[01455223]基于多核机群的Petri网并行算法的研究与实现

目前,并行算法被广泛应用于大量数值问题的求解。但是,对存在并发功能问题的并行算法研究成果缺乏。为此,我们根据Petri网系统具有并发功能的特点,结合并行计算、代数等理论,系统地对Petri网并行算法进行研究,具有非常重要的意义。课题主要的研究内容与成果包括：（1）各种Petri网转换成P/T网的方法、数学表示及形式化过程的研究。系统地分析了原型网、P/T网、颜色网、谓词/变迁等各种Petri网模型的原理及其内在关系,提出并论述了P/T网是各种Petri网并行化最理想的模型。将各种Petri网转换成P/T网,分别给出了结构模型转换方法和代数模型转换方法及其形式化过程;（2）多核PC和机群的新型并行模型研究。结合多线程与软事务内存（STM）共享数据的优势,提出了多核PC的OpenMP+STM并行模型和基于多核机群的MPI+OpenMP+STM三级并行编程模型,并应用到Petri网等多个领域;（3）用库所不变量技术对大规模P/T网进行并行化的数学表示、功能划分策、划分条件及完备性研究。从库所和变迁不同角度,提出基于库所不变量和变迁图两种划分策略,利用库所不变量与齐次线性方程组理论,建立并论证了P-不变量的求解方法;依据库所不变量解集,提出了P/T网并行功能划分公式、判定定理,对存在多种划分情形,进行完备性研究与证明,建立了P/T网的并行划分理论;根据P/T网划分理论,设计出P/T网并行功能划分算法并编程验证;（4）对进程内部和进程间变迁行为的并行机理分析,提出P/T网并行模型的研究。从多核PC和机群不同的体系结构,分析功能划分后变迁的并发、冲突、共享等行为的并行性,建立了多核PC和多核机群的两种P/T网并行模型;（5）将多核PC和多核机群的新型并行模型应用于P/T网的并行算法设计。将OpenMP+STM并行模型、MPI+OpenMP+STM并行编程模型与P/T网并行模型相结合,分别设计出基于多核PC的Petri网并行算法和基于多核机群的Petri网并行算法;（6）两个新算法的实例仿真。以某食用油企业食用调和油自动生产系统为例,研制出基于多核PC和多核机群三级并行模型的Petri网自动物料处理仿真两个系统,有效地模拟自动物料处理系统的实际运行过程,这两个软件已获国家软件著作权登记。项目的研究成果丰富了Petri网、并行计算的理论和应用。 学术论文（部分）和软件著作权证书如下： 1.李文敬,李双,元昌安,廖伟志.基于多核机群的事务内存并行编程模型的研究.小型微型计算机系统, 2014 ,08期, pp1732-1737。 2.李文敬,廖伟志,元昌安,李双.高级Petri网并行化预处理方法的研究.广西大学学报（自然科学版）, 2013, 05期, pp1100-1107。 3. Wenjing LI, Shuang LI,Shuju Li, Weizhi LIAO. Study on Function Partition Strategy of Petri Nets Parallelization. 12th International Symposium on Distributed Computing and Applications to Business, Engineering and Science, Publicshed by IEEE conference publishing services ,2013,pp.89-94。 4. Wenjing LI , Zhong-ming Lin, Ying PAN ,Ze-yu Tang. Parallel Algorithm Study of Petri net Based on Multi-core Clusters.2015 14th International Symposium on Distributed Computing and Applications to Business, Engineering and Science, Publicshed by IEEE conference publishing services ,2015,pp.54-57。 5.李文敬,王玄,陆建波,汤泽宇.基于多核PC的Petri网并行算法的自动化物料处理仿真系统[简称：AMTSS-MPC,V1.0],中国,2014/8/10 .（软件著作权证书） 6.李文敬,汤泽宇,陆建波,王玄.基于多核机群三级并行模型的Petri网自动物料并行处理仿真系统[简称：AMPTSS-TLM,V1.0],中国,2015/3/12.（软件著作权证书）