随机petri网和系统性能评价
林闯，随机petri网和系统性能评价第二版狮机Per网都系统性能评价(第2版)林闯著清华大学出版社北京内容简介本书是随机Petr网理论和技术方面的专著,主要内容包括:各种随机Petr网理论和分析技术;随机Petr阿的模型方法模型的分解和压缩技术以及性能界限求解技术;随机 Petri网在通信议、ATM网络、柔性制造系统计算机系统和软件系统性能评价、工作流中的应用随机Peti阿软榫具。木书内容基本上是自包含的内容新颖,容易理解,便于应用。主要读者对象是计算机、首动控制等相关专业的大学高级学生研究生、程技术和科研人员。版权所有翻印必究。举报电话:010而282989135012566781380310933本书封面贴有清华大学出版社防伪标签,无标签者不得销售。本书防伪标签用特殊防伪校术,用户可遴过在图案表面涂抹清水,图案消失水干斤图聚复魂;或将表面得下,放在白纸上用彩笔涂抹,图案在白纸上再现的方法识别真伪a图书在版编自{CIP)数据随机 Petri阿和系统性能平价/林陶著.2版.一北京:清华大学出杜,205.4ISBN7-302-10651「.随…Ⅱ.林…Ⅲ.计算机网络F.TF393中国版本图书馆C]P数据核字(205)第020115号出版者:清华大学出版社地址:北京清华大学学研大度http://www.tup,comrn邮编:100084杜总权:010-6270175客户服务:(10-6277969资任编辑:醛證印利者:北京矗丰华彩印有限公司订者;…河市李旗庄少明装订厂发行者:新华书店总店北京发行所开本:185×260印张:23,75字教:546干字版次:n5年4月第?版205年4月第1次印刷书号:ISN7-502-10651-7/TP·7213印数:01~3000定价:49.00元第2版前言K随机Peti网和系统性能评价》一书出版已5年了,一本好的科技书都悬要通过使用、修改、再使用、再修改,而且计算机技术的发展日新月异,随机Per网作为描述计算机系统和网络的种重要的性能模型和分析具,也要不断完善,从而造应日益复杂的各种新的应用领域。因此在木书的第2版中,新增加了作者及网内外相关学者近些年来在该领域的最新科研城果:(1)在第5章中增加了一节“非乘积解随机 Petri网的乘积形式近似求解”,(2)在第6章中增加了一节“随机 Petri网非乘积解系统的判定与界限求解”,〔3)新增了第11章“在Web服务器集群中的应用”和第12章“在工作流中的应用”。同时,本版对原版中的一些错误也进行了更正。作者2095年2月12日前随着计算机科学和技术的发展,计算机应用不断普及和深入,人们越承越感到计算机系统性能评价在社会技术进步中的重要性。计算杌系统性能评价研究的目的主要有三个:选择、改进和设计。在众多的系统(方案)中选择—^最适合需要的系统(方案〕,即在一定的价格范围内迭择性能最好的系统达到较好的性能价格比;对已有系统的性能缺陷和瓶颈进行改进和提高其运行效率;对未米设计的系统进行性能预测,在性能成本方面实现最佳设计或配置计算机系统的性能般包括以下两个方面:个方面足它的可靠性或可利用性,亦即,计算机系统能正常工作的时间,其指标可以是能够持续工作的时间长度,如平均无故障时间;也可以是在一段时间内,能正常工作的时间所占的百分比。另一方面是它的处理能力或效率。这又可分为三类指标:一类指标是各种吞吐率,如系统在单位时间内能处理正常作业的个数。另类指标是各种响应的时间,即从系统得到输人至给出输出之间的时间。再一类指标是各种利用率,即在给定的时间区间中,各种部件(包括硬设备利软系统)被使月的时间与整个时间之比。当然不同的系统对性能指标的描述有所不同例如局域网络常用的性能评估指标为信道传输速率、信道吞吐量和容量、信道利用率、传输延迟、响应时间和负载能力等计算机系统的性能取决于多种因素,最基本的因素是系统的配置{即指系统构成所包括的各种软件、硬件的成分、数量、能力和系统结构、处理和调度策略路等〕和系统负载(即指工作负载和丁作方式例如交方式批处理方式等性能評价的主要仟务就是研究系统配置、系统负载性能指标之间的相互关系。