КОНЦЕПТУАЛЬНЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ И МОДИФИКАЦИИ СЕТЕЙ ПЕТРИ ДЛЯ ПРИЛОЖЕНИЙ В ОБЛАСТИ СИНТЕЗА ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ АРХИТЕКТУРЫ РАСПРЕДЕЛЕННЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ С ПЕРЕМЕННОЙ СТРУКТУРОЙ

Актуальность и цель. Объектом исследования является функциональная архитектура распределенных вычислительных систем с переменной (реконфигурируемой) структурой, характерной для гибридных систем облачно-сетевого (грид) типа. Несмотря на то, что сети Петри издавна исследуются как в теоретическом, так и в практическом планах, методы их интерпретации продолжают интенсивно развиваться. В настоящее время в недостаточной степени исследована проблема вложения сетей Петри в архитектуру распределенных сетевых приложений, используемых для реализации глобальных вычислений в современных смешанных облачных, грид и кластерных системах. Показано, что в современных исследованиях сети Петри используются в основном при моделировании дискретных систем и процессов, а не в качестве основы для формализованных спецификаций при разработке распределенных приложений. В этой связи актуальной является интерпретация сетей Петри в приложениях к функциональной архитектуре распределенных вычислительных систем с переменной структурой, основанной на сетевом программном обеспечении промежуточного класса (класса middleware). Целью работы являлась интеграция графических представлений концептуальных графов, семантических сетей, сценариев и сетей Петри, что позволило создать эффективный инструментарий с графической поддержкой для проектирования функциональной архитектуры распределенных вычислительных систем с переменной структурой и, в частности, облачной архитектуры вида NCaaSoD – Network Computing as a Service on Demand (сетевые вычисления как облачный сервис по требованию пользователя).

Материалы и методы. Использованы концептуальные модели распределенных процессов, являющиеся графической интерпретацией исчисления предикатов первого порядка. Предложены концептуальные графы для распределенных сетей Петри смешанного типа, которые позволяют описывать с целью последующей реализации вычислительные процессы в глобальных вычислительных сетях.

Результаты. На основе интеграции графических представлений концептуальных графов, семантических сетей, сценариев и сетей Петри предложены концептуальные представления распределенных реконфигурируемых сетей Петри, позволяющие реализовать их непосредственное вложение в архитектуру вычислительной сети.

Выводы. Предложены новые концептуально-поведенческие модели на основе концептуальных графов распределенных сетей Петри для определения системной и функциональной архитектур распределенных вычислительных систем с переменной структурой, предоставляемой пользователю по его требованию в качестве гибридного облачно-сетевого сервиса; данные модели отличаются возможностью оперативной реконфигурации и непосредственной исполнимостью. Предложена и формализована методика вложения концептуальных сетей Петри в архитектуру облачно-сетевых компьютерных систем типа NCaaSoD – сетевые (облачные) вычисления как сервис, организуемый по запросу пользователя. Предложены правила получения отношений связности между позициями и переходами сети Петри, размещаемыми на узлах физической компьютерной сети.

1. Petri C.A. Kommunikation mit Automaten. English Translation, 1966: Communication with Automata, Technical Report RADC-TR-65-377, Rome Air Dev. Center, New York.

2. Wang Jiacun. Petri Nets for Dynamic Event-Driven System Modeling / Published in Handbook of Dynamic System Modeling. Department of Software Engineering. Monmouth University, West Long Branch, NJ 07764, 2007. P. 1-17.

3. Murata T. Petri Nets: Properties, Analysis and Applications // Proceedings of the IEEE. April 1989. Vol. 77, No. 4. P. 541-580.

4. Peterson J. L. Petri Net Theory and the Modeling of Systems. N.J.: PrenticeHall, 1981. 288 p.

5. Дубинин В.Н., Зинкин С.А. Сетевые модели распределенных систем обработки, хранения и передачи данных. Пенза: Изд-во «Приволжский Дом Знаний», 2013. 452 с.

6. Welcome to the Petri Nets World. [Web resource]. URL: http://www.informatik.unihamburg.de/TGI/PetriNets/index.php. Free admission. Access date: 10.11.2018.

7. Applications and Theory of Petri Nets and Concurrency // Proc. 35th International Conference, PETRI NETS 2014, Tunis, Tunisia, June 2014 / Ed. by Ciardo G., Kindler E. Lecture Notes in Computer Science. Vol. 8489. Berlin.: Springer. 2014. 395 p.

