流体随机Petri网理论与应用

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Petri网作为一种适合于描述和分析那些具有并发、同步和冲突等特征的系统的建模机制,由于其直观的图形表现能力和严密的数学基础,在广泛的领域得到了成功的应用。流体随机Petri网是将在通信系统建模中常用的随机流体模型引入到广义随机Petri网而得到的,已被成功应用于柔性制造系统、计算机及通信系统的性能与可靠性分析。流体随机Petri网不仅可用于解决某些离散模型的状态空间爆炸问题和建模事件活动时间服从非指数分布的随机系统,还可用于建模离散成分和连续成分并存的混合系统。  综述了随机时间Petri网各主要子类的发展历程与研究现状。介绍了随机时间Petri网的一些基本概念,总结了目前处理离散随机时间Petri网状态空间爆炸问题的主要途径,讨论了非马尔科夫随机Petri网与流体随机Petri网。  简略回顾了广义随机Petri网的定义及求解方法。重新定义了一阶流体随机Petri网,为使得该机制能表现连续标识的阶跃性变化,引入二阶流体随机Petri网中的流体跳跃弧,跳跃弧的跳跃高度取确定值;为方便建模非马尔科夫随机系统,将清空弧与流体跳跃弧结合,使得流体跳跃弧作为建模原语直接具有瞬间内清空与之相联接的连续库所的功能。讨论了一阶流体随机Petri网变迁的使能与发射对离散及连续标识的影响。将流体随机Petri网从定义、连续标识、分析方法和相互转换的可能性等方面与混合Petri网进行了分析比较。对二阶流体随机Petri网进行了重新定义,将其中的流体跳跃弧直接拓展为具有清空弧的功能。  在说明了一阶流体随机Petri网随机标识过程在离散实存状态空间的转移速率矩阵等的计算方法后,给出了描述随机标识过程状态的概率密度函数在暂态和稳态情况下满足的方程。分析了当连续弧的流体流动速度为连续标识的函数,而导致的在描述随机标识过程状态的概率密度函数中出现Dirac冲击问题,通过从概率密度函数中分离出累积的概率值,使得直接用数值方法对模型的动态方程进行求解成为可能。讨论了如何从应用的角度在一阶流体随机Petri网模型层次定义和计算各种稳态性能指标。给出了描述二阶流体随机Petri网动态行为的随机方程。  给出了描述一阶流体随机Petri网随机标识过程状态的概率密度函数在暂态和稳态情况下满足的方程的一种数值求解方法。  回顾了随机时间Petri网中时间变迁的三种记忆策略,解决了目前利用一阶流体随机Petri网建模非马尔科夫随机系统存在的一些问题。针对一阶流体随机Petri网定义了回报机制和回报变量,给出了基于一阶流体随机Petri网的回报模型的一般性建模方法。该方法既可用于建模马尔科夫随机系统,也可用于建模非马尔科夫随机系统。  提出了一个基于一阶流体随机Petri网的工作流响应时间概率分布计算方法,其主要优点是对工作流模型的结构没有提出任何限制,且工作流任务的处理时间可取任意概率分布。该方法以工作流的随机工作流网模型为起点,将随机工作流网模型中时间变迁之间的冲突转化为立即变迁之间的冲突,再将随机工作流网模型映射为一阶流体随机Petri网模型,工作流响应时间的概率分布可直接由一阶流体随机Petri网模型动态方程的暂态解得到。
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