性能评价的方法大致可以分为两类:1)测量方法通过一定的测量设备或一定的测量程序可以直接从计算机系统测得各项性能指标或与之密切相关的量,然后由它们经过些简单的运算求出柑应的性能描标。这是最直接也是最基本的方法,其他方法在定程度上也要依赖于它。但是这种方法只能适用于已经存在并运行的系统,面且比较费时间。测量方案和测量手段是测量方法的关键(2)模型方法首先对要评价的计算机系统建立一个适当的模型,然后求出模型的性能指标,以便对系统进行性能评价。模型中一般包括许多参数,这些参数的确定往往依赖于对实际系统的测量结果或对系统参数的佔价。与测量方法相比,模型方法有两个优点:—是它不仅可以应用于已有的系统的性能评价,而且也可以应用于尚未存在系统的性能预测;是它的T作量一般比测量方法要小,比测量手段的费用要少。模型方法又可分为模拟方法和分析方法两种。模拟方法是用一个程序动态地模拟个系统及其负载。一般首先使用一个模拟语言来为系统建立模型,然后在模拟时,通过随机Per网和系统性能评价用负载驱动系统模型从而得出模型的性能指标。模拟方法可以详细地刻画系统,得出较精确的性能指标,但是构造和使用模型时的费用较高。分析方法则是应用数学理论与方法来研究和描述性能与系统、负载之间的关系。为了数学上描述与计算的方便,往往要对系统模型进行-些笸化和假设,因响这种模型刻画系统的详细程度较低,得出的性能指标精度也较低。但是这种方法理论基础强,可以明显地刻画备种因素之间的关系,而且构造和使用模型时的费用也较低。随着讦算机技术的发展,系统的庞大和复杂化使得系统性能评价问题变得越来越复杂并越来越引起人们的重视。提供有效的数学理论工具、直观的模型描述方法和有效的模型分析方法以及实用的辅助分析软件,是系统性能评价所而临的迫切需要解决的问题,这也正是本书所要介绍的随机Petr网分析技术的核心性能分析方法传统上采用排队论数学埋论来鮮决系统的描述问题,数学求解的基础是马尔可夫随机过程。80年代初随机 PEtri网的提出为系统的性能分析又提供了个新的数学述工具。随机 Petri网研究爿前已是一个热门课题。Petri阿是可应用到很多系统和领域的图形和数学模型工具。 Petri网是信息处理系统描述和模型的有力工具之一,它的主要特性包括:并行、不确定性、异步和分布描述能力和分析能力。作为图形工具, Petri网除了具有类似流程图、框图和网图的可视描述功能外,它还可通过标记( token)的流动模拟系统的动态和活动行为,所以可以说, Petri网是动态图形描述工具。作为数学工具, Petri网可以建立状态方程代数方程和其他数学模型来描述系统的行为。 Petri网既可为理论工作者也可为程人员所使用。它可以作为理论者和实践者之间的通信媒介,以便于人们进行交流和理解随着信息处理系统的日益庞大和复杂化,人们越来越需要采用系统T程的方法来设计和维护信息处理系统。在信息处理系统的整个生命期内,采用图形化的数学工具来完成系毓的形式描述、系统的正确性险证、系统性能的评价、系统的「标实现和测试是卡常必要的。 Petri网是适应上述各项任务的有效工具,可以在一个 Petri网系统模型的框架上完成各项任务。在这-点上,其他图形或数学工其则不具备如此的功能系统性能评价方法,尤其是排队纶分析方法的发展和所遇到的问题,包括并行系统的资源共享描述和非乘积解的问题,给Peri网应用领域的拓宽和发展带来了勃勃生机。从8年代初随机 Petri网提出以来,系统性能评价过成为 Petri网最成功的应用领域之从1985年起,相关Pet网和性能模型的国际研讨会也开始召开,这个研讨会每两年召开一次。