[發明專利]基于隨機Petri網的分層航空操作系統HM/FM建模與評價方法

有效

• 申請號: 201110456648.6
• 申請日: 2011-12-30
• 公開（公告）號: CN102592011A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發明（設計）人: 林闖;萬劍雄;向旭東;孔祥震;李建祥;白曉穎
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 賈玉健

技術領域

本發明屬于航空操作系統性能評價技術領域，涉及一種基于隨機Petri網的分層航空操作系統HM/FM建模與評價方法。

背景技術

綜合化航電(IMA)是當前機載設備發展的趨勢，它可以有效的降低生命周期成本(LLC)、改善機載設備的性能、并方便軟硬件設備的更新維護。與聯合式航電相比，綜合化航電的一個顯著特征是功能“軟件化”，即利用軟件在通用硬件平臺上實現原來專用硬件的功能。

綜合化航電中的健康監控/故障管理(HM/FM)功能用來保證系統在出現軟件故障時，仍然能正常運轉。健康監控模塊負責識別、定位、以及匯報軟件故障。故障管理模塊則負責采取一些措施來進行故障排除。

現代航電系統一般都采用分層的結構，以便最小化系統底層變換對上層應用程序的影響。目前，還沒有針對分層航電操作系統的HM/FM的量化分析的成果。而這些分析結果對于設計實施高性能高可靠性的航電操作系統是具有重大參考意義的。本專利的目標就是解決這一問題。

隨機Petri網是對信息處理系統進行描述和建模的數學工具之一。隨機Petri網的主要特性包括：并行性、不確定性、異步以及對分布式系統的描述能力和分析能力，是一種圖形化的建模描述工具。隨機Petri網具有很強的模型分析能力，可以應用到復雜系統如網絡等的建模和評價當中。

發明內容

為了克服上述現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種基于隨機Petri網的分層航空操作系統HM/FM建模與評價方法，該方法可以對根據實際的分層航電系統建立隨機Petri網模型，并采用時間數量級分解的方法對模型進行近似求解，最后對系統內各個被監控對象進行可靠性分析。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

基于隨機Petri網的分層航空操作系統HM/FM建模與評價方法，包括以下步驟：

步驟1，建立所有組件的隨機Petri網模型，包括被監控對象模型、HM模型以及FM模型，

其中，

被監控對象模型分為簡單對象與耦合對象，

簡單對象是指獨立被監控對象，由一個亮狀態Petri網進行表示，working變遷的時延參數設置為該對象的平均無故障時間，一旦對象進入發生故障的狀態，在沒有外部干預的情形下，它無法返回正常工作狀態；

耦合對象分為AND/OR耦合對象與傳播耦合對象，AND/OR耦合對象的working變遷為立即變遷，利用guard函數來保持“與或”錯誤的同步關系；傳播耦合對象用時間變遷propagating以及相關的guard函數來表達；

HM模型反映了健康監控模塊的行為，包括本層輪詢、下層輪詢、以及回應，本層輪詢是指HM模型周期性地輪詢當前層的被監控對象，若沒有發現錯誤，則返回，若發現錯誤，則激發當前層的FM模型，并返回，HM模型同時接受下層FM模型發送過來的錯誤報告；下層輪詢是指由HM模型向下一層發起的輪詢，并等待回應，當回應返回，則變遷Replied發生，若沒有發現故障，則返回空閑狀態。若發現故障，它會激發FM模塊并返回；回應是指HM模型接受到上層HM模型的輪詢請求，收集對象的健康信息，并將信息返回給上層HM模型；

FM模型由一系列故障處理器和一個故障匯報隊列依次串聯而成，第一個故障處理器從HM模型接收FM模型激發請求，首先，它檢查其負責的被監控對象是否位于正常工作狀態，若是，則跳過維修過程，并進入下一個故障處理器；否則，對故障對象進行維修，若維修失敗，則將維修失敗信息放進故障匯報隊列，故障匯報隊列收集所有維修失敗信息，并通知上層HM模型，下一個故障處理器順次進行該工作過程；

步驟2，進行模型的組合：

模型組合遵循三個標準，即系統對象的故障耦合方式、層間耦合方式、以及FM激發方式，系統對象的故障耦合方式分為AND/OR故障耦合與傳播故障耦合，層間耦合方式非為不進行下層輪詢與進行下層輪詢，FM激發方式分為本層FM激發與下層FM激發，根據這些物理系統的耦合方式，將步驟1中的Petri網子模型連接起來，構建完整的隨機Petri網模型；

步驟3，對完整的隨機Petri網模型進行化簡求解，方法如下：

步驟3.1，按照變遷實施的速率，將所有變遷分為兩個集合，即快實施集合與慢實施集合，其中所有的Working變遷，均是慢速變遷，其他變遷均是快速變遷；

步驟3.2，近似認為慢實施集合中的所有變遷都是不可觸發的，得到分離的Petri子模型；