基于時空Petri網(wǎng)的CPS建模與驗證研究.pdf

1、信息物理融合系統(tǒng)(Cyber Physical System, CPS)是一種融合計算系統(tǒng)、物理環(huán)境、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的多維復(fù)雜系統(tǒng)。CPS通過3C操作的有機(jī)融合與深度協(xié)作，精確控制物理環(huán)境中的物理實體協(xié)同工作，實現(xiàn)物理環(huán)境的實時感知和動態(tài)控制。CPS實現(xiàn)了計算、通信與控制的一體化，與傳統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)相比更加可靠、高效，并且提升協(xié)同計算處理能力，具有廣泛的應(yīng)用前景，是未來嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展方向。
　　然而，CPS在具備以上優(yōu)點的同時，也面臨巨

2、大難題。由于CPS是多個異構(gòu)子系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)相融合的大型、異構(gòu)、分布式實時反饋系統(tǒng)，系統(tǒng)復(fù)雜度遠(yuǎn)超一般信息系統(tǒng)，同時CPS又引入了改變物理環(huán)境的控制系統(tǒng)，這些都給開發(fā)帶來巨大困難。尋找一種適用于CPS的開發(fā)方法是目前國內(nèi)外關(guān)于CPS的重要研究方向之一。
　　時間Petri網(wǎng)作為分布式、并行以及實時系統(tǒng)建模與分析的一種重要形式化工具，為CPS建模提供了堅實基礎(chǔ)。然而時間Petri網(wǎng)缺乏空間信息描述能力，因此無法完全對于CPS進(jìn)行建模。

3、本文的主要目標(biāo)便是針對這個缺陷拓展時間Petri網(wǎng)，構(gòu)造能夠描述CPS物理實體位置變遷的時空Petri網(wǎng)。本文首先對CPS的物理層面特點進(jìn)行詳細(xì)分析，從物理實體的分類與特征兩方面著手，深入研究CPS物理實體的屬性及其位置變遷過程，提出一種CPS物理實體的形式化建模方法；其次，通過分析時空Petri網(wǎng)必須滿足的特性，在時間Petri網(wǎng)基礎(chǔ)上引入空間因素，得到時空Petri網(wǎng)的形式化定義，使其不僅能夠描述物理實體邏輯及時間層次的行為，而且能