在随机Peri网简短的发展历史中,它的应用范围经超出了讦算机科学成为研究离散事件动态系统的一种有力工具。很有前途的应用领域包括计算机网络、分布式软件系统、分布式数据库系统、并发和并行计算系统、柔性制造与工业削造系统、离散事件系统、多处理机系统、容譜与故障诊斷系统、办公自动化系统和决策模型等。作者进行了不同级别 Petri树和各种随机 Petri网的多年研究,并在国际上首先提出了随机高级Peti网及其分析技术和在一些系统性能评价中的应用。本书的主要内容是作者十多年工作的总结。据作者所知,本书是国内外第一本随机Petr网理论和技术方面的专著。本书的目的是使读者能基本掌据随机Peri网的理论模型方法、分析技术和前言应用思路;同时了解当前隨机Petr网理论和庇用的发展,为读者的系统性能评价学习丁作和研究课题提供一条有效途径。本书的主要内容包括四部分:1)在第1章至第3章中介绍了各种随机Petr网理论和分析技术,包括随机 Petri网(SPN)、广义随机Petn网(GSPN)、随机回报网(SRN)随机高级 Petri网(SHPN)和确定与随机Petr网(DsPN)。在这些Petn网理论和分析技术中,着重描述了可达集和稳定状态概率的算法,可达分析和入变量的计算及分析方法。介绍了系统的性能特性分析和算法。这部分是随机 Petri网的基础知识,足学习其他章节的基础。2)在第4章至第6章中讨论了随机Peri网的模型方法,随机网模型的分解和压缩技术以及模型性能界限求解技术。SPN模型性能评价的一个主要问题是模型状态空间的爆炸状态的数量会随着模型的规模和复杂性的增加而是指数性地增长,使实际系统的性能评价不可能。这一点会严重地阻得SPN模型的实际应用,也是当前SPN研究的热点问题。这部分所介绍的技术可以应用到各种复杂大型系统的性能模型和评价屮,这些技术是掌握SPN分杆方法的关键,也是深入进行SPN研究的基础。(3)在第7章至第10章屮,着重介绍了随机Per网在通倍协议性能模型,ATM网络性能模型、柔性制造系统性能模型以及在计算机系统和软件系统性能评价中的应用。在随机Per网的应用中,注意了专有对象的描述问题的求解及分析方法的有效性。介绍了一些基本计算杋和网络系统的性能模型方法,系统模型的基本化简技术,系统性能参数,例如系统的吐吞量资源的利用率和用户平均响应时间等的实际计算和分析。(4)为了方便读者使用随机Petr网软件工具,在第12章中介绍了随机Peti网软件包—SFNP确定与隨机 Petri网敦件包 DSPNexpress以及本书作者开发的随机高级Per网辅助软件 SHLPNA。在SPNP的介绍中,侧重介绍实际模型例了的分析软件程序,读者很容易套用这些例子编写自已的软件程序。而在 DSPNexpress和SHLPNA的介绍中,则侧重程序和数据结构的描述,读者可以了解随机 Petri网软件工具的开发和使用。本书的主要特点是:(1)书中的内容基本上是自包含的,随机Petr网的知识完整。本书包括了随杌Pet网理论、模型方法、化筒技术和应用以及软件工具的介绍。(2)容易理解,便于应用。本书淡化了数学形式的描述,注重了实际系统的模型;对于每种形式的定义和推导,都给出模型例了进行引导。软件T具的介绍便于读者对实你问题模型的理解(3)内容新颖。本书包括了随机Pet网领域的主要最新研究成果和作者近年来的工作目前在随机Petr网领域里已取得的成果远多于本书所介绍的内容。本书仅是学习随机 Petri网的第一步,深一步的学习还需读者阅读其他资料。囡家自然科学基金委员会和国家重点基础研究发展规划项目(编号:G1999270307Ⅵ随机Petr网和系统生能评价对作者的研究T作给予了连续的资助,本书的出版得到了“国家科学技术学术著作出版基金”的资助。