CN105468845B - 一种基于XML的Petri网运行方法及系统 - Google Patents

一种基于XML的Petri网运行方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于XML的Petri网运行方法及系统，该方法包括：获取Petri网的结构描述信息和基于XML描述的运行相关算法；利用结构描述信息和基于XML描述的运行相关算法，运行Petri网；其中，结构描述信息包括库所集信息、变迁集信息及流集信息。本发明中，Petri网的运行相关算法是预先使用XML进行描述的并且融入到Petri网的其它描述中，相较现有技术中引入用其它语言编写的算法，本发明有效提高了Petri网运行效率；同时，上述Petri网的结构描述信息中仅包含简单的基本结构信息，相较现有技术中PNML对Petri网的定义复杂且含有过多额外信息，本发明有利于提高Petri网的运行效率。

Description

一种基于XML的Petri网运行方法及系统
技术领域
本发明涉及分布式系统建模技术领域，特别是涉及一种基于XML的Petri网运行方法及系统。
背景技术
目前，作为分布式系统的建模和分析工具，Petri网已经形成了一套较为完善理论体系。传统的Petri网是基于图进行分析，比较直观，易于人的理解。随着软件技术的日益发展，研究人员越来越希望借助计算机来研究Petri网，更准确的说是希望借助一种Petri网工具来进行建模、模拟和分析，而Petri建模工具的基础是计算机可理解的Petri网定义。其中，XML(可扩展标记语言)作为当前广泛应用的标准的结构化语言，是Petri网语义载体的理想方案。
现有技术中，Petri网描述语言(Petri Net Markup Language，PNML)是一个基于XML的Petri网的交换格式，可以通过文件形式定义一个Petri网的结构，并且可以通过特定的Petri网类型定义(Petri Net Type Definition，PNTD)来针对不同类型的Petri网定义不同的Petri网的特定属性。
但是，由于PNML追求交换的标准化，使得其自身过于规范化，首先，在Petri网运行过程中需要引入用其它(非XML)语言编写的算法代码，影响了运行效率；其次，原本解析XML文件就是Petri建模工具执行效率的瓶颈，而PNML对Petri网的定义复杂且含有过多额外信息，这同样也影响了对Petri网XML文件的解析效率。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种基于XML的Petri网运行方法及系统，以克服现有技术中引入用其它语言编写的算法代码以及PNML对Petri网的定义复杂且含有过多额外信息影响运行效率的缺点，进而提高Petri网的运行效率。
为解决上述技术问题，本发明提供一种基于XML的Petri网运行方法，包括：
获取Petri网的结构描述信息；
获取基于XML描述的运行相关算法；
利用所述结构描述信息和所述基于XML描述的运行相关算法，运行所述Petri网；
其中，所述结构描述信息包括库所集信息、变迁集信息以及流集信息。
上述方法中，优选的，在所述利用所述结构描述信息和所述基于XML描述的运行相关算法，运行所述Petri网过程中，还包括：
调用基于XML描述的状态监控进程，对所述库所集、所述变迁集和所述流集的运行状态进行监控；
其中，所述监控进程包括库所集监控进程、变迁集监控进程以及流集监控进程。
上述方法中，优选的，在所述调用基于XML描述的状态监控进程，对所述库所集、所述变迁集和所述流集的运行状态进行监控之后，还包括：
分别保存监控到的所述库所集、所述变迁集和所述流集的运行状态。
上述方法中，优选的，在所述利用所述结构描述信息和所述基于XML描述的运行相关算法，运行所述Petri网的过程中，还包括：
利用基于XML描述的可覆盖性图对所述Petri网的状态变化和变迁发生序列情况进行分析；
其中，所述可覆盖性图包括标识向量和可达弧。
上述方法中，优选的，所述运行相关算法包括前集基本量算法、后集基本量算法及基于迁移规则的Petri网运行算法。
本发明还提供了一种基于XML的Petri网运行系统，包括：
第一获取单元，用于获取Petri网的结构描述信息；
第二获取单元，用于获取基于XML描述的运行相关算法；
运行单元，用于利用所述结构描述信息和所述基于XML描述的运行相关算法，运行所述Petri网；
其中，所述结构描述信息包括库所集信息、变迁集信息以及流集信息。
上述系统中，优选的，还包括：
监控单元，用于在所述利用所述结构描述信息和所述基于XML描述的运行相关算法，运行所述Petri网过程中，调用基于XML描述的状态监控进程，对所述库所集、所述变迁集和所述流集的运行状态进行监控；
其中，所述监控进程包括库所集监控进程、变迁集监控进程以及流集监控进程。
上述系统中，优选的，还包括：
存储单元，用于在所述调用基于XML描述的状态监控进程，对所述库所集、所述变迁集和所述流集的运行状态进行监控之后，分别保存监控到的所述库所集、所述变迁集和所述流集的运行状态。
上述系统中，优选的，还包括：
分析单元，用于在所述利用所述结构描述信息和所述基于XML描述的运行相关算法，运行所述Petri网的过程中，利用基于XML描述的可覆盖性图对所述Petri网的状态变化和变迁发生序列情况进行分析；
其中，所述可覆盖性图包括标识向量和可达弧。
上述系统中，优选的，所述运行相关算法包括前集基本量算法、后集基本量算法及基于迁移规则的Petri网运行算法。
