探析基于uml的有色petri网建模及其在ctcs-3中的应用

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1、北京交通大学硕士学位论文基于UML的有色Petri网建模及其在CTCS-3中的应用姓名：王艳申请学位级别：硕士专业：交通信息工程及控制指导教师：蔡伯根20090601中文摘要随着铁路的跨越式发展，列车运行速度的提高，司机按照地面信号机显示驾驶列车运行这种传统的控车方式已不能保证列车安全运行，因此必须装备列车运行控制系统。但由于系统的复杂性，无法直接在原系统上进行各个部件的互联互通测试、性能评价等工作，因此需要对列车运行控制系统的建模与仿真进行深入的研究，这对解决铁路建设中的实际问题、提升我国在该领域的自主创新能力、掌握列车运行控制系统的关键技

2、术等均具有重大意义。论文选择基于UML的有色Petri网建模方法对CTCS．3的建模与仿真进行研究。UML作为一种通用的可视化建模语言，因为缺乏精确的语义描述，因此对系统的建模无法进行形式化的分析和验证，而Petri网有一整套严格的理论分析方法和工具，可以从UML图形直接转换而来进行分析、验证。论文在分析UML建模图优缺点的基础上，选择有色Petri网作为UML建模图转换的形式化规范，这样避免了直接使用形式化方法对系统建模，降低了形式化方法的使用难度，提高了形式化方法的可扩展性，也弥补了UML缺少模型分析、验证手段的不足。论文主要针对UML动

3、态模型——顺序图和状态图，在已有基础上研究了二者的有色Petri网建模方法。针对UML顺序图描述能力有限的问题，引入已有的扩展方法，使得顺序图的表达能力进一步增强，在此基础上主要研究了顺序图交互作用片段转换为有色Petd网模型的转换方法。状态图能够描述对象在其生命周期中在事件的驱动下状态转移的流程，本文改进了状态图转换为有色P而网模型的具体转换规则、颜色集定义算法、状态图连接为对象有色Petri网模型的模型连接算法。最后，化简了UML顺序图和状态图的转换模型。论文将两种转换方法用于CTCS．3中，设计了CTCS．3车载和无线闭塞中心通信顺序图

4、，并依据转换方法将其转换为层次有色Petri网模型；设计了车载、GSM—R网络和无线闭塞中心在列车正常运行情况下通信的状态图，并将其转换为对象有色Petri网子网模型，根据对象问信息的交互，得出车载、GSM．R和无线闭塞中心的对象有色Petri网模型。论文通过CPNTools对模型进行了仿真，并对模型的有界性、死锁性等进行了分析，验证了模型的正确性。关键词：CTCS．3；UML；有色Petri网：层次有色Petri网；对象有色Petri网分类号：U28ABSTRACTWiththeleapingdovdopmentofChinaRailway

5、andspeedincreasingoftrain,thetraditionaltraincontrolmodethatdriversoperatetrainsaccordingtothesignalaspectsCannotel'kgurethesafetrainoperation．Soitisneededtoequiptraincontrolsystem(CTCS)．BecauseofthecomplexityofCTCS，itCannotcarryontheworkofintcrolm'abilitytestingandpI吲fo衄an

6、ceevaluationonpartsofCTCS．SoitmuststudythetheoryofmodelandsimulationofCTCS．Itisgreatsignificancetosolvepracticalproblemsofrailwayconstruction,fosterself-innovationcapacityandmasterkeytechnologiesofCTCS．ThethesischoosesmodelingmethofofcoloredPetrinetbasedonUMLtostudythemodel

7、ingandsimulationofCTCS-3．Asauniversalgraphicalmodelinglanguage,UMLcannotmakeformalanalysisandverificationtothemodelofthesystemforlackingofexactlysemanticdescription．However,PetriNethasasetoftheoreticalanalyticmethodsandtoolsandPetriNetmodelcarlbedirectlyconvertedfromUMLdiag

8、ramstobeanalyzedandverified．AfteranalyzingtheadvantagesanddisadvantagesoftheUMLmod