8. Application and Theory of Petri Nets and Concurrency: Proc./36th International Conference, PETRI NETS 2015, Brussels, Belgium, June 2015 / Ed. by Devillers R., Valmari A. Lecture Notes in Computer Science. Vol. 9115. Berlin.: Springer, 2015. 351 p.

9. Application and Theory of Petri Nets and Concurrency // Proc. 37th International Conference, PETRI NETS 2016, Torun, Poland, June 2016 / Ed. by Kordon F., Moldt D. Lecture Notes in Computer Science. – Vol. 9698. Berlin.: Springer, 2016. 345 p.

10. Application and Theory of Petri Nets and Concurrency // Proc. 38th International Conference, PETRI NETS 2017, Zaragoza, Spain, June 2017 / Ed. by Van Der Aalst W., Best E. Lecture Notes in Computer Science. Vol. 10258. Berlin.: Springer, 2017. 351 p.

11. Application and Theory of Petri Nets and Concurrency // Proc. 39th International Conference, PETRI NETS 2018, Bratislava, Slovakia, June 2018 / Ed. by Khomenko V., Roux O. H. Lecture Notes in Computer Science. Vol. 10877. Berlin.: Springer, 2018. 427 p.

12. Котов В.Е. Сети Петри. М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1984. 160 с.

13. Peterson J. L. Petri Nets // ACM Computing Surveys. 1977. 9 (3). P. 223–252.

14. Методы параллельного микропрограммирования / под ред. О. Л. Бандман. Новосибирск: Наука, 1981. 182 с.

15. Юдицкий С. А., Магергут В. З. Логическое управление дискретными процессами. Модели, анализ и синтез. М.: Машиностроение, 1987. 178 с.

16. W. M. P. van der Aalst. A class of Petri nets for modeling and analyzing business processes // Computing Science Reports 95/26, Eindhoven University of Technology, Eindhoven, 1995. P. 1-25.

17. Hruz B., Zhou M. C. Modeling and Control of Discrete-event Dynamic Systems with Petri Nets and Other Tools. SpringerVerlag, London, 2007. 351 p.

18. Iordache M. V., Antsaklis P. J. Supervisory Control of Concurrent Systems. A Petri Net Structural Approach. Boston: Birkhauser, 2006. 281 p.

19. On Modification in Petri Nets / R. Jahns, M. Becker, T. Bessey, H. Szczerbicka // Journal Proc. Symposium on Performance Evaluation of Computer and Telecommunication Systems (SPECTS), 2002. 5 p.

20. Valk R. Self-modifying Nets // Report Bericht Nr. 34, IFI-HH-B-34/77, from the Institute of Informatics, University of Hamburg, Schluterstrasse 70, Hamburg 13, D-2000, West Germany, July 1977. 36 p.

21. Temporized Colored Petri Nets with Changeable Structure (TCPN-CS) for the Performance Modeling of Dynamic Production Systems / Jiang Z., Zuo M. J., Fung R. Y. K., Tu P. Y. // International Journal of Production Research 2000. 38, No. 8. Р. 1917-1945.

22. Holloway L. E., Krogh B. H., Giua A. A Survey of Petri Net Methods for Controlled Discrete Event Systems // Discrete Event Dynamic Systems: Theory and Applications, 7, Kluwer Academic Publishers, Boston. Manufactured in The Netherlands, 1997. P. 151-190.

23. Krogh B. H. Controlled Petri nets and maximally permissive feedback logic // Proc. 25th Annual Allerton Conference, University of Illinois, Urbana, 1987. P. 317-326.

24. Ichikawa A., Hiraishi K. Analysis and control of discrete event systems represented by Petri nets // Discrete Event Systems: Models and Applications. Varaiya P., and Kurzhanski A. B. eds. Lecture Notes in Control and Information Sciences. Vol. 103, New York: Springer Verlag, 1988. P. 115-134.

25. Omar Yaqub, Lingxi Li. Modeling and Analysis of Connected Traffic Intersections Based on Modified Binary Petri Nets // Hindawi Publishing Corporation, International Journal of Vehicular Technology. Vol. 2013, Article ID 192516, 2013. 10 p.

26. Jianxin Liao, Yuting Zhang, Xiaomin Zhu. An Inter-Working Petri Net Model between SIMPLE and IMPS for XDM Service // Chapter from the book “Petri Net, Theory and Applications”, pp. 73-90. Downloaded from URL: http://www.intechopen.com/books/petri_net_theory_and_applications. [Web resource]. Source: Petri Net, Theory and Applications. Book edited by: Vedran Kordic, ISBN 978-3-902613-12-7, 534 p., February 2008, ITech Education and Publishing, Vienna, Austria.