以上本发明提供的一种基于XML的Petri网运行方法及系统中，先获取Petri网的结构描述信息和基于XML描述的运行相关算法，然后利用获取到的结构描述信息和基于XML描述的运行相关算法，运行Petri网。本发明中，Petri网的运行相关算法是预先使用XML进行描述好的并且融入到Petri网的其它描述中，相较现有技术中引入用其它(非XML)语言编写的算法代码，本发明有效提高了Petri网运行效率；同时，上述Petri网的结构描述信息中仅包含简单的基本结构信息(库所集信息、变迁集信息以及流集信息)，相较现有技术中PNML对Petri网的定义复杂且含有过多额外信息，本发明有利于提高Petri网的运行效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种基于XML的Petri网运行方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的一个简单的Petri网∑1的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一个Petri网∑1的进程的示意图；
图4为本发明实施例提供的一种Petri网∑1的可覆盖性图的示意图；
图5为本发明实施例提供的一种基于XML的Petri网运行系统的结构框图示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的核心是提供一种基于XML的Petri网运行方法及系统，以克服现有技术中引入用其它语言编写的算法代码以及PNML对Petri网的定义复杂且含有过多额外信息影响运行效率的缺点，进而提高Petri网的运行效率。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
参考图1，图1示出了本发明实施例提供的一种基于XML的Petri网运行方法的流程图，该方法具体可以包括如下步骤：
步骤S100、获取Petri网的结构描述信息。
其中，结构描述信息包括库所集信息、变迁集信息以及流集信息。
上述Petri网的结构描述信息中仅包含简单的基本结构信息，相较现有技术中PNML对Petri网的定义复杂且含有过多额外信息，本发明有利于提高Petri网的运行效率。
在现有技术中，PNML对Petri网的定义复杂且含有过多额外信息具体体现在：1)定义复杂。PNML中涉及了诸多概念和技术，如PNTD、元模型和Convention等，给Petri网建模人员学习带来了很多麻烦；2)含有过多额外信息。PNML中定义的网不仅含有Petri网信息，还含有一些额外信息，比如图形信息和工具信息等，这些是建模人员所不关心的。可以理解的是，实际上，本发明所提供的是一种轻量级的基于XML的Petri网运行方法(Light-weightPetri net Markup Language，LPML)，LPML注重Petri网的概念，只包含了最基本的结构信息，没有添加其它额外的信息。
在实际应用中，LMPL定义了对原型Petri网的描述，原型Petri因为结构简单，很适合对Petri网进行分析。以下示出了一种原型Petri网的描述代码，以BNF文法表示：
net::＝<net id＝"ncname">
places
transitions
flows
</net>
places::＝<places>s*</places>
transition::＝<transitions>t*</transitions>
flow::＝<flows>f*</flows>
s::＝<s id＝"ncname">
name
making
</s>
t::＝<t id＝"ncname">
name
</t>
f::＝<f id＝"ncname">
source
target
</f>
其中，一个网(net)是由库所集(places)、变迁集(transitions)和流集(flows)组成的(因为XML文档在解析时是树型的数据结构，所以在下文各种算法中分别称为places子树、transitions子树和flows子树)。具体地，库所集由库所(s)组成，变迁集由变迁(t)组成，流集由流关系(f)组成。进一步地，对于每个库所，描述其名称(name)和标示(making)，对于流关系，描述其源(source)和目标(target)。图2示出了一个简单的Petri网∑1，以下示出了图2中∑1的一种LPML描述代码：
这里需要说明的是，以上Petri网∑1及其LPML描述代码是为了方便本领域技术人员理解本发明提供的技术方案而举的具体例子，本发明在此不对其作出严格的限定，本领域技术人员可根据实际情况进行实施。以下的具体例子类似。
步骤S101、获取基于XML描述的运行相关算法。
其中，上述运行相关算法包括前集·x基本量算法、后集x·基本量算法及基于迁移规则的Petri网运行算法。
Petri网已经形成了较为完善的分析理论，在各种分析方法中，常用到几种基本量，如前集·x、后集x·和关联矩阵等。下面给出基于LPML的上述基本量的算法，这些算法可以封装成API提供给用户使用。
算法1·x求解算法
1)对于库所(变迁)x，初始化
2)遍历flows子树的每个f元素，若f元素的target为x，则将f的source加入·x。
算法2x·求解算法
1)对于库所(变迁)x，初始化
2)遍历flows子树的每个f元素，若f元素的source为x，则将f的target加入x·。
算法3LPML的运行算法
上面给出了原型Petri网的LPML描述方法，由原型Petri网的变迁发生规则，可以得到基于LPML的Petri网运行算法。