北京航空航天大学计算机系杨文龙教授、中国科学院数学研究所陆维明研究员和上海复旦大学计算机系是时霖教授对本书的内容进行了认直的审阅,在此一并致谢本书写作期间,我的家人和朋友给了我极大鼓励科帮助,作者谨以此书献给我的家人和朋友林闯1998年12月于北京目录第1章Per网的基本概念和术语1.1Peri网研究与发展简况……冒甲昏■■看暑1.2 Petri网模型介绍…1甲甲■卜昏督晶b1.3网的基础知识…1.4位置,/变迁(PT)系统…5高级Peri网(HLPN》系统…甲甲冒鲁■■倡F■晶口1.6不同级别系统之间的关系与变换………参考文献血自自L甲14第2章几种随机Petr网模型与分析方法2.1随机时间变迁的实施…甲1冒■■■1b山bbh甲 D4D PE292.2随机 Petri网(SPN232.3·义随机 Petri网(GSPN}·甲1·甲1山*···啊…B"22.4随机回报网(SRN)……日日甲甲■■血pd2.5确定与随机 Petri网
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警用数字集群（PDT）通信系统总体技术要求
警用数字集群（PDT）通信系统总体技术要求9电气安全,2410电源适应性2411机械结构安全241.1结构..·.·2411.2表面温度.2412环境和电磁兼容要求·鲁专2512.1环境适应性2512.2电磁兼容性要求.13可靠性要求13.1信道设备可靠性55513.2控制和链路设备的可靠性.14运输和包装要求,,。非2图1网络基础设备示意图图2完全对等的系统互联网络架构。。。19图3 PDT-MPTI1327互联结构···.········,,,,.20图4安全机制示意图24表1PDT设备主要功能要求,。10表2信道设备总体性能指标表3基地台的发射机和接收机的射频指标.·非·静·着·非。章申·21表4手持台的发射机和接收机的射频指标。鲁表5车载台的发射机和接收机的射频指标1范围本技术要求规定了警用数字集群(PD)通信系统的技术特性、系统构成和功能要求作频段、网络管理、信道设备基本性能指标、交流供电系统、信息安仝和保密、环境和电磁兼容、可靠性等总体性要求。木技术要求适用」警用数字集群(PDT)通信系统的总体规划、网络设计、设备开发、生产、工程建设和验收2系统技术特性2.1基本技术体制2.1.1技术体制2.1.1.1信道划分米用频率和时间分割的方法划分信道。频率分割是在给定的350MHz到390Mz频段内按12.5kz信道间隔和10Ⅷz收发间隔划分载波信道。其他频段按照国家无线电管理部门的有关规定执行。时间分割时釆用时分复用/时分多址(TDMA)技术划分时隙信道。规定每载波时隙为两个,即物理信道为两个,再根据需要设置务和控制逻辑信道。2.1.1.2区域覆盖对于无线服务区的覆盖采用下列技术:大区制覆盖;频率复用;准同步发射;分时共享发射;直通模式⑩)/中转模式(RMO)/集群模式(TMO2.1.2射频调制方式射频调制方法采用四电平频移键控(4『SK)。2.1.3调制速率调制发送4800符号/秒,每个符号由两个比特信息组成。2.1.4语音编码语音编码速率应不低于2kbps,语音编码加上信道编码后的速率应为3.6kbpS2.2系统基本业务2.2.1用户终端业务用户终端业务是为用户终端之间提供完整通信能力的业务,系统应提供下列用户终端业务:语音和数据业务电话互联业务。2.2.2承载业务承载业务是在用户终端与网终接口之间提供信号传输能力的电信业务系统应提供下列承载业务:语音和电路数据传输业务短数据传输业务;分组数据传输业务2.3基本协议和信令基本协议和信令应符合警用数字集群(PDT)通信系统系列技术标准中所规定的有关协议和信令。2.4系统工作方式集群工作方式移动台在集群控制设备管理下的信道共享工作方式。2.4.2直通工作方式移动台之间直接互通的工作方式。2.4.3中转工作方式移动台通过中转台进行通信的工作方式2.4.4故障弱化工作方式基站和交换节点之间的链路或交换节点发生故障时,基站仍能以集群方式继续工作,支持本基站基本呼叫业务(单呼、组呼等)2.5呼叫建立时间同一交换局内组呼建立时间应不大」300ms。