)切换为车地模式(T2G)的过程,研究后备模式下不同的设计间隔对列车模式切换成功率和运行效率的影响。仿真结果表明,当列车车车通信出现故障时,列车能有效切换为车地模式运行,得出了不同后备模式设计间隔下列车模式切换成功次数和切换运行时间分布图。列车模式切换的成功率随着后备模式设计间隔的增大而增大,将后备模式间隔设计为240 s时能有效将列车运行晚点时间控制在3 min之内,所建立的HTCPN模型也可为其他多模列控系统模式切换的建模与验证分析提供参考。

摘要： 为了实现大规模有色Petri网模型的性能测试,设计了基于FPGA的高速仿真系统.该系统实现了库所、变迁模块到硬件结构的映射,采用C语言实现了有色Petri网的硬件自动生成工具.通过分析有色Petri网的特征,该工具生成对应的Verilog代码和基于Quartus的自动脚本.以通信中"包传输"的模型为例,在FPGA中对生成的代码进行测试,验证了设计的正确性.

摘要： 点式-基于通信的列车控制(BM-CBTC)多模列控系统的模式切换时延对城市轨道交通运营效率有着较大影响.分析点式-基于通信的列车控制(BM-CBTC)系统模式切换功能及过程,建立基于有色Petri网(CPN)的模式切换模型,研究不同点式(BM)控制系统设计运行间隔下的系统切换实时性.实验表明,切换时延随着BM设计运行间隔增大而增加,当BM设计运行间隔为2 min时能将列车运行晚点时间控制在5 min以内.建立的CPN模型亦可为其他配置的多模列控系统切换的实时性分析作为参考.

摘要： 为了解决有色Petri网(CPN)对安全协议进行形式化建模分析时,仅能判断协议是否存在漏洞而无法找出漏洞具体位置和攻击路径的问题,以及CPN建模时随着攻击者模型引入,安全协议的形式化模型可能的消息路径数量激增,状态空间容易发生爆炸导致难以提取准确攻击路径的问题,改进了基于CPN的安全协议形式化建模方法,验证并提取攻击路径的同时,采用更细粒度的协议建模及控制.在状态空间收敛方面提出了CPN模型不同进程在各分层模型中等待?同步的方法控制状态空间规模.通过针对TMN协议的安全评估分析,成功提取出该协议25条攻击路径,评估了该协议安全性的同时证明了所述方法的有效性.

摘要： 车载中心化的列控系统是面向我国西部地区低密度线路的新型列控系统.为满足该列控系统由车载设备自主实现进路控制的需求,基于车载设备控制轨旁对象控制器实现进路资源占用和释放的思想,提出一种车载中心化的列车进路控制方法.首先按照列车进路控制流程,利用有色Petri网建立进路资源征用模型,通过模型仿真分析发现多车进路过程中存在潜在的"赛跑问题".然后根据列车进路作业原则,提出进路冲突资源分配目标函数,并基于分布式死锁预防方法和可用性检查技术,针对集中式轨旁控制器提出一种进路资源分配算法.最后利用进路资源分配算法修正进路资源征用模型.通过对修正前后模型仿真结果的分析,验证了该算法可以有效避免多车进路控制过程中的"赛跑问题",并能提升列车进路资源征用效率.

摘要： 短程无线通信技术快速发展,为基于通信的列车控制系统中的列车到列车(Train to train,T2T)通信链路提供了可行性.引入T2T链路将缩短追踪间隔、提高运营效率.形式化方法是一种系统设计技术,使用有严格数学定义的模型来确保所有行为按预期发生,而这正是所需的功能安全性验证.为了进行T2T通信链路的功能安全性验证,首先,建立了非赋时有色Petri网(Colored Petri net,CPN)模型.其次,执行验证过程,并从状态空间报告和计算树逻辑语句中得出结论.最后,模型参数化,并获得数据日志文件以进行性能测试.结果表明,满足所提出的准则,T2T链路的基本设计要求没有缺陷.传输时延计算中考虑了重连、传输错误、中断情况.端到端时延小于150 ms的概率为98.106％,符合规范及现场测试结果.

摘要： 过程挖掘的目的是通过分析系统中的日志以发现、构建和优化系统业务流程.现有的过程挖掘算法大多采用从控制流角度记录和观察进程工作流的系统日志,且日志在使用前需进行大量预处理工作将其转换为算法可识别的事件日志,不仅仅增加了挖掘难度,最终挖掘所获过程模型所含属性单一,很难准确描述实际流程的运作.为减少预处理工作,增强过程挖掘算法挖掘能力,基于系统事件执行详情,通过可利用属性的提取,提出了增强日志的概念,并基于增强日志开发出一种新的过程挖掘算法.此方法利用增强日志中的附加属性,识别事件结构,通过有色Petri网的加入,挖掘出具有场景信息的过程模型.最后通过一个具体的挖掘实例进一步说明了该方法的可行性及结果的可扩展性.