1)对于变迁t，利用算法1和算法2求得t·和·t；
2)在places子树中遍历·t中的每个库所，若每个库所的making大于1，则t可发生，
3)变迁t发生后，对places中的每个s，若s∈t·-·t，则s的marking加1，若s∈·t-t·，则s的marking减1，其他情况s的marking不变，网系统的标识M变化为标识M'。
步骤S102、利用结构描述信息和基于XML描述的运行相关算法，运行Petri网。
本发明中，上述Petri网的结构描述信息中仅包含简单的基本结构信息，相较现有技术中PNML对Petri网的定义复杂且含有过多额外信息，本发明有利于提高Petri网的运行效率。在此基础上，本发明中，Petri网的运行相关算法是预先使用XML进行描述好的并且融入到Petri网的其它描述中，相较现有技术中引入用其它(非XML)语言编写的算法代码，本发明进一步提高了Petri网运行效率。
在现有技术中，由于PNML无法描述Petri网的运行状态导致在Petri网的运行过程中无法了解Petri网的运行状态，针对该问题，在本发明另一实施例中，基于上述本发明实施例所公开的技术方案，在利用结构描述信息和基于XML描述的运行相关算法，运行Petri网过程中，还包括：
调用基于XML描述的状态监控进程，对库所集、变迁集和流集的运行状态进行监控；
其中，监控进程包括库所集监控进程、变迁集监控进程以及流集监控进程。
进一步地，在对库所集、变迁集和流集的运行状态进行监控时，分别保存监控到的库所集、变迁集和流集的运行状态。
在实际应用中，Petri网进程可以描述系统的运行状况，LPML中定义了Petri网进程描述方法，以下示出了一种Petri网进程描述代码：
process::＝<process net＝"ncname"id＝"ncname">
b*
e*
c*
</process>
b::＝<b s＝"ncname"id＝"ncname">
name
</b>
e::＝<e t＝"ncname"id＝"ncname">
name
</e>
c::＝<c id＝"ncname">
source
target
</c>
其中，Petri网进程由b、e和c三个集合组成，分别是Petri网s、t和f的映射。利用进程描述可以保存Petri网的不同运行状态。图3示出了一个Petri网∑1的进程，以下为∑1进程的LPML描述代码：
<process net＝"000"id＝"012">
<b s＝"001"id＝"013">
<name>b1</name>
</b>
<b s＝"003"id＝"014">
<name>b2</name>
</b>
<b s＝"001"id＝"015">
<name>b3</name>
</b>
<e t＝"002"id＝"016">
<name>e1</name>
</e>
<e t＝"004"id＝"017">
<name>e2</name>
</e>
<c id＝"018">
<source>013</source>
<target>016</target>
</c>
<c id＝"019">
<source>016</source>
<target>014</target>
</c>
<c id＝"020">
<source>014</source>
<target>017</target>
</c>
<c id＝"021">
<source>017</source>
<target>015</target>
</c>
</process>
LPML作为一种分布式系统建模分析方法，可以方便的定义Petri网的结构，保存Petri网的运行状况和对Petri网进行分析。同时，LPML在设计时注重对Petri网的描述，没有引入非Petri网元素，使得描述文件便于保存，传输和解析。
基于上述本发明各实施例所公开的技术方案，在本发明再一实施例中，在利用结构描述信息和基于XML描述的运行相关算法，运行Petri网的过程中，还包括：
利用基于XML描述的可覆盖性图对Petri网的状态变化和变迁发生序列情况进行分析；
其中，可覆盖性图包括标识向量和可达弧。
在现有技术中，可达标示图是分析有界Petri网性质的重要工具，但对于无界Petri网，则不能画出其可达标示图，于是就有了可覆盖性树(图)的概念。虽然可覆盖性图由于无界量符号ω的引进而引起信息丢失，但仍可以分析Petri网的状态变化和变迁发生序列情况，所以在LPML中，定义了可覆盖性描述方法。以下给出了可覆盖性图描述代码：
CG::＝<CG net＝"ncname"id＝"ncname">
makingVector*
reachableArc*
</CG>
makingVector::＝<makingVector id＝"ncname">
value
</makingVectors>
reachableArc:＝<reachableArc>
label
soruceMakingVector
targetMakingVector
</reachableArc>
其中，一个可覆盖性图由标识向量(makingVector)和可达弧(reachableArc)组成，表示向量是一个以逗号分割的字符串，如“1,2,3”，其中的分量可用ω表示无界量。可达弧由发生变迁作为标签(label)，由sourceMakingVector描述源标识向量，由targetMakingVector描述目的标识向量。图4示出了Petri网∑1的可覆盖性图，以下是Petri网∑1的可覆盖性图的LPML描述代码：
