實驗一Petri網(wǎng)建模工具的使用

1、實驗一 petri網(wǎng)建模工具的使用一 實驗?zāi)康暮鸵?）了解petri網(wǎng)的特點。2）通過上機實踐，了解petrilab的使用，并借助該工具，對網(wǎng)上購物系統(tǒng)進行建模。二 實驗內(nèi)容與步驟1、petri網(wǎng)的描述petri 網(wǎng)是描述具有分布、并發(fā)、異步特征的離散事件動態(tài)系統(tǒng)的有效工具。作為一種圖示和數(shù)學(xué)融合的模型工具，petri 網(wǎng)有兩個顯著的特點。首先，作為一種圖示組合模型，具有直觀、易懂和易用的優(yōu)點，它能形象化地描述和分析系統(tǒng)的資源并發(fā)、同步(或異步)、并行、沖突分布等行為特征。其次，petri 網(wǎng)又有嚴格而準確的數(shù)學(xué)描述，可以借助數(shù)學(xué)工具得到 petri 網(wǎng)的分析方法和技術(shù)，可以對 petri

2、網(wǎng)進行靜態(tài)的結(jié)構(gòu)分析和動態(tài)的行為分析，能與隨機過程論、信息論結(jié)合在一起描述和分析系統(tǒng)的不確定性或隨機性。petri 網(wǎng)是由節(jié)點和有向弧組成的一種有向圖。它有兩類節(jié)點，一類稱為庫所(place)，另一類稱為變遷(transition)，兩類元素之間的連接用有向弧表示。petri 網(wǎng)中另一重要元素是令牌(token)，代表系統(tǒng)的條件、資源、狀態(tài)等。令牌在庫所中的分布稱為標識，用來描述網(wǎng)系統(tǒng)的狀態(tài)，其中網(wǎng)的初始標識記為m0 。2、一個網(wǎng)上購物的例子用戶小王(買方)正和一個網(wǎng)上商店服務(wù)器(賣方)通信以購買商品。為此小王需要發(fā)送她的信用卡細節(jié)給公共服務(wù)器(她已認證并確信和她通信的不是入侵者)。小王除了想

3、確保她的信用卡細節(jié)在傳輸中不被偷看外(用加密實現(xiàn))，還希望確保交易細節(jié)在到達服務(wù)器前不受任何改變。商店服務(wù)器需要使小王以后不能否認已完成的購買，并且需要小王已授權(quán)服務(wù)器支取她的信用卡帳目。為此，可用數(shù)字簽名：既為小王提供數(shù)據(jù)完整性，又為網(wǎng)上商店服務(wù)器提供不可否認功能。小王可用私鑰為消息產(chǎn)生和添加數(shù)字簽名，當(dāng)網(wǎng)上商店服務(wù)器接收到該消息后，它用小王的公鑰檢查數(shù)字簽名，驗證它是否與消息內(nèi)容匹配。若是，則消息一定是小王發(fā)出的，因為只有小王知道其私鑰，這樣就提供了不可否認。檢查數(shù)字簽名是否匹配消息也保證了消息的完整性。那么，服務(wù)器就可以記錄消息確實是由小王發(fā)出的了。網(wǎng)上購物系統(tǒng)中主要包括買方和賣方，實際

4、應(yīng)用中還應(yīng)該考慮有銀行系統(tǒng)，或其他貨幣系統(tǒng)，因為買方和賣方都可能要通過銀行轉(zhuǎn)帳或其他方式付款或收款，為簡化討論，我們不考慮這些細節(jié)，只考慮買方和賣方的行為安全性。圖1顧客訂單處理過程 petri網(wǎng)模型圖1給出了網(wǎng)上購物系統(tǒng)中客戶小王的訂單處理過程 petri網(wǎng)模型。其中p11：表示小王準備填寫訂單；p12：表示填寫好的訂單；p13：表示小王的私鑰；p14：表示簽名后的訂單；p15：表示訂單發(fā)送等待返回信息；p16：表示接收到的返回信息；mp11：表示客戶發(fā)送的訂單信息；mp12：表示客戶接收到的服務(wù)器的返回信息；t11：表示小王填寫訂單；t12：表示小王用自己的私鑰對訂單進行數(shù)字簽名；t13：