摘要： 驼峰解体作业过程是车列在编组站作业的重要环节,对车列在编组站停留时间影响较大.为提升铁路服务水平,提高车列在编组站的作业效率,满足托运人对运输时效性的要求,基于排队论理论构建解体系统“有中断服务的M/En/1”排队论模型,并采用有色Petri网的排队系统仿真模型对车列在驼峰解体过程中的作业指标值进行验证.结果 表明:应用排队论得到的结果与仿真结果的最大、最小值的差值在95％的置信区间内,车列在解体系统内平均停留时间为56.9 min,该结果与实际作业情况基本符合,验证了编组站有中断服务的驼峰解体作业过程模型的有效性,具有一定的创新性,为提高车列在编组站作业效率提供理论依据.

摘要： 监控与数据采集(SCADA)系统是一种主要的工业控制系统类型.DNP3是标准的SCADA协议,主要用于主控站和节点之间通信,DNP3-SA是DNP3协议中一种用于保证端到端通信安全的安全认证机制.本文利用有色Petri网对DNP3-SA协议进行形式化建模,文中提出的DNP3-SA有色Petri网模型可以测试和验证篡改等攻击场景.利用文中有色Petri网模型分析发现了DNP3-SA协议中的一个未知安全隐患,攻击者在没有共享密钥的条件下通过使用任意的变量可以重放认证命令,能够通过网络访问DNP3设备.

摘要： 监控与数据采集(SCADA)系统是一种主要的工业控制系统类型.DNP3是标准的SCADA协议,主要用于主控站和节点之间通信,DNP3-SA是DNP3协议中一种用于保证端到端通信安全的安全认证机制.本文利用有色Petri网对DNP3-SA协议进行形式化建模,文中提出的DNP3-SA有色Petri网模型可以测试和验证篡改等攻击场景.利用文中有色Petri网模型分析发现了DNP3-SA协议中的一个未知安全隐患,攻击者在没有共享密钥的条件下通过使用任意的变量可以重放认证命令,能够通过网络访问DNP3设备.

摘要： 监控与数据采集(SCADA)系统是一种主要的工业控制系统类型.DNP3是标准的SCADA协议,主要用于主控站和节点之间通信,DNP3-SA是DNP3协议中一种用于保证端到端通信安全的安全认证机制.本文利用有色Petri网对DNP3-SA协议进行形式化建模,文中提出的DNP3-SA有色Petri网模型可以测试和验证篡改等攻击场景.利用文中有色Petri网模型分析发现了DNP3-SA协议中的一个未知安全隐患,攻击者在没有共享密钥的条件下通过使用任意的变量可以重放认证命令,能够通过网络访问DNP3设备.

摘要： 监控与数据采集(SCADA)系统是一种主要的工业控制系统类型.DNP3是标准的SCADA协议,主要用于主控站和节点之间通信,DNP3-SA是DNP3协议中一种用于保证端到端通信安全的安全认证机制.本文利用有色Petri网对DNP3-SA协议进行形式化建模,文中提出的DNP3-SA有色Petri网模型可以测试和验证篡改等攻击场景.利用文中有色Petri网模型分析发现了DNP3-SA协议中的一个未知安全隐患,攻击者在没有共享密钥的条件下通过使用任意的变量可以重放认证命令,能够通过网络访问DNP3设备.

摘要： 监控与数据采集(SCADA)系统是一种主要的工业控制系统类型.DNP3是标准的SCADA协议,主要用于主控站和节点之间通信,DNP3-SA是DNP3协议中一种用于保证端到端通信安全的安全认证机制.本文利用有色Petri网对DNP3-SA协议进行形式化建模,文中提出的DNP3-SA有色Petri网模型可以测试和验证篡改等攻击场景.利用文中有色Petri网模型分析发现了DNP3-SA协议中的一个未知安全隐患,攻击者在没有共享密钥的条件下通过使用任意的变量可以重放认证命令,能够通过网络访问DNP3设备.

摘要： 计算机网络利用是计算机网络对抗中信息获取的主要手段.移动代理的引入使得计算机网络利用系统具有了更大的自主性。本文提出了一种基于移动Agent,具有信息和知识的自我转换功能,可根据预先制定的意图在网络中移动,获取信息.本文使用Petri网对该模型建模并分析和验证,该系统满足计算系统的可达、有界和活性等性质,在理论上可行.

