Применение аппарата сетей Петри для проектирования обобщенной многопользовательской системы
В статье рассматривается задача построения многопользовательской системы с применением аппарата сетей Петри. Построен шаблонный проект многопользовательской системы при помощи высокоуровневого аппарата сетей Петри, описанного международным стандартом. У статті розглядається задача побудови багаток...
Saved in:
| Published in: | Искусственный интеллект |
|---|---|
| Date: | 2013 |
| Main Authors: | , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут проблем штучного інтелекту МОН України та НАН України
2013
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/85170 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Применение аппарата сетей Петри для проектирования обобщенной многопользовательской системы / С.М. Вороной, С.С. Еськов // Искусственный интеллект. — 2013. — № 3. — С. 349–354. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859470428194471936 |
|---|---|
| author | Вороной, С.М. Еськов, С.С. |
| author_facet | Вороной, С.М. Еськов, С.С. |
| citation_txt | Применение аппарата сетей Петри для проектирования обобщенной многопользовательской системы / С.М. Вороной, С.С. Еськов // Искусственный интеллект. — 2013. — № 3. — С. 349–354. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Искусственный интеллект |
| description | В статье рассматривается задача построения многопользовательской системы с применением аппарата сетей
Петри. Построен шаблонный проект многопользовательской системы при помощи высокоуровневого
аппарата сетей Петри, описанного международным стандартом.
У статті розглядається задача побудови багатокористувацької системи шляхом застосування апарату мереж
Петрі. Побудовано узагальнений проект багатокористувацької системи за допомогою мереж Петрі високого
рівня, стандартизованого міжнародним стандартом.
Petri net solution for design generalized multi-user system is described by the article. Pattern project of
multi-user system was built using high-level Petri nets described by international standard.
|
| first_indexed | 2025-11-24T08:29:47Z |
| format | Article |
| fulltext |
ISSN 1561-5359 «Штучний інтелект» 2013 № 3 349
4В
УДК 519.713.1
С.М. Вороной, С.С. Еськов
Донецкий национальный технический университет, Украина
Украина, 83050, г. Донецк, пр. Богдана Хмельницкого, 84
Применение аппарата сетей Петри для проектирования
обобщенной многопользовательской системы
S.M. Voronoy, S.S. Yeskov
Donetsk National Technical University, Ukraine
Ukraine, 83050, c. Donetsk, Bogdana Khmelnitskogo av.
Petri Net Approach for Design Generalized Multi-User System
С.М. Вороной, С.С. Єськов
Донецький національний технічний університет, Україна
Україна, 83050, м. Донецьк, пр. Богдана Хмельницького, 84
Застосування апарату мереж Петрі для проектування
узагальненої багатокористувацької системи
В статье рассматривается задача построения многопользовательской системы с применением аппарата сетей
Петри. Построен шаблонный проект многопользовательской системы при помощи высокоуровневого
аппарата сетей Петри, описанного международным стандартом.
Ключевые слова: веб-приложение, сети Петри.
Petri net solution for design generalized multi-user system is described by the article. Pattern project of
multi-user system was built using high-level Petri nets described by international standard.
Key words: web-application, Petri nets.
У статті розглядається задача побудови багатокористувацької системи шляхом застосування апарату мереж
Петрі. Побудовано узагальнений проект багатокористувацької системи за допомогою мереж Петрі високого
рівня, стандартизованого міжнародним стандартом.
Ключові слова: веб-додаток, мережі Петрі.
Целью работы является исследование возможностей применения математического
аппарата сетей Петри для проектирования веб-приложений. Перед работой постав-
лены следующие задачи:
1. Обосновать возможность применения аппарата сетей Петри для проектиро-
вания многопользовательских систем.
2. Определить основные операции многопользовательской системы. Определить
ограничения, которые накладываются на операции.
3. Построить обобщенную модель многопользовательской системы при помощи
аппарата сетей Петри.
Под многопользовательской системой будем понимать информационную си-
стему, которая характеризуется наличием N субъектов (пользователей) и M ресурсов.
Причем, информационные связи возможны как между субъектом и ресурсом, так и
непосредственно между субъектами. Описанная система, с одной стороны, может рас-
сматриваться как многоагентная система с централизованным хранилищем данных и
непредсказуемым поведением агентов. С другой стороны, данную систему можно
определить как систему распределенного доступа с наличием информационных связей
между пользователями.
Вороной С.М., Еськов С.С.
«Искусственный интеллект» 2013 № 3 350
4В
Во избежание недоразумений, в данной работе будем придерживаться опреде-
ления «многопользовательская система».
