Distributed Simulation of High-Level Algebraic Petri Nets

In the field of Petri nets, simulation is an essential tool to validate and evaluate models. Conventional simulation techniques, designed for their use in sequential computers, are too slow if the system to simulate is large or complex. The aim of this work is to search for techniques to accelerate simulations exploiting the parallelism available in current, commercial multicomputers, and to use these techniques to study a class of Petri nets called high-level algebraic nets. These nets exploit the rich theory of algebraic specifications for high-level Petri nets: Petri nets gain a great deal of modelling power by representing dynamically changing items as structured tokens whereas algebraic specifications turned out to be an adequate and flexible instrument for handling structured items. In this work we focus on ECATNets (Extended Concurrent Algebraic Term Nets) whose most distinctive feature is their semantics which is defined in terms of rewriting logic. Nevertheless, ECATNets have two drawbacks: the occultation of the aspect of time and a bad exploitation of the parallelism inherent in the models. Three distributed simulation techniques have been considered: asynchronous conservative, asynchronous optimistic and synchronous. These algorithms have been implemented in a multicomputer environment: a network of workstations. The influence that factors such as the characteristics of the simulated models, the organisation of the simulators and the characteristics of the target multicomputer have in the performance of the simulations have been measured and characterised. It is concluded that synchronous distributed simulation techniques are not suitable for the considered kind of models, although they may provide good performance in other environments. Conservative and optimistic distributed simulation techniques perform well, specially if the model to simulate is complex or large - precisely the worst case for traditional, sequential simulators. This way, studies previously considered as unrealisable, due to their exceedingly high computational cost, can be performed in reasonable times. Additionally, the spectrum of possibilities of using multicomputers can be broadened to execute more than numeric applications

Redes de Petri reactivas e hierárquicas - integração de formalismos no projecto de sistemas reactivos de tempo-real

Dissertação apresentada para obtenção do grau de Doutor em Engenharia Electrotécnica, especialidade de Sistemas Digitais, pela Universidade Nova de Lisboa, Faculdade de Ciências e TecnologiaNesta dissertação faz-se a apresentação de uma nova classe de Redes de Petri, as Redes de Petri Reactivas e Hierárquicas (RdP-RH). O objectivo principal da proposta é o de suportar o projecto integrado de sistemas reactivos de tempo-real, permitindo, para além do apoio às diversas fases do ciclo de desenvolvimento, nomeadamente especificação, validação, verificação e realização, integrar submodelos especificados através de diferentes formalismos. Como exemplos representativos de sistemas reactivos de tempo-real refiram-se os sistemas embebidos, os sistemas de automação e os circuitos digitais de aplicação específica. De entre os formalismos tidos como interessantes, refiram-se, os formalismos típicos de especificação dos sistemas a eventos discretos passíveis de uma representação gráfica, como as máquinas de estado, os statecharts e as redes de Petri, bem como alguns dos formalismos genericamente designados como de controlo inteligente, como sistemas de produção de regras, de regras com imprecisão e de regras difusas. A classe das Redes de Petri Reactivas (RdP-R), utilizada como núcleo das RdP-RH, é caracterizada como tomando as Redes de Petri Coloridas como classe de referência, às quais se adicionam capacidades de modelação de características não-autónomas, intrínsecas aos sistemas que se pretendem modelar. Discutem-se alguns aspectos ligados à sua realização, nomeadamente os temas de construção do espaço de estados e da resolução automática de conflitos. A introdução de três mecanismos distintos de estruturação hierárquica, denominados por decomposição horizontal, vertical e mista, conduz à definição das RdP-RH. Nelas se utilizam três tipos de nós denominados por macronós, metanós e supernós, associados aos três mecanismos propostos. Os mecanismos de estruturação hierárquica do modelo são complementados com a representação vectorizada dos nós do grafo. Discute-se a aplicação das RdP-RH na modelação de statecharts e de formalismos de controlo inteligente, com ênfase para os controladores difusos, onde a necessidade de integrar controlo e processamento de dados permite utilizar cabalmente as capacidades das RdP-RH. Em torno da análise de trabalhos realizados na área de aplicação de “edifícios inteligentes”, utilizada como referência para o trabalho desenvolvido, identificam-se alguns temas em que se prevêm ou são desejados desenvolvimentos no futuro próximo recorrendo às RdP-RH

Efficient Simulation of THOR Nets

. The aim of our project is to develop and implement an efficient modeling technique and methods for a fast sequential and distributed simulation of real-time systems, such as assembly lines, industrial control systems, or communication protocols. Our simulation language developed to build models of these systems is a class of high-level Petri nets which allows complex objects for token values and provides different kinds of timing aspects as well as an appropriate structuring mechanism for nets. We call this kind of high-level Petri nets Thorns (Timed Hierarchical Object-Related Nets). A problem in simulating any kind of models is the considerable amount of time necessary for the execution of large or complex systems models. In our project we face this problem by developing and implementing special methods for an efficient distributed simulator. The main idea is to derive these methods from the optimistic approach in the theory of distributed simulation of discrete event systems. To..