3系统构成和功能要求3.1系统构成3.1.1网络基础设备网络基础设备包括交换机、网关、网络管理设备、基站控制设备和基地台等,见图1。网关交换机网络管理设各基站基站基地台基地台基地台基地台图1网络基础设备示意图3.1.2用户终端设备用户终端设备包括移动台、有线台和调度台3.1.2.1移动台通过空屮接口和网络基础设备相连的普通用户终端设备,包括车载台、手持台等3.1.2.2有线台通过有线方式和网络基础设备相连的普通用户终端设备3.1.2.3调度台具有调度功能的用户终端设备,包括有线调度台和无线调度台。有线调度台通过有线方式和网络基础设备相连的调度台。无线调度台通过空中接口和网络基础设备相连的调度台3.2功能要求3.2.1功能定义3.2.1.1登记登记是移动台向集群系统发起入网请求及确认的过程,登记时必须要求进行鉴杈3.2.1.2去登记去登记是移动台向集群系统发出退出系统的通知过程。3.2.1.3漫游在由多个基站联网的系统中,移动台在归属基站以外的基站进行登记和继续使用系统提供的业务的功能3.2.1.4语音单呼语音单呼是移动台与其它用户终端之间建立的一种点对点的双冋语音呼叫,呼叫的参与方只有主叫和被叫两方。移动台之间的语音单呼分为 TOACSU和OACS两种。3.2.1.5语音组呼语音组呼是由·个移动台或者调度台发起的,多个移动台参与的点对多点的语音呼叫。3.2.1.6组呼迟入某个组呼建立后至结束之前,控制信道冑期广播该组呼的建立信息,以保证刚开机或刚从其他基站漫游到该基站或刚从其他通话组释放出来的移动台能参与这个尚未结束的组呼。3.2.1.7组呼并入个组呼建立后至结束之前,某移动台呼叫这个已经建立的通话组,系统将该移动台作为被叫并入到已经建立的组呼。3.2.1.8广播呼叫播呼叫是一种特殊的语音组呼,呼叫建立后在业务信道上只有主叫具备发射权限,被叫用户只有接收权限,可以有效防止被叫用户干扰主叫的发射过程。3.2.1.9紧急呼叫紧急呼叫是用户在紧急情况下发起的一种特殊呼叫,具有最髙优先级,当无信道资源时,系统会释放其他低级别呼叫的信道资源来给紧急呼叫使用。3.2.1.10优先呼叫优先呼叫是指系统繁忙时优先获取资源的呼叫,获取资源的方式可以是抢占低优先级呼叫的信道,也可以是在排队队列中插队3.2.1.11报警报警是在紧急情况下用户通过操作移动台设备上的特姝按钮,在系统控制信道上向预先设冒的目的(移动台或者调度台)发送预定义的状杰消息,通知其他移动台或者调度台,该用户正处于紧急危险的状态。3.2.1.12环境侦听环境侦听是调度台向移动台发起的一种特姝呼叫,用于监听移动台周边的环境声音。被叫移动台在系统指定的业务信道上自动打开发射机和MIC,将环境声音发送给调度台。在整个环境侦听过程中(侦听建立、侦听发射、侦听结朿),移动台的显示、扬声器、提示音、指小灯等人杋芥面状态应与空闲待机时完全相冋。环境侦听过程中,如果移动台用户进行呼岀操作(包括发短消息等),环境侦听都应自动结束,)返冋控制信道。调度台可以随时结宋·个由其建立的环境侦听呼叫3.2.1.13监听监听是指授权用户终端获取指定的移动台、通话组或者信道上的语音的过程。3.2.1.14插话插话是指调度台在监听或参与语音通话的过程中,强制中断正在进行的讲话,夺取话权进行讲话;3.2.1.15强拆强拆是指系统强制中断正在进行的呼叫并释放所占的相应资源的过程3.2.1.16越区切换越区切换是指移动台在语吝通话的过程中切换基站而不闩断止在进行的业务的过程3.2.1.17通话限时通话限时是系统控制用户进行语音呼叫时允许的最大持续时间的功能,包括单次按讲限时和单次呼叫总时长限时3.2.1.18讲话方身份识别讲话方身份识别是指在语音呼叫的过程中,语音接听方利用随路信令或者嵌入信令识别当前讲话方身份的功能3.2.1.19PTT授权PTˆ授权是为了避免语音碰撞而规定的讲话权申请、分配控制过稈,只有获得讲话权的移动台才能发射语音。