В последнее десятилетие произошло значительное развитие и популяризация
открытых стандартов передачи данных и интерпретации команд программного обеспе-
чения, таких, как протоколы TCP/IP, языки разметки SGML (в частности HTML [1]),
языки программирования класса ECMAScript [2] (в частности JavaScript, ActionScript).
Повсеместное внедрение этих стандартов повышает скорость доступа пользователей
к информации, но также повышается сложность систем, обеспечивающих взаимо-
действие пользователей, так называемых веб-приложений [3]. Сегодня веб-приложения,
по своей сложности, не уступают классическим приложениям для операционных систем.
Становится вопрос о необходимости применения инструментов для проектирования
таких систем [4], [5]. Популярные инструменты проектирования программного обес-
печения, такие, как UML-диаграммы, диаграммы класса IDEF и другие, не обеспечи-
вают выполнение требований, которые выдвигаются многопользовательскими систе-
мами [5]. В связи с этим актуальной научной задачей является применение других
инструментов проектирования для эффективной разработки многопользовательских
систем, а также создание новых методик проектирования программного обеспечения,
обеспечивающих простое и гибкое моделирование асинхронных, распределенных,
параллельных систем, которыми являются многопользовательские системы.
Математический и графический аппараты. Аппарат сетей Петри создан Карлом
Петри для моделирования динамических, распределенных, параллельных систем [6].
Многопользовательские системы обладают свойствами, которые присущи системам,
успешно моделируемым при помощи сетей Петри, поэтому применение данного ма-
тематического аппарата при проектировании и моделирования многопользовательских
систем является целесообразным. В работе сделана попытка применения аппарата сетей
Петри для моделирования многопользовательских систем. Примененный в работе аппа-
рат стандартизирован международным сообществом [7].
Сети Петри высокого уровня (HLPN) имеют следующую семантическую фор-
мализацию:
HLPN = (P, T, D; Type, Pre, Post, M0),
где
– P – это ограниченное множество элементов, называемых Состояниями;
– T – это ограниченное множество элементов, называемых Переходами, T не
пересекается с P (P ∩ T = {});
– D – это не пустое ограниченное множество не пустых множеств, где каждый
элемент множества D обычно называют Типом (D задает множество типов меток,
которые будут использованы в модели, например, Int = {… , 0, 1, 2, …} – множество
целых чисел, A = {a1, a2, a3} – произвольный тип, состоящий из трех элементов);
– Type : P∪T → D – это функция, связывающая Типы из множества D с Со-
стояниями из множества P, и определяет режимы переходов;
– Pre, Post: TRANS → µPLACE – это наборы входящих и исходящих связей, где
TRANS = {(t, m) | t∈T, m∈Type(t)}
PLACE = {(p, g) | p∈P, g∈Type(p)}
– M0 ∈ µPLACE – это мультимножество, называемое начальной маркировкой
сети, где µPLACE – это множество мультимножеств, образованных над множеством P.
Применение аппарата сетей Петри для проектирования...
«Штучний інтелект» 2013 № 3 351
4В
Формализация графического аппарата описания сетей Петри высокого уровня
приведена далее.
HLPNG = (NG, Sig, V, H, Type, AN, M0)
где NG = (P, T; F) – это граф сети,
в котором
– P – это ограниченное множество элементов, называемых Состояниями;
– T – это ограниченное множество элементов, называемых Переходами, T не
пересекается с P (P ∩ T = {});
– F ⊆
(P × T) ∪ (T × P) – это ограниченное множество направленных связей
между Состояниями и Переходами, называемых Дугами;
– Sig = {S, O} – это ограниченное множество элементов для описания операто-
ров, используемых в сети,
где
– S – это ограниченное множество названий операторов, используемых при
моделировании сети, например =, >, ⊆ и т.п.;
– O – это ограниченное множество, элементом которого является арность опе-
ратора из множества S;
– V – это множество независимых переменных модели, непересекающееся с O;
– H = {Sh, Oh} – это алгебра интерпретаций множества Sig, детальное описание
приведено в [7];
– Type : P → Sh – это функция, связывающая Типы с Состояниями;
– AN = (A, TC) – это пара аннотаций,
где
– A : F → TERM(O∪V) – это функция, связывающая каждую Дугу с некоторой
функцией, которая выполняется при переходе метки (одного из элементов элемента
множества D) по этой дуге;
– TC : T → TERM(O∪V)bool – это функция срабатывания перехода, возвращаю-
щая булево значение;
– M0 ∈µPLACE, то же что M0 в семантическом описании сети – это мультимно-
жество, называемое начальной маркировкой сети, где это множество мультимножеств,
образованных над множеством P.
Проектирование сети. Выделим операции, которые присущи всем многопользо-
вательским системам, с целью последующего представления этих операций при помощи
сети Петри.