摘要： 计算机网络利用是计算机网络对抗中信息获取的主要手段.移动代理的引入使得计算机网络利用系统具有了更大的自主性。本文提出了一种基于移动Agent,具有信息和知识的自我转换功能,可根据预先制定的意图在网络中移动,获取信息.本文使用Petri网对该模型建模并分析和验证,该系统满足计算系统的可达、有界和活性等性质,在理论上可行.

摘要： 计算机网络利用是计算机网络对抗中信息获取的主要手段.移动代理的引入使得计算机网络利用系统具有了更大的自主性。本文提出了一种基于移动Agent,具有信息和知识的自我转换功能,可根据预先制定的意图在网络中移动,获取信息.本文使用Petri网对该模型建模并分析和验证,该系统满足计算系统的可达、有界和活性等性质,在理论上可行.

摘要： 计算机网络利用是计算机网络对抗中信息获取的主要手段.移动代理的引入使得计算机网络利用系统具有了更大的自主性。本文提出了一种基于移动Agent,具有信息和知识的自我转换功能,可根据预先制定的意图在网络中移动,获取信息.本文使用Petri网对该模型建模并分析和验证,该系统满足计算系统的可达、有界和活性等性质,在理论上可行.

摘要： 计算机网络利用是计算机网络对抗中信息获取的主要手段.移动代理的引入使得计算机网络利用系统具有了更大的自主性。本文提出了一种基于移动Agent,具有信息和知识的自我转换功能,可根据预先制定的意图在网络中移动,获取信息.本文使用Petri网对该模型建模并分析和验证,该系统满足计算系统的可达、有界和活性等性质,在理论上可行.

摘要： 本发明公开了一种FPGA加速的有色Petri网仿真方法及Verilog HDL代码生成工具，针对基于通用计算机系统的软件相较于基于FPGA的硬件系统仿真速度较慢，且难以描述Petri网的并发结构；而人工使用Verilog进行有色Petri网的描述会随有色Petri网规模的增加而难以实现的问题，本发明提供了一套标准的FPGA加速的有色Petri网Verilog HDL代码生成工具，仅需要编写Petri网描述文档，通过结构体循环方式自动生成代码，避免了人工编写的困难，将生成的Verilog描述文件经过综合、布局布线生成FPGA配置文件后，能够借助FPGA加速提高仿真的速度。

摘要： 本发明公开了一种基于层次化的有色广义随机Petri网的云数据中心IT架构服务可靠性建模方法，针对相应的IT架构的服务可靠性研究存在的局限性，利用层次化建模方法，基于融合了有色Petri网和广义随机Petri网建立了层次化的有色广义随机Petri网(Hierarchical Colored Generalized Stochastic Petri Net,HCGSPN)系统模型，不仅刻画了IT架构对于服务请求的处理过程，还体现了外界到来的服务请求的时间变化特性及IT架构的实时资源使用情况与节点工作状态。从而能够实现服务可靠性的评估以及进一步提高服务可靠性的资源配置策略，为云数据中心IT架构的设计与运维提供参考。

摘要： 本发明提供一种基于有色Petri网的城市交通系统建模方法及系统。其中，所述基于有色Petri网的城市交通系统建模方法包括：建立交叉口路段的Petri网交通流模型，所述交叉口路段的Petri网交通流模型中采用不同颜色的变迁代表车辆进入不同的区域，采用不同颜色的令牌代表不同行使方向的车辆；建立交叉口信号控制模型，所述交叉口信号控制模型的交通信号控制中加入了相位损失时间。所述相位损失时间包括绿初损失时间和黄末损失时间。本发明的方案加入了相位损失时间，使得所建模型更具实际意义，同时所建模型可以方便的对各种信号控制方案策略进行评价。

摘要： 本发明公开了一种Web服务组合到有色Petri网模型的转化方法，包括：形式化定义所获取的采用OWL‑S语言描述的Web服务组合和有色Petri网；基于有色Petri网，对形式化定义后的Web服务组合进行建模；对建模后的Web服务组合进行结构转化和数据流转化以获取相应的有色Petri网模型。本发明的转化方法，其中包括控制结构的绑定、参数绑定的转化，参数绑定主要针对基于资源描述框架模式的参数类型到CPN模型中颜色令牌的转化。相对于原来形式化转化方法，本发明更注重有色Petri模型与原Web服务组合的一致性，不仅支持结构化的转化方式，还支持参数类型检查、表达式映射的功能。

