Моделирование ИС в CPN Tools

 

 

 

_x  ^u

 

_x

 

 

 

home c 

Cinderella 

 

x

 

 

_1`pumpkin 

 

go to ball 

 

x

ball 

 

1  ^1`Cinderella c

 

 

 

_{x  sack of rice} 

₄₃₁    ^431`rice

 

 

 

supernature 

Fairy f 

 

 

z  12`mouse magic 

 

 

mice 

g

 

if y=rice then 1`rice else empty

12   ^12`mouse

_m

 

^{sack of wheet} 

^{822    822`wheat}

 

 

_v

1000`rice++2000`wheat++3000`oat

 

 

 

569`rice++

₃₄₈₄  ^1178`wheat++

1737`oat 

 

 

sack with ^y mixture

 

_g 

 

 

sort 

 

if y=wheat then 1`wheat else empty

 

 

if y=oat then 1`oat else empty

 

 

 

sack of oat 

1263  ^1263`oat g

 

10

 

Золушка прибыла на балл, мыши занимаются своей работой, Фея исчезла. Мыши выбрали 431 зерно риса, 822 зерна пшеницы и 1263 зерна овса. В этой маркировке есть два разрешенных перехода: sort и «go home». Рассмотрим способ сортировки зерен в этой модели. Переход sort извлекает одно зерно в переменную y, но это зерно должно быть помещено только в одну из позиций:

^{«sack of rice» (мешок  с рисом), «sack of wheat» (мешок  с}

пшеницей), «sack of oat» (мешок  с овсом). Атрибуты выходных дуг содержат условия,  выбирающие только зерна необходимого сорта, иначе выбирается специальная фишка Empty (пусто). Фишка Empty означает

«ничего».

Подробное рассмотрение вышеуказанного примера открывает множество отличий от оригинальной сказки. Например, в данной модели вообще не рассматривается понятие времени и предупреждение Феи о полуночи. Рекомендуется исследовать эту модель и найти все ее недостатки. После изучения CPN Tools можно построить свою собственную модель, полностью

соответствующую сказке.

Отметим, что вышеуказанный сказочный пример дает представление об организации моделей телекоммуникационных систем и сетей. Работа мышей похожа на функцию сетевого маршрутизатора.  Реальный пример модели коммутируемой сети Ethernet приведен в Приложении. Но для того, чтобы понять, как он работает, необходимо изучить следующие главы данного учебного пособия.

 

 

2. Назначение и основные функции CPN Tools

 

 

2.1. Назначение CPN Tools

 

CPN Tools используется  для построения и анализа моделей. Это – жизненно важная система для разработки сложных объектов в различных прикладных областях. Она широко применяется для  менеджмента  в производстве  и бизнесе, управления   производственными системами и роботами, а также транспортными средствами и ракетами, для планирования военных операций. Полный список реальных применений можно найти на домашней странице CPN Tools http://www.daimi.au.dk/CPNTools/. CPN Tools в настоящее время реализована в ОС Windows и на платформах Unix; она, по существу, является новым поколением ранее использованной системы Design- CPN.

Что касается области телекоммуникаций, CPN Tools применяется для спецификации и верификации протоколов, оценки пропускной способности

сетей и качества обслуживания, проектирования телекоммуникационных устройств и сетей. В последнее время корпорация Nokia применяет CPN Tools для управляемой моделью разработки мобильных телефонов нового поколения. Это направление является перспективным и эффективным для проектирования

сложных технических устройств. Раньше модели использовались только для оценки характеристик устройств или сетей в процессе их проектирования. В

 

11

 

управляемом моделью проектировании исходная простая модель последовательно преобразуется в заключительные спецификации системы. Процесс такого проектирования состоит в наделении модели всё большим количеством свойств и характеристик реальной системы, до тех пока она не становится технической спецификацией, необходимой для производства или инсталляции. Преимуществом этого подхода является возможность анализа системы на каждом этапе проектирования, оценки ее свойств и характеристик (соответствует ли она требованиям?). Это позволяет проектировать системы, близкие к оптимальным, так как для реальных сложных объектов формальное решение задачи оптимизации трудно реализуемо, а в большинстве случаев практически неосуществимо.

