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基于面向对象Petri网的UML建模技术.pdf

基于面向对象Petri网的UML建模技术

yeyutiger
2013-09-29 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《基于面向对象Petri网的UML建模技术pdf》,可适用于IT/计算机领域

http:wwwpapereducn基于面向对象Petri网的UML建模技术折建峰简炜武汉科技大学计算机科学技术系武汉()湖北汽车工业学院计算机科学技术系十堰()Email:jfshecom摘要:UML作为通用面向对象建模语言缺乏形式化的模型验证和分析工具Petri网有严格的数学定义和多种模型的验证方法。本文提出一种从UML的状态图获取单个的对象网模型(ONM)算法依据UML的协作图将单个ONM整合为一个系统层面的有色Petri网。关键词:面向对象有色Petri网状态图协作图中图分类号:TP引言面向对象的建模技术是将建模系统的属性映射为一组数据结构系统与其环境的交互映射为一组操作环境对系统的访问只能通过这组特定操作来进行。它是从组织结构上模拟客观世界通过对构成客观世界的对象的抽象给不同的对象赋予不同的属性和操作,为复杂的并发系统的建模提供了新的思考问题的角度。由于它缺乏严密有效的分析和验证方法,本文提出了一种映射算法将UML模型转换为对象Petri网模型,从而可以利用Petri网的分析方法来实现系统模型的验证。在对象Petri网模型中对象的状态可由Petri网中库所中的托肯分布来表示而对象的行为可由相应的Petri网中的变迁序列来模拟。从实质上讲Petri网的托肯驱动机制与面向对象的消息驱动机制都是基于事件的驱动方式。Petri网和UML建模技术分析UML作为一种可视化、通用的离散型面向对象建模语言主要采用图形符号表示系统中的对象以及对象之间的关系并能够从不同的角度描述所建模系统。UML具有面向对象方法的封装和继承等特点因此有利于实现系统的模块化和模型重用。但是它的不足之处是没有能够形式化的分析和验证所建立的系统模型的方法和相应的工具因而难以对系统模型进行分析验证。而Petri网建模技术是以图形化的数学工具库所和变迁来描述具有并发、冲突、分布式、非确定性等特性的复杂系统。Petri网建模技术有严格的数学基础并有多种形式化的分析和验证的方法和工具。但是它主要的不足表现在复杂系统的状态空间“爆炸”问题没有很好的解决和没有模块化封装的思想。对象Petri网模型形式化描述基于以上简单讨论的两种建模技术可以看出单一的建模技术存在局限性无法很好地完成从系统建模、分析到验证的全部任务。改进和扩展单一的建模技术将面向对象建模技术与Petri网建模技术相结合的面向对象Petri网综合两种建模技术的优势为解决大规模复杂系统建模问题提供了有效途径。定义:一个对象Petri网的模型可表示为一个三元组:(LM,EGM,IA)LM是一个对象在其生命周期内状态转移的模型(通常由有色Petri网来描述)可以抽象为一个更高层次的变迁元素。EGM是一个事件触发和管理机制。IA是一个接口弧集合包含了对象于其他对象的交互IA=ITA∪OTAITA为输入弧集OTA为输出弧集。http:wwwpapereducnEGM机制定义了三种库所分别为:输入库所(IP)、输出库所(OP)和事件分发库所(ED)。其中输入库所(IP)存放发往对象网ONM本身的事件托肯输出库所(OP)存放发给其他ONM的事件托肯事件分发库所(ED)有两个功能:)生成内部事件托肯)分发不同颜色的事件托肯。定义:对象Petri网的事件托肯的结构用<type,flag>表示。其中type表示事件的类型flag为事件的标志表示该事件是内部事件还是外部事件flag∈{in,ex}其中in表示是内部事件ex则表示是外部事件。定义:ONM中事件库所只存放颜色集为<type,flag>的事件托肯元素。定义:事件分发库所ED是对象生存周期模型LM的输出事件库所事件库所IP是LM的输入事件库所。状态图到平滑状态机的转换规则及算法转换规则这里首先讨论从UML状态图中得到ONM。状态图由状态和转换弧组成状态包括了简单状态和复合状态转换弧上标有事件或者操作。为了对状态图中定义的操作和事件的建模引入了事件触发器和相关的转换规则。为此定义事件触发器为产生相应事件的函数。规则:状态图中转换弧上的操作被映射为事件触发器记为TRG(Y)表示对象在状态转移过程中产生输出事件Y。规则:转换弧上的型如WHEN(X)或IF(X)的监护条件可映射为当表达式为真时所产生的事件X。规则:状态的入口操作X和出口操作Y分别表示进入某一个状态和推出某个状态时执行的动作可被映射为相应的事件函数TN(X)和OUT(Y)。规则:状态图中的组成状态须分解为由一系列并发或顺序子状态组成的平滑状态机。转换算法描述通过上面的转换规则可以把对象的状态图转换成平滑状态机然后从该状态机中得到ONM中的用有色Petri网描述的对象生命周期模型LM。状态机中的状态直接对应Petri网中的库所状态机中的转换直接对应Petri网中的变迁。在UML中协作图表示了对象间的交互作用它清楚地表示出了对象间的关系。由面向对象网模型(ONM)的定义我们可以通过状态图产生ONM然后由协作图得到系统层面的对象网模型。以下描述具体的算法流程。算法:从状态图到面向对象网模型ONM的转换输入:一个UML状态图S。输出:一个面向对象网模型ONM。BEGIN置ONM为一个LM为空(在LM中没有变迁和库所)的对象网模型。设SM为一个平滑状态机包含了状态图S的除了复合状态以外所有状态。