摘要： 本发明公开了一种基于有色Petri网的系统综合评估方法，针对复杂系统进行四性评估时四性之间仍存在“两张皮”现象，首先定义了一种新的综合评估体系，建立了该体系的四性一体化综合评估模型，其次，利用有色Petri网的强大描述能力，将复杂系统的四性状态分为三类：可用性（可靠性、维修性）、测试性和安全性，同时给这三类状态进行染色，将Petri网中代表可用性的托肯定义为黄色；代表安全性的托肯定义为蓝色；代表测试性的托肯定义为紫色，最终，利用建立的四性一体化综合评估模型和四性有色Petri网完成复杂系统的综合评估工作，同时本发明是设计和评估的循环过程。本发明提出的基于有色Petri网的系统综合评估方法有效解决目前四性的“割裂”问题。

摘要： 本发明公开了一种FPGA加速的有色Petri网仿真方法及Verilog HDL代码生成工具，针对基于通用计算机系统的软件相较于基于FPGA的硬件系统仿真速度较慢，且难以描述Petri网的并发结构；而人工使用Verilog进行有色Petri网的描述会随有色Petri网规模的增加而难以实现的问题，本发明提供了一套标准的FPGA加速的有色Petri网Verilog HDL代码生成工具，仅需要编写Petri网描述文档，通过结构体循环方式自动生成代码，避免了人工编写的困难，将生成的Verilog描述文件经过综合、布局布线生成FPGA配置文件后，能够借助FPGA加速提高仿真的速度。

摘要： 本发明公开了一种基于层次化的有色广义随机Petri网的云数据中心IT架构服务可靠性建模方法，针对相应的IT架构的服务可靠性研究存在的局限性，利用层次化建模方法，基于融合了有色Petri网和广义随机Petri网建立了层次化的有色广义随机Petri网(Hierarchical Colored Generalized Stochastic Petri Net,HCGSPN)系统模型，不仅刻画了IT架构对于服务请求的处理过程，还体现了外界到来的服务请求的时间变化特性及IT架构的实时资源使用情况与节点工作状态。从而能够实现服务可靠性的评估以及进一步提高服务可靠性的资源配置策略，为云数据中心IT架构的设计与运维提供参考。

摘要： 本发明提供一种基于有色Petri网的城市交通系统建模方法及系统。其中，所述基于有色Petri网的城市交通系统建模方法包括：建立交叉口路段的Petri网交通流模型，所述交叉口路段的Petri网交通流模型中采用不同颜色的变迁代表车辆进入不同的区域，采用不同颜色的令牌代表不同行使方向的车辆；建立交叉口信号控制模型，所述交叉口信号控制模型的交通信号控制中加入了相位损失时间。所述相位损失时间包括绿初损失时间和黄末损失时间。本发明的方案加入了相位损失时间，使得所建模型更具实际意义，同时所建模型可以方便的对各种信号控制方案策略进行评价。

摘要： 本发明涉及一种基于有色Petri网的FMS生产仿真分配方法，其特点是采用以下步骤：首先，建立生产调度系统模型，获得定制加工策略图。之后，建立Petri网系统模型，综合加工策略图与Petri网系统模型，获取整合式Petri网模型。接着，进行生产调度系统验证，对CPN模型进行仿真后排查死锁。这样，能够将现有生产环节中系统控制模型的各种逻辑关系清晰地反映在整个加工过程中，使系统有序地完成指定的加工任务。同时，能够在CPNTools环境下对系统模型进行仿真，实现在不同布局、不同工件数、不同静态调度结果下的FMS的运行情况。更为重要的是，采用本发明方法实现的应用系统，具有良好的分析与设计适应性。

摘要： 本发明公开了一种基于有色Petri网的系统综合评估方法，针对复杂系统进行四性评估时四性之间仍存在“两张皮”现象，首先定义了一种新的综合评估体系，建立了该体系的四性一体化综合评估模型，其次，利用有色Petri网的强大描述能力，将复杂系统的四性状态分为三类：可用性（可靠性、维修性）、测试性和安全性，同时给这三类状态进行染色，将Petri网中代表可用性的托肯定义为黄色；代表安全性的托肯定义为蓝色；代表测试性的托肯定义为紫色，最终，利用建立的四性一体化综合评估模型和四性有色Petri网完成复杂系统的综合评估工作，同时本发明是设计和评估的循环过程。本发明提出的基于有色Petri网的系统综合评估方法有效解决目前四性的“割裂”问题。