基于上述本发明实施例提供的基于XML的Petri网运行方法，本发明实施例还提供了一种基于XML的Petri网运行系统，参考图5，该系统500可以包括如下内容：
第一获取单元501，用于获取Petri网的结构描述信息；
第二获取单元502，用于获取基于XML描述的运行相关算法；
运行单元503，用于利用结构描述信息和基于XML描述的运行相关算法，运行Petri网；
其中，结构描述信息包括库所集信息、变迁集信息以及流集信息。
上述系统500还可以包括：监控单元，用于在利用结构描述信息和基于XML描述的运行相关算法，运行Petri网过程中，调用基于XML描述的状态监控进程，对库所集、变迁集和流集的运行状态进行监控；
其中，监控进程包括库所集监控进程、变迁集监控进程以及流集监控进程。
上述系统500还可以包括：存储单元，用于在调用基于XML描述的状态监控进程，对库所集、变迁集和流集的运行状态进行监控之后，分别保存监控到的库所集、变迁集和流集的运行状态。
上述系统500还可以包括：分析单元，用于在利用结构描述信息和基于XML描述的运行相关算法，运行Petri网的过程中，利用基于XML描述的可覆盖性图对Petri网的状态变化和变迁发生序列情况进行分析；
其中，可覆盖性图包括标识向量和可达弧。
上述系统500中，运行相关算法包括前集基本量算法、后集基本量算法及基于迁移规则的Petri网运行算法。
需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。对于系统类实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
以上对本发明所提供的一种基于XML的Petri网运行方法及系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于XML的Petri网运行方法，其特征在于，包括：
获取Petri网的结构描述信息；
获取基于XML描述的运行相关算法；
利用所述结构描述信息和所述基于XML描述的运行相关算法，运行所述Petri网；
其中，所述结构描述信息只包括基本结构信息，所述基本结构信息包括库所集信息、变迁集信息以及流集信息，所述基本结构信息不包括图形信息和工具信息。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述利用所述结构描述信息和所述基于XML描述的运行相关算法，运行所述Petri网过程中，还包括：
调用基于XML描述的状态监控进程，对所述库所集、所述变迁集和所述流集的运行状态进行监控；
其中，所述监控进程包括库所集监控进程、变迁集监控进程以及流集监控进程。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述调用基于XML描述的状态监控进程，对所述库所集、所述变迁集和所述流集的运行状态进行监控之后，还包括：
分别保存监控到的所述库所集、所述变迁集和所述流集的运行状态。
4.如权利要求1至3任意一项所述的方法，其特征在于，在所述利用所述结构描述信息和所述基于XML描述的运行相关算法，运行所述Petri网的过程中，还包括：
利用基于XML描述的可覆盖性图对所述Petri网的状态变化和变迁发生序列情况进行分析；
其中，所述可覆盖性图包括标识向量和可达弧。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述运行相关算法包括前集基本量算法、后集基本量算法及基于迁移规则的Petri网运行算法。
6.一种基于XML的Petri网运行系统，其特征在于，包括：
第一获取单元，用于获取Petri网的结构描述信息；
第二获取单元，用于获取基于XML描述的运行相关算法；
运行单元，用于利用所述结构描述信息和所述基于XML描述的运行相关算法，运行所述Petri网；
其中，所述结构描述信息只包括基本结构信息，所述基本结构信息包括库所集信息、变迁集信息以及流集信息，所述基本结构信息不包括图形信息和工具信息。
7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，还包括：
监控单元，用于在所述利用所述结构描述信息和所述基于XML描述的运行相关算法，运行所述Petri网过程中，调用基于XML描述的状态监控进程，对所述库所集、所述变迁集和所述流集的运行状态进行监控；
其中，所述监控进程包括库所集监控进程、变迁集监控进程以及流集监控进程。
8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，还包括：
存储单元，用于在所述调用基于XML描述的状态监控进程，对所述库所集、所述变迁集和所述流集的运行状态进行监控之后，分别保存监控到的所述库所集、所述变迁集和所述流集的运行状态。
9.如权利要求6至8任意一项所述的系统，其特征在于，还包括：
分析单元，用于在所述利用所述结构描述信息和所述基于XML描述的运行相关算法，运行所述Petri网的过程中，利用基于XML描述的可覆盖性图对所述Petri网的状态变化和变迁发生序列情况进行分析；
其中，所述可覆盖性图包括标识向量和可达弧。
10.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述运行相关算法包括前集基本量算法、后集基本量算法及基于迁移规则的Petri网运行算法。
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