1. Установление канала связи с ресурсом в хранилище данных (открытие доку-
мента, авторизация).
2. Уничтожение канала связи с ресурсом в хранилище данных (закрытие документа,
прерывание сессии авторизации).
3. Создание нового ресурса.
4. Удаление ресурса.
5. Взаимодействие с пользователями (оповещение о проделанной текущим поль-
зователем операции, получение оповещений о проделанных другими пользователями
операциях).
Далее сделаем постановку требований к модели обобщенной многопользова-
тельской системы. Обобщенная модель должна обеспечивать:
– выполнение всех перечисленных операций;
– обработку взаимных блокировок операций (например, нельзя делать удаление
открытого ресурса и т.п.);
Вороной С.М., Еськов С.С.
«Искусственный интеллект» 2013 № 3 352
4В
– расширяемость, с целью последующего применения модели как шаблона для
проектирования реальных систем;
– наглядность;
На рис. 1 изображена сеть Петри, моделирующая описанные операции многополь-
зовательской системы. Далее приведены некоторые тезисы, описывающие работу модели.
– позиция P0 расположена как крайняя слева и продублирована как крайняя
справа на рис. 1, это сделано для удобства чтения модели;
– пользователи многопользовательской системы представлены как метки мно-
жества Users и изначально находятся в позиции P0, в процессе моделирования коли-
чество пользователей остается неизменным;
– ресурсы многопользовательской системы представлены как метки множества
Resources и изначально находятся в позиции P1, в процессе моделирования количество
ресурсов может изменяться;
– при успешном открытии ресурса (переход T3 – P2), метка из множества UR
попадает в позицию P2;
– ошибка открытия отрабатывается переходом T1;
– в позиции P2 находятся метки из множества UR и могут быть интерпре-
тированы как канал связи пользователя с ресурсом;
– если метка из множества UR уже присутствует в позиции P2, её повторное
попадание в эту позицию блокируется переходом T3 – P2.
– закрытие ресурса осуществляется при срабатывании перехода T4, метка из
множества UR покидает позицию P2;
– добавление нового ресурса осуществляется при срабатывании перехода T6 и
возможно в любой момент времени;
– удаление ресурса осуществляется при срабатывании перехода T5 и возможно
в том случае, если в множестве P2R не присутствует удаляемый ресурс.
– после редактирования ресурса (переход T5), происходит оповещение пользо-
вателей из множества P2U о редактировании, за исключением пользователя, сделавшего
редактирование;
– операторы go, from использованы с целью не загромождать рисунок, таким
образом соединены P1 – T9 и T8 – P1;
– переход P1 – T9 срабатывает при удалении ресурса, при помощи этого пере-
хода удаляется метка ресурса из позиции P1, чтобы последующие операции были не-
возможны с удаленным ресурсом;
– переход T8 – P1срабатывает при добавлении нового ресурса, при помощи этого
перехода добавляется метка ресурса в позицию P1, чтобы можно было произвести
следующие операции с добавленным ресурсом;
– разрешение конфликтных ситуаций происходит при помощи генерации псевдо-
случайного числа s, которое сравнивается с константами (или элементами константных
массивов) c1, c2, c3, c4, c5.
– операция gen создает новую метку, это необходимо при добавлении нового
ресурса в систему;
– операция select создает множество из элементов, полученных путем выборки
элементов заданного типа у элементов заданного множества (например, если K=
{{a1,b1},{a2,b2}}, то select K,b будет равен {b1, b2});
– операция join создает множество из элементов, полученных путем объединения
заданных множеств или элементов (аналог известной операции ∪, но с возможностью
работы, как с множествами, так и с неделимыми элементами, например, join a,b будет
равен {a, b});
Применение аппарата сетей Петри для проектирования...
«Штучний інтелект» 2013 № 3 353
4В
Вороной С.М., Еськов С.С.
«Искусственный интеллект» 2013 № 3 354
4В
Таким образом, в работе было промоделировано функционирование многополь-
зовательской, асинхронной системы при помощи математического аппарата сетей Петри.
Созданная шаблонная модель может быть расширена применительно к реальным си-
стемам путем добавления новых состояний, переходов, операторов, а также типов меток.
Литература
1. Спецификация языка HTML [Электронный ресурс]. – Режим доступа :
http://www.w3.org/TR/html401/.
2. Спецификация языка ECMAScript HTML [Электронный ресурс]. – Режим доступа :
http://www.ecma-international.org/publications/files/ECMA-ST/Ecma-262.pdf .
3. Беллиньясо М. Разработка Web-приложений в среде ASP.NET 2.0. / М. Беллиньясо. – 2007.
