Analysis of Petri Nets and Transition Systems

This paper describes a stand-alone, no-frills tool supporting the analysis of (labelled) place/transition Petri nets and the synthesis of labelled transition systems into Petri nets. It is implemented as a collection of independent, dedicated algorithms which have been designed to operate modularly, portably, extensibly, and efficiently.Comment: In Proceedings ICE 2015, arXiv:1508.0459

Synthesis of Bounded Choice-Free Petri Nets

This paper describes a synthesis algorithm tailored to the construction of choice-free Petri nets from finite persistent transition systems. With this goal in mind, a minimised set of simplified systems of linear inequalities is distilled from a general region-theoretic approach, leading to algorithmic improvements as well as to a partial characterisation of the class of persistent transition systems that have a choice-free Petri net realisation

Mining structured Petri nets for the visualization of process behavior

Visualization is essential for understanding the models obtained by process mining. Clear and efficient visual representations make the embedded information more accessible and analyzable. This work presents a novel approach for generating process models with structural properties that induce visually friendly layouts. Rather than generating a single model that captures all behaviors, a set of Petri net models is delivered, each one covering a subset of traces of the log. The models are mined by extracting slices of labelled transition systems with specific properties from the complete state space produced by the process logs. In most cases, few Petri nets are sufficient to cover a significant part of the behavior produced by the log.Peer ReviewedPostprint (author's final draft

Process windows

We describe a method for formally representing the behaviour of complex processes by process windows. Each window covers a part of the system behaviour, i.e. a part of the underlying transition system, and is easier to understand and analyse than the complete transition system. Process windows can overlap and have shared states and transitions so that the complete system behaviour is the union of window behaviours. We demonstrate the advantage of such representations when dealing with complex system behaviours, and discuss potential applications in circuit design and process mining. As a motivational example we consider the problem of covering transition systems by marked graphs, or more generally choicefree Petri nets. The obtained windows correspond to choice-free behavioural scenarios of the system, wherein one window can take over, or wake up, after another window has become inactive. The corresponding wake-up conditions and wake-up markings can be derived automatically.Peer ReviewedPostprint (author's final draft

Fluidization of Petri nets to improve the analysis of Discrete Event Systems

Las Redes de Petri (RdP) son un formalismo ampliamente aceptado para el modelado y análisis de Sistemas de Eventos Discretos (SED). Por ejemplo sistemas de manufactura, de logística, de tráfico, redes informáticas, servicios web, redes de comunicación, procesos bioquímicos, etc. Como otros formalismos, las redes de Petri sufren del problema de la ¿explosión de estados¿, en el cual el número de estados crece explosivamente respecto de la carga del sistema, haciendo intratables algunas técnicas de análisis basadas en la enumeración de estados. La fluidificación de las redes de Petri trata de superar este problema, pasando de las RdP discretas (en las que los disparos de las transiciones y los marcados de los lugares son cantidades enteras no negativas) a las RdP continuas (en las que los disparos de las transiciones, y por lo tanto los marcados se definen en los reales). Las RdP continuas disponen de técnicas de análisis más eficientes que las discretas. Sin embargo, como toda relajación, la fluidificación supone el detrimento de la fidelidad, dando lugar a la pérdida de propiedades cualitativas o cuantitativas de la red de Petri original. El objetivo principal de esta tesis es mejorar el proceso de fluidificación de las RdP, obteniendo un formalismo continuo (o al menos parcialmente) que evite el problema de la explosión de estados, mientras aproxime adecuadamente la RdP discreta. Además, esta tesis considera no solo el proceso de fluidificación sino también el formalismo de las RdP continuas en sí mismo, estudiando la complejidad computacional de comprobar algunas propiedades. En primer lugar, se establecen las diferencias que aparecen entre las RdP discretas y continuas, y se proponen algunas transformaciones sobre la red discreta que mejorarán la red continua resultante. En segundo lugar, se examina el proceso de fluidificación de las RdP autónomas (i.e., sin ninguna interpretación temporal), y se establecen ciertas condiciones bajo las cuales la RdP continua preserva determinadas propiedades cualitativas de la RdP discreta: limitación, ausencia de bloqueos, vivacidad, etc. En tercer lugar, se contribuye al estudio de la decidibilidad y la complejidad computacional de algunas propiedades comunes de la RdP continua autónoma. En cuarto lugar, se considera el proceso de fluidificación de las RdP temporizadas. Se proponen algunas técnicas para preservar ciertas propiedades cuantitativas de las RdP discretas estocásticas por las RdP continuas temporizadas. Por último, se propone un nuevo formalismo, en el cual el disparo de las transiciones se adapta a la carga del sistema, combinando disparos discretos y continuos, dando lugar a las Redes de Petri híbridas adaptativas. Las RdP híbridas adaptativas suponen un marco conceptual para la fluidificación parcial o total de las Redes de Petri, que engloba a las redes de Petri discretas, continuas e híbridas. En general, permite preservar propiedades de la RdP original, evitando el problema de la explosión de estados