Что касается временных раскрашенных иерархических сетей Петри CPN Tools, они являются универсальной алгоритмической системой, позволяющей

описывать произвольные объекты. Кроме того, язык раскрашенных сетей Петри удобен   для изучения систем, особенно для систем со сложным взаимодействием между компонентами. Понятие асинхронных  событий позволяет описывать системы,  сохраняя  естественный параллелизм их поведения. Это очень удобно для дальнейшей реализации с использованием параллельных процессоров или компьютеров с  архитектурой управления потоками данных.

Наибольшие преимущества применения CPN Tools достигаются при использовании специальных процессоров сетей Петри (как аппаратных, так и программных). В этом случае заключительные спецификации системы в форме раскрашенной сети Петри могут быть загружены непосредственно в такой

процессор. Существует ряд известных примеров аппаратных процессоров сетей

Петри, например, сигнальные процессоры в контроллерах компании Klashka.

 

 

2.2. Основные функции CPN Tools

 

Основными функциями CPN Tools являются:

− создание (редактирование) моделей;

− анализ поведения моделей с помощью имитации динамики сети Петри;

− построение и анализ пространства состояний модели.

Для создания моделей предусмотрен специальный графический редактор раскрашенных сетей Петри. Редактор позволяет рисовать сети Петри на экране компьютера, вводить атрибуты элементов сети и дополнительные описания на языке CPN ML. Модель может состоять из нескольких страниц. Эти страницы связаны друг с другом для создания иерархической структуры.

Для достаточно простых  моделей возможна  генерация полного пространства состояний (графа достижимости). Это – лучший способ для верификации,  например, телекоммуникационных  протоколов. CPN Tools обеспечивает построение пространства состояний и автоматическую генерацию по нему отчёта, который содержит выводы о стандартных свойствах сетей Петри, таких  как ограниченность и живость. Кроме  того, предусмотрен специальный язык  на  основе языка CPN  ML  для описания  запросов о

 

12

 

нестандартных  свойствах пространства состояний, которые важны для пользователя. К сожалению, для сложных моделей пространство состояний может быть слишком большим, и его построение не представляется возможным.

Единственный способ для анализа сложных моделей – это имитация их поведения. CPN Tools предусматривает пошаговую имитацию для поиска и

устранения ошибок в разрабатываемой модели, а также автоматическое выполнение  определенного количества  шагов.  Имитация  на больших временных интервалах – это путь для статистического анализа поведения

модели. Такой подход применяется для оценки характеристик телекоммуникационных сетей, например, пропускной способности и качества обслуживания.

 

 

 

 

 

Литература

 

Зайцев Д.А., Шмелёва Т.Р. Моделирование коммутируемой локальной сети раскрашенными сетями Петри // Зв'язок, № 2(46), 2004, с. 56-60.

 

Зайцев Д.А. Измерительные  фрагменты  в моделях  Петри телекоммуникационных  сетей  //

Зв'язок №2(54), 2005, с. 65-71.

 

Зайцев Д.А., Шмелёва Т.Р. Основы построения параметрических моделей Петри коммутируемых сетей // Моделирование и компьютерная графика:  Материалы 1-й международной научно-технической конференции, 4-7 октября 2005, Донецк, ДонНТУ, 2005, с.207-215.

 

Зайцев Д.А., Березнюк М.В. Исследование эффективности использования адресного пространства протокола Bluetooth // Радиоэлектроника. Информатика. Управление. - 2006,

№1. - C. 57-63.

 

Зайцев Д.А., Сакун А.Л. Исследование эффективности технологии MPLS с помощью раскрашенных сетей Петри // Зв'язок. - 2006, №5. - C. 49-55.

 

Зайцев Д.А., Шмелёва Т.Р. Оценка характеристик сетей Ethernet с помощью параметрических моделей Петри // Зв'язок, № 4, 2007. - с. 62-67.