[发明专利]基于随机Petri网的分层航空操作系统HM/FM建模与评价方法

说明书

技术领域

本发明属于航空操作系统性能评价技术领域，涉及一种基于随机Petri网的分层航空操作系统HM/FM建模与评价方法。

背景技术

综合化航电(IMA)是当前机载设备发展的趋势，它可以有效的降低生命周期成本(LLC)、改善机载设备的性能、并方便软硬件设备的更新维护。与联合式航电相比，综合化航电的一个显著特征是功能“软件化”，即利用软件在通用硬件平台上实现原来专用硬件的功能。

综合化航电中的健康监控/故障管理(HM/FM)功能用来保证系统在出现软件故障时，仍然能正常运转。健康监控模块负责识别、定位、以及汇报软件故障。故障管理模块则负责采取一些措施来进行故障排除。

现代航电系统一般都采用分层的结构，以便最小化系统底层变换对上层应用程序的影响。目前，还没有针对分层航电操作系统的HM/FM的量化分析的成果。而这些分析结果对于设计实施高性能高可靠性的航电操作系统是具有重大参考意义的。本专利的目标就是解决这一问题。

随机Petri网是对信息处理系统进行描述和建模的数学工具之一。随机Petri网的主要特性包括：并行性、不确定性、异步以及对分布式系统的描述能力和分析能力，是一种图形化的建模描述工具。随机Petri网具有很强的模型分析能力，可以应用到复杂系统如网络等的建模和评价当中。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于随机Petri网的分层航空操作系统HM/FM建模与评价方法，该方法可以对根据实际的分层航电系统建立随机Petri网模型，并采用时间数量级分解的方法对模型进行近似求解，最后对系统内各个被监控对象进行可靠性分析。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

基于随机Petri网的分层航空操作系统HM/FM建模与评价方法，包括以下步骤：

步骤1，建立所有组件的随机Petri网模型，包括被监控对象模型、HM模型以及FM模型，

其中，

被监控对象模型分为简单对象与耦合对象，

简单对象是指独立被监控对象，由一个亮状态Petri网进行表示，working变迁的时延参数设置为该对象的平均无故障时间，一旦对象进入发生故障的状态，在没有外部干预的情形下，它无法返回正常工作状态；

耦合对象分为AND/OR耦合对象与传播耦合对象，AND/OR耦合对象的working变迁为立即变迁，利用guard函数来保持“与或”错误的同步关系；传播耦合对象用时间变迁propagating以及相关的guard函数来表达；

HM模型反映了健康监控模块的行为，包括本层轮询、下层轮询、以及回应，本层轮询是指HM模型周期性地轮询当前层的被监控对象，若没有发现错误，则返回，若发现错误，则激发当前层的FM模型，并返回，HM模型同时接受下层FM模型发送过来的错误报告；下层轮询是指由HM模型向下一层发起的轮询，并等待回应，当回应返回，则变迁Replied发生，若没有发现故障，则返回空闲状态。若发现故障，它会激发FM模块并返回；回应是指HM模型接受到上层HM模型的轮询请求，收集对象的健康信息，并将信息返回给上层HM模型；

FM模型由一系列故障处理器和一个故障汇报队列依次串联而成，第一个故障处理器从HM模型接收FM模型激发请求，首先，它检查其负责的被监控对象是否位于正常工作状态，若是，则跳过维修过程，并进入下一个故障处理器；否则，对故障对象进行维修，若维修失败，则将维修失败信息放进故障汇报队列，故障汇报队列收集所有维修失败信息，并通知上层HM模型，下一个故障处理器顺次进行该工作过程；

步骤2，进行模型的组合：

模型组合遵循三个标准，即系统对象的故障耦合方式、层间耦合方式、以及FM激发方式，系统对象的故障耦合方式分为AND/OR故障耦合与传播故障耦合，层间耦合方式非为不进行下层轮询与进行下层轮询，FM激发方式分为本层FM激发与下层FM激发，根据这些物理系统的耦合方式，将步骤1中的Petri网子模型连接起来，构建完整的随机Petri网模型；

步骤3，对完整的随机Petri网模型进行化简求解，方法如下：

步骤3.1，按照变迁实施的速率，将所有变迁分为两个集合，即快实施集合与慢实施集合，其中所有的Working变迁，均是慢速变迁，其他变迁均是快速变迁；

步骤3.2，近似认为慢实施集合中的所有变迁都是不可触发的，得到分离的Petri子模型；