5、表示向賣方發(fā)送簽名后的訂單；t14：表示小王接收被賣方拒絕的訂單；t15：表示接收來自賣方的訂單確認信息；初始標識 m0(p11)=1，m0(p13)=1；圖2給出了網(wǎng)上購物系統(tǒng)中賣方的訂單處理過程 petri網(wǎng)模型。其中圖2服務(wù)器對訂單的處理過程petri網(wǎng)模型p21：表示服務(wù)器準備接收客戶的訂單；p22：表示接收到的加密后的訂單；p23：表示小王的公鑰；p24：表示解密后的訂單；p25：表示準備發(fā)送給客戶的返回信息；p26：表示完成發(fā)送返回信息；mp21：表示接收客戶訂單信息；mp22：表示發(fā)送服務(wù)器向客戶的返回信息；t21：表示接收小王的訂單；t22：表示賣方用小王的公鑰對訂單進行解密；

6、t23：表示賣方檢查小王訂單的合法性；t24：表示賣方向小王發(fā)送訂單被拒絕的信息；t25：表示賣方向小王發(fā)送訂單確認信息；初始標識 m0(p21)=1，m0(p23)=1；3、仿真軟件簡介petrilab：本軟件以petri網(wǎng)基本理論為基礎(chǔ)，用面向?qū)ο蟮乃枷?，將庫所、變遷和連接弧對象的“對象模型”和軟件系統(tǒng)模型有機結(jié)合在一起，使用軟件工程的方法，在windows平臺上實現(xiàn)了一個有著mdi圖形操作界面的軟件原型。該原型系統(tǒng)整合了模型輸入和動態(tài)演示功能，使用它，用戶可以很方便的輸入一個pn模型，并可以對它進行編輯、修改、存盤；借助它的動態(tài)演示（仿真）功能，用戶可以很容易地、直觀地分析一個pn模型。

7、本軟件原型能夠?qū)⒁粋€pn模型的實際運行情況正確并且高效的演示出來，效果非常好。軟件界面如圖3所示，功能介紹如圖4所示：借助于petrilab工具可以對 petri網(wǎng)模型進行很好的分析 ,還可以對模型進行仿真 ,在研究模型的過程中仿真是有效的檢測方式 ,可以看到數(shù)據(jù)的流動過程。圖3 petrilab界面圖4 petrilab功能介紹4、仿真模型建立由于工作流過程的復(fù)雜性，對于過程描述，建立可讀性強，又可以被計算機接受的模型變得尤為重要。petri 網(wǎng)兼顧了嚴格語義與圖形語言兩個方面，既有圖形化表達的形式語義，也有嚴格的數(shù)學(xué)定義和精確的語法、語義定義，表達方式比較直觀易懂，為分析提供有效的圖形工具

8、。因此它被認為是最有前途的工作流建模方法。petri 網(wǎng)具有基于狀態(tài)的建模方法，具有更豐富的表達能力，非常適合描述離散的動態(tài)模型。一個包含執(zhí)行狀態(tài)的工作流就是一個離散的動態(tài)模型，因為任務(wù)執(zhí)行的時間點就構(gòu)成了一個離散集合。petri 網(wǎng)可以明確定義模型元素的狀態(tài)，其執(zhí)行過程也是受狀態(tài)驅(qū)動的。這種基于狀態(tài)的過程定義可以嚴格區(qū)分活動的使能和活動的執(zhí)行；而且可以明確區(qū)分不同的狀態(tài)，具有更豐富的表達能力。輸入一個模型通常包含下面幾個操作：輸入庫所或變遷對象。建立連接弧。移動庫所或變遷位置。設(shè)置連接弧的拐點。設(shè)置對象的屬性。圖5為客戶對象建模，圖6為服務(wù)器對象建模：圖5客戶對象建模圖6服務(wù)器對象建模5、仿

9、真測試試驗petri 網(wǎng)不僅擁有規(guī)范而明確的語義定義與豐富的分析技術(shù)，而且基于 petri 網(wǎng)理論建立起來的工作流模型是一個可執(zhí)行模型，這使得我們能夠分析、證明、評價和模擬一個業(yè)務(wù)過程。另外基于 petri 網(wǎng)的工作流模型易于動態(tài)地修改工作流的執(zhí)行結(jié)構(gòu)，提高工作流管理系統(tǒng)的靈活性。正因如此，越來越多的人傾向于用 petri 網(wǎng)來描述工作流的形式化模型。在設(shè)置好模型（對象）的相關(guān)參數(shù)后，點擊“單步仿真”按鈕就可以進行單步仿真；點擊“完全仿真”按鈕，模型就會一直運行下去。仿真的結(jié)果是動態(tài)的，不是文字能夠描述出來的。圖7為客戶對象模型的運行，圖8為服務(wù)器對象模型的運行：圖7客戶對象模型運行圖8服務(wù)器對象模型運行6、