4. Hossny E. An Intelligent Web Service Workflow: A Petri Net Based Approach / E. Hossny, S. AbdElrahman
and A. Badr // The Open Information Systems Journal. – 2010.
5. Moldt D. A Proposal for Petri Net Based Web Service Application Modeling / D. Moldt, S. Offermann, J. Ort-
mann // University of Hamburg. – 2004.
6. Murata T. Properties Analysis and Applications / T. Murata, Petri Nets. – 1989.
7. High-level Petri Nets – Concepts, Definitions and Graphical Notation, Final Draft // International
Standard ISO/IEC 15909, Version 4.7.1, October 28, 2000.
RESUME
S.M. Voronoy, S.S. Yeskov
Petri Net Approach for Design Generalized Multi-User System
Functionality of multi-user asynchronous system was modeled in general case. Pattern
design system was presented using Petri nets mathematical and graphical tools. Problems were
resolved:
1) Repeat of resources re-opening problem.
2) The problem of resolving conflicts in case of asynchronous removing resources in
multi-users system.
3) The issue of alerting users about changes in resource.
4) The problem of maintaining a parametric state of the network (number of tokens
and their position in the structure of the network) up to date.
Studies have shown the applicability of the apparatus of Petri nets for modeling of
multi-user systems. Created template model can be extended with respect to real systems
by adding new states, transitions, operators and types of tokens.
Статья поступила в редакцию 25.04.2013.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-85170 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1561-5359 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-11-24T08:29:47Z |
| publishDate | 2013 |
| publisher | Інститут проблем штучного інтелекту МОН України та НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Вороной, С.М. Еськов, С.С. 2015-07-21T12:14:44Z 2015-07-21T12:14:44Z 2013 Применение аппарата сетей Петри для проектирования обобщенной многопользовательской системы / С.М. Вороной, С.С. Еськов // Искусственный интеллект. — 2013. — № 3. — С. 349–354. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. 1561-5359 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/85170 519.713.1 В статье рассматривается задача построения многопользовательской системы с применением аппарата сетей Петри. Построен шаблонный проект многопользовательской системы при помощи высокоуровневого аппарата сетей Петри, описанного международным стандартом. У статті розглядається задача побудови багатокористувацької системи шляхом застосування апарату мереж Петрі. Побудовано узагальнений проект багатокористувацької системи за допомогою мереж Петрі високого рівня, стандартизованого міжнародним стандартом. Petri net solution for design generalized multi-user system is described by the article. Pattern project of multi-user system was built using high-level Petri nets described by international standard. ru Інститут проблем штучного інтелекту МОН України та НАН України Искусственный интеллект Интеллектуальные системы планирования, управления, моделирования и принятия решений Применение аппарата сетей Петри для проектирования обобщенной многопользовательской системы Застосування апарату мереж Петрі для проектування узагальненої багатокористувацької системи Petri net approach for design generalized multi-user system Article published earlier |
| spellingShingle | Применение аппарата сетей Петри для проектирования обобщенной многопользовательской системы Вороной, С.М. Еськов, С.С. Интеллектуальные системы планирования, управления, моделирования и принятия решений |
| title | Применение аппарата сетей Петри для проектирования обобщенной многопользовательской системы |
| title_alt | Застосування апарату мереж Петрі для проектування узагальненої багатокористувацької системи Petri net approach for design generalized multi-user system |
| title_full | Применение аппарата сетей Петри для проектирования обобщенной многопользовательской системы |
| title_fullStr | Применение аппарата сетей Петри для проектирования обобщенной многопользовательской системы |
| title_full_unstemmed | Применение аппарата сетей Петри для проектирования обобщенной многопользовательской системы |
| title_short | Применение аппарата сетей Петри для проектирования обобщенной многопользовательской системы |
| title_sort | применение аппарата сетей петри для проектирования обобщенной многопользовательской системы |
| topic | Интеллектуальные системы планирования, управления, моделирования и принятия решений |
| topic_facet | Интеллектуальные системы планирования, управления, моделирования и принятия решений |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/85170 |
| work_keys_str_mv | AT voronoism primenenieapparataseteipetridlâproektirovaniâobobŝennoimnogopolʹzovatelʹskoisistemy AT esʹkovss primenenieapparataseteipetridlâproektirovaniâobobŝennoimnogopolʹzovatelʹskoisistemy AT voronoism zastosuvannâaparatumerežpetrídlâproektuvannâuzagalʹnenoíbagatokoristuvacʹkoísistemi AT esʹkovss zastosuvannâaparatumerežpetrídlâproektuvannâuzagalʹnenoíbagatokoristuvacʹkoísistemi AT voronoism petrinetapproachfordesigngeneralizedmultiusersystem AT esʹkovss petrinetapproachfordesigngeneralizedmultiusersystem |