对于任何s∈S,当s是一个顺序的组合状态时根据下面的算法将其转换为状态机FSM并将其置入SM中。对于任何s∈S,当s是一个并发的组合状态时根据下面的算法将其转换为状态机FSM并将其置入SM中。将所有状态图中与转换弧相关联的操作转换成平滑状态机SM中相应的事http:wwwpapereducn件发生器。将S中每个状态的入口操作X转换为SM中对应状态的事件发生器IN(X)。将S中每个状态的出口操作Y转换为SM中对应状态的事件发生器OUT(Y)。依据SM中状态和转换弧的连接方式连接相应的ONM中的库所和变迁。如果S中的一条弧上标有触发器事件(代表由事件发生而引起的状态转换)则在ONM中为相应变迁生成指向输出库所IP的弧。对ONM中的每个变迁t产生一条输出弧指向ED如果以下两个条件成立时:)在SM中对应于t的输入库所的状态包含一个退出事件)在SM中对应于t的输出库所的状态包含一个进入事件。END算法:转换顺序组合状态图为平滑状态机输入:一个UML状态图S包含了一个顺序的组合状态SCS输出:平衡状态机FSMBEGIN将状态机FSM初始化为不包含任何状态和转换。对于任何状态s∈S且s≠SCS,将状态s和它的转换弧直接加入状态机FSM中。如果x∈S且x=SCS,则将状态x和与它关联所有转换弧加入状态机FSM中。为状态s≠SCS到状态x∈SCS有转换弧增加从s∈FSM到x∈FSM的入口转换弧。如果每个状态x∈SCS到状态s≠SCS有转换弧相连则为每个x∈FSM到s∈FSM增加一条出口转换弧。END算法:转换并发组合状态图为平滑状态机输入:一个UML状态图S包含了并发组合状态CCS输出:平衡状态机FSMBEGIN将状态机FSM初始化为不包含任何状态和转换对于任何状态s∈S且s≠CCS,将状态s和它的转换弧直接加入状态机FSM中。如果y∈S且y=CCS,则把每条独立路径上的所有状态加入到FSM中。在FSM中加入一个分叉状态并从分叉状态到每个独立路径的初试状态增加一条转换弧。在FSM中加入一个合并状态并从每个独立路径的结束状态到合并状态增加一条转换弧。对于任何s∈S且s≠CCS从s到CCS有弧连接则在FSM中从s到分叉状态加入一条转换弧。对于任何s∈S且s≠CCS从CCS到s有弧连接如果该转换弧上没有触发器则在FSM中从合并状态到s加入一条转换弧。ENDhttp:wwwpapereducn系统层面的对象Petri网的获取基于以上的算法描述可得到单个对象所对应的对象网模型。在UML中协作图清楚地表示了对象之间的交互关系依据对事件在状态图和协作图中的命名保持一致对象间消息的交互就表现为相应ONM模型间发送或接收外部事件托肯的行为。对象间的消息交互映射为从事件发送方ONM的输出变迁弧集合(OTA)到事件接收方ONM模型的输入变迁弧集合(ITA)的外部事件托肯流连接得到系统层面的有色Petri网。结论本文主要讨论了如何从UML状态图得到对象网模型进而根据对象在协作图中的关系提出了构建系统层面的有色Petri网的方法主要体现了在Petri网中的面向对象的封装思想应用。参考文献CALakosObjectPetrinets–DefinitionandRelationshiptoColoredNetsCTechReportTR,ComputerScienceDept,UniversityofTasmania,乐晓波,汪琳,庹清面向对象的Petri网建模技术的研究J计算机工程,():MElkoutbi,RFKellerModelingInteractiveSystemswithHierarchicalColoredPetriNetsCProcoftheConferenceonHighPerformanceComputing,魏青云,王丁,周正康,等基于OPN的面向对象软件系统建模与实例J计算机工程():ModelingTechniquesforUMLBasedonObjectorientedPetriNetsSheJianfeng,JianWeiDepartmentofComputerScienceandTechnology,WuHanuniversityofscienceandtechnology,Wuhan,Hubei()DepartmentofComputerScienceandTechnology,HuBeiuniversityofautomotiveindustry,Shiyan,Hubei()AbstractUML,asageneralobjectorientedmodelinglanguage,lacksformalizedtoolsformakinganalysisandvalidationofthemodelsPetriNetsisawelldefinedmathematicmodelinglanguagewhichhasmanystrictvalidatingmethodsThispaperdescribesanarithmeticofconversionofStatechartDiagramtoObjectNetModel(ONM),andhowtocomposethosesingleONMsasasystemlevelPetriNetsKeywords:ObjectorientedPetrinetStatechartDiagramCollaborationDiagra作者简介:折建峰(-)男陕西清涧人在读硕士主要研究方向为Petri网、智能控制等简炜(-)男湖北人教授主要研究方向系统工程Petri网理论等。

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