3.2.1.20遥毙遥毙是系统利用空∏信令禁用移动台的过程,被遥毙的移动台将失去所有操作功能,只有利用授权的编稈设备才能将被遥毙的移动台激活3.2.1.21遥晕遥晕是利用空口信令禁用移动台的过程,授权的网管终端或调度台可将目标移动台遥晕。被遥晕的移动台不能发起或者接收仼何网络的服务(包括各类呼叫、短消息等业务),但应保留登记、去登记、鉴权、复活和数据上拉服务(如玊星定位信息上拉服务等),用来帮助寻找丢失移动台。被遥晕的移动台可以通过空凵复活。3.2.1.22复活复活是利用空∏信令解禁被遥晕移动台的过程,授杖网管终端或调度台可以进行复活操作,使移动台恢复到正常工作状态3.2.1.23动态重组动态重组是授权网管终端或调度台利用空口信令向目标移动台临时增加通话组(动态组)的过程,移动台新增加的动态组在收到删除该动态组的信令前一直有效。授权的网管终端或调度台也可以利用空口信令将日标移动台中的动态组删除。3.2.1.24呼叫限制呼叫限制是系统对移动台的呼叫权限的控制,通过设置,限制其呼叫功能。移动台只能进行权限范围内的呼叫,超过权限范围的呼叫将被系统拒绝。3.2.1.25状态消息状态消息是指移动台之间或者移动台与调度台之间,利用控制信道传递7比特消息编码的过程。状态消息可以是点到点的单呼,也可以是点对多点的组呼。3.2.1.26短消息短消息是移动台之间或移动台与调庋台之间,利用控制信道传递有限长度消息的过程短消息可以是点到点的单呼,也可以是点对多点的组呼。PDT系统中,单条短消息的长度为23个汉字。3.2.1.27卫星定位信息传输卫星定位信息传输是指移动台利用空∏信令上传该移动台卫星定位信息的过程。3.2.1.28网络管理网络管理是为了保证系统的正常运行而进行的一些参数配置、运行状态监控、用户档案管理等操作。网络管理至少应具备用户管理、配置管理、故障管理、性能管理和安全管理等功能集。3.2.1.29安全功能安全功能包括鉴权、端到端加密和空口加密3.2.1.30PDT系统之间的互联PDT系统之闫的互联是利用规定的互联协议完成PD交换控制中心之间的信息交互,实现系统间漫游及呼叫控制等功能。3.2.1.31有线电话呼叫有线电话呼叫是移动台利用空口及系统网关设备与PAB、PSTN等有线电话之问进行的呼3.2.1.32功率控制系统利用空口信令调整移动台的发射功牽,达到保障通信效果和降低移动台功耗日的。3.2.1.33包容呼叫包容呼叫是移动台在已经建立呼叫的业务信道上发起的,将其他目标移动台拉入当前业务信道通话的呼叫。3.2.1.34呼叫转移呼叫转移是指把来电转栘到预先设定的其他号码上的业务。呼叫转移叮由自身或第三方设置和取消,转移的条件分为无条件转移和有条件转移。3.2.1.35繁忙排队繁忙排队是当系统业务信道资源全忙时,系统将新发起的呼叫排入呼叫等待队列,待系统有空闲资源时对等待队列中的呼叫进行处理的过程。3.2.1.36分组数据分组数据是利用系统的业务信道,遵循分组数据传输协议实现多用户共享业务信道,进行数据传输的业务过程。3.2.1.37空口加密空∏加密是对移动台与基站之问空∏信令和语音、数据等业务信息的加密。3.2.1.38限定基站呼叫限定基站呼叫是指系统可以利用参数配置限定呼叫参与基站的范围,配置范围外的基站不参与该呼叫。3.2.2PDT设备主要功能要求PDT设备主要功能要求见表1。表1PDT设备主要功能要求编号功能网络基础设备移动台调度台1登记、去登记、鉴权、漫游单呼组呼4组呼迟入组呼并入6广播呼叫紧急呼叫789报警环境侦听监听、插话、强拆越区切换12通话限时13讲话方身份识别14PTT授权遥毙16遥晕、复活
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