Vérification efficace de systèmes à compteurs à l'aide de relaxations

Abstract : Counter systems are popular models used to reason about systems in various fields such as the analysis of concurrent or distributed programs and the discovery and verification of business processes. We study well-established problems on various classes of counter systems. This thesis focusses on three particular systems, namely Petri nets, which are a type of model for discrete systems with concurrent and sequential events, workflow nets, which form a subclass of Petri nets that is suited for modelling and reasoning about business processes, and continuous one-counter automata, a novel model that combines continuous semantics with one-counter automata. For Petri nets, we focus on reachability and coverability properties. We utilize directed search algorithms, using relaxations of Petri nets as heuristics, to obtain novel semi-decision algorithms for reachability and coverability, and positively evaluate a prototype implementation. For workflow nets, we focus on the problem of soundness, a well-established correctness notion for such nets. We precisely characterize the previously widely-open complexity of three variants of soundness. Based on our insights, we develop techniques to verify soundness in practice, based on reachability relaxation of Petri nets. Lastly, we introduce the novel model of continuous one-counter automata. This model is a natural variant of one-counter automata, which allows reasoning in a hybrid manner combining continuous and discrete elements. We characterize the exact complexity of the reachability problem in several variants of the model.Les systèmes à compteurs sont des modèles utilisés afin de raisonner sur les systèmes de divers domaines tels l’analyse de programmes concurrents ou distribués, et la découverte et la vérification de systèmes d’affaires. Nous étudions des problèmes bien établis de différentes classes de systèmes à compteurs. Cette thèse se penche sur trois systèmes particuliers : les réseaux de Petri, qui sont un type de modèle pour les systèmes discrets à événements concurrents et séquentiels ; les « réseaux de processus », qui forment une sous-classe des réseaux de Petri adaptée à la modélisation et au raisonnement des processus d’affaires ; les automates continus à un compteur, un nouveau modèle qui combine une sémantique continue à celles des automates à un compteur. Pour les réseaux de Petri, nous nous concentrons sur les propriétés d’accessibilité et de couverture. Nous utilisons des algorithmes de parcours de graphes, avec des relaxations de réseaux de Petri comme heuristiques, afin d’obtenir de nouveaux algorithmes de semi-décision pour l’accessibilité et la couverture, et nous évaluons positivement un prototype. Pour les «réseaux de processus», nous nous concentrons sur le problème de validité, une notion de correction bien établie pour ces réseaux. Nous caractérisions précisément la complexité calculatoire jusqu’ici largement ouverte de trois variantes du problème de validité. En nous basant sur nos résultats, nous développons des techniques pour vérifier la validité en pratique, à l’aide de relaxations d’accessibilité dans les réseaux de Petri. Enfin, nous introduisons le nouveau modèle d’automates continus à un compteur. Ce modèle est une variante naturelle des automates à un compteur, qui permet de raisonner de manière hybride en combinant des éléments continus et discrets. Nous caractérisons la complexité exacte du problème d’accessibilité dans plusieurs variantes du modèle

A <i>P</i>- and <i>T</i>-invariant characterization of product form and decomposition in stochastic Petri nets

Structural product form and decomposition results for stochastic Petri nets are surveyed,unifed and extended. The contribution is threefold. First, the literature on structural results for product form over the number of tokens at the places is surveyed and rephrased completely in terms of T-invariants. Second, based on the underlying concept of group-local-balance, the product form results for stochastic Petri nets are demarcated and an intuitive explanation is provided of these results based on T-invariants, only. Third, a decomposition result is provided that is completely formulated in terms of both T-invariants and P-invariants

Recent advances in petri nets and concurrency

CEUR Workshop Proceeding