第12卷第4期 智能系统学报 Vol.12 No.4 2017年8月 CAAI Transactions on Intelligent Systems Aug.2017 D0I:10.11992/is.201611031 物联网中的智慧溯源服务系统Petri网建模与分析 朱正月2，陈增强2 (1.安徽电子信息职业技术学院信息与智能工程系，安徽蚌埠233030：2.南开大学计算机与控制工程学院，天津 300350) 摘要：物联网(IOT)为人类社会的智慧化进程提供了革命性的信息技术，已广泛应用于社会各个领域。智慧农业 是物联网的重要应用领域之一，农产品湖源是智慧农业的一个典型应用。在学习Pr网理论的基础上，围绕物联网 在智慧农业领域的应用实际，结合农产品潮源系统需求，设计了一个基于物联网技术的农产品智慧溯源服务系统架 构，分析了系统的整体业务流程，建立了系统的Ptm网模型。采用关联矩阵和不变量对所建模型的可达性、有界性、 安全性和活性等性质进行了分析，使用PPE工具进行了仿真验证，证明了模型系统的合理性、可靠性和健壮性。 关键词：物联网：农产品：潮源：智慧系统：Pm网：关联矩阵：不变量；仿真分析 中图分类号：TP391文献标志码：A文章编号：1673-4785(2017)04-0538-10 中文引用格式：朱正月，陈增强.物联中网的智慧湖源服务系统Pti网建模与分析[J】.智能系统学报，2017,12(4)：538-547. 英文引用格式：ZHU Zhengyue,CHEN Zengqiang..Petri net modeling and analysis of an intelligent traceability service system based on the Internet of Things[J].CAAI transactions on intelligent systems,2017,12(4):538-547. Petri net modeling and analysis of an intelligent traceability service system based on the Internet of Things ZHU Zhengyue,CHEN Zengqiang? (1.Department of Information and Intelligent Engineering,Anhui Vocational College of Electronics and Information Technology, Bengbu 233030,China;2.College of Computer and Control Engineering,Nankai University,Tianjin 300350,China) Abstract:Applied in different fields,the Internet of Things (IOT)offers revolutionary information technology that can aid the development of human knowledge.Intelligent agriculture is one of the important applications of the IOT and the traceability of agricultural products is one of its typical applications.In this paper,based on the Petri nets theory and the requirements of agricultural product traceability,an intelligent traceability service system of agricultural products,based on IOT technology,is designed.The overall business process of the system is analyzed and a Petri model of the system constructed.An incidence matrix and invariants are adopted to analyze the properties of the Petri net model,which are reachable,bounded,safe,and live.The PIPE tool is applied for simulation and verification,which proves that the model system is rational,reliable,and robust. Keywords:Internet of Things;agricultural product;traceability;intelligent system;Petri nets;incidence matrix; invariants;simulation analysis 物联网、云计算、大数据和移动互联网等新一 设备智能诊断管理等方面，产品安全溯源是其中的 代信息技术，为全球工业化、城市化、智能化进程提 一个重要应用。 供了信息技术和智能技术支撑，物联网已被中国列 当前，国内不少专家学者正致力于物联网技术 入五大战略性新兴产业之一，在智能家居、智能农 应用于产品安全溯源系统的研究工作。钟海)、濮 业、智能工业、智能交通、智能物流、智能环保、智能 永仙)以果蔬类产品为研究对象，基于RFID及条 医疗、智能安防、智能电网等领域已有广泛应用】。 码技术设计并实现了果蔬类产品的质量安全溯源 其中，在智能农业领域的应用主要有农业环境监 系统；张龙青、颜波等5-6)以水产品养殖与供应链 测、气象监测、温室控制、节水灌溉、产品安全溯源、 管理为研究对象，通过RFID、EPC等技术设计并实 现了水产品质量安全溯源及供应链可追溯平台：姬 收稿日期：2016-11-22 基金项目：国家自然科学基金项目(61573199). 五胜等)、刘尧等8别以猪肉类产品为研究对象，以 通信作者：朱正月.E-mail:ahdy-zy@ahdy.edu.cn RFD、EPC和条码等技术设计并实现了猪肉类产品
第 １２ 卷第 ４ 期 智 能 系 统 学 报 Ｖｏｌ．１２ №．４ ２０１７ 年 ８ 月 ＣＡＡＩ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ａｕｇ． ２０１７ ＤＯＩ：１０．１１９９２ ／ ｔｉｓ．２０１６１１０３１ 物联网中的智慧溯源服务系统 Ｐｅｔｒｉ 网建模与分析 朱正月１，２ ，陈增强２ （１．安徽电子信息职业技术学院 信息与智能工程系，安徽 蚌埠 ２３３０３０； ２．南开大学 计算机与控制工程学院，天津 ３００３５０） 摘 要：物联网（ＩＯＴ）为人类社会的智慧化进程提供了革命性的信息技术，已广泛应用于社会各个领域。 智慧农业 是物联网的重要应用领域之一，农产品溯源是智慧农业的一个典型应用。 在学习 Ｐｅｔｒｉ 网理论的基础上，围绕物联网 在智慧农业领域的应用实际，结合农产品溯源系统需求，设计了一个基于物联网技术的农产品智慧溯源服务系统架 构，分析了系统的整体业务流程，建立了系统的 Ｐｅｔｒｉ 网模型。 采用关联矩