27. Petri Net Transformations / H. Ehrig, K. Hoffmann, J. Padberg, C. Ermel, U. Prange, E. Biermann, T. Modica // Chapter from the book “Petri Net, Theory and Applications”, pp. 1 – 16. Downloaded from URL: http://www.intechopen.com/books/petri_net_theory_and_applications. [Web resource]. Free admission. Access date: 10.11.2018. Source: Petri Net, Theory and Applications, Book edited by: Vedran Kordic, ISBN 978-3-902613-12-7, 534 p., February 2008, I-Tech Education and Publishing, Vienna, Austria.

28. Petri Nets Fundamental Models, Verification and Applications / Edited by Michel Diaz. John Wiley & Sons, 2009. 585 p.

29. Svadova M., Hanzalek Z. Matlab Toolbox for Petri Nets. URL1: https://simonline.akademitelkom.ac.id/dosen/riset/smartgrid/Bukan/Hanzalek01a.pdf. URL2: http://www.academia.edu/7645464/MATLAB_TOOLBOX_FOR_PETRI_NET S. [Web resource]. Free admission. (Access date: 10.11.2018).

30. Petri Nets Tools Database Quick Overview. URL: http://www.informatik.uni-hamburg.de/TGI/PetriNets/tools/quick.[Web resource]. Free admission. (Access date: 10.11.2018).

31. Component-based synthesis for complex APIs. / Yu Feng, Ruben Martins, Yuepeng Wang, Isil Dillig, Thomas W. Reps // Newsletter, ACM SIGPLAN Notices - POPL '17. Vol. 52. Issue 1, January 2017. P. 599-612.

32. Samokhvalov D.I., Dworzanski L.W. Automatic Code Generation from Nested Petri nets to Event-based Systems on the Telegram Platform // Trudy ISP RAN / Proc. RAS. 2016. Vol. 28. Is. 3. P. 65-84.

33. Petri Nets and Ladder Logic for Fully-Automating and Programmable Logic Control of Semi-Automatic Machines and Systems / Mahmoud A. Barghash, Osama M. Abuzeid, Anas N. Al-Rabadi, Ahmad M. Jaradat // American J. of Engineering and Applied Sciences 2011. №4 (2). P. 252-264.

34. Conway C., Cheng-Hong Li, Megan Pengelly M. Pencil: A Petri Net Specification Language for Java. 3 December 2002 [Web resource]. URL: http:// www.cs.columbia. edu/~sedwards/classes/2003/w4115/conwayreport.pdf/. Free admission. (Access date: 10.11.2018).

35. PetriNetExec: Java Embeddable Petri Nets: PetriNetExec a library for embedding Petri Nets into Java applications. Last Update: 2013-05-30. [Web resource]. URL: https://sourceforge.net/projects/petrinetexec/Free admission. (Access date: 10.11.2018).

36. Jai Manral. Automated Test Case Generation using Petri Nets. [Web resource]. URL: https://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/ 1509/1509.08401.pdf. Free admission. (Access date: 10.11.2018).

37. Wang L., Jiesong Y., Xiaofeng Y., Jun H., Xuandong L., Guoliang Z. Generating test cases from UML activity diagram based on Gray-box method // Software Engineering Conference. Nov. 2004. P. 284-291.

38. Masahiro Osogami, Teruya Yamanishi, Katsuji Uosaki. Input-Output Conditions for Automatic Program Generation Using Petri Nets // International Conference on Knowledge-Based and Intelligent Information and Engineering Systems / Lecture Notes in Computer Science. Vol. 6881. Berlin.: Springer, 2011. P. 296-305.

39. A Guide to Modelling and Control with Modules of Signal Nets. Jörg Desel, Hans-Michael Hanisch, Gabriel Juhás, Robert Lorenz, Christian Neumair // Lecture Notes in Computer Science. Vol. 3147. Berlin, Heidelberg: Springer, 2004. P. 270-300.

40. Arlow J., Neustadt I. UML 2 and the Unified Process: Practical ObjectOriented Analysis and Design. 2nd Edition. New Jersey: Pearson Education Inc., Addison-Wesley Professional. 2005. 624 p.

41. CharGer Manual v3.5b1 2005-11-30. P. 1–58. URL: http:// charger. sourceforge.net/. [Web resource]. Free admission. (Access date: 10.11.2018).

42. Delugah H. CharGer – A Conceptual Graph Editor written by Harry Delugah. URL: http://www.cs.uah.edu/~delugach/ CharGer/.[Web resource]. Free admission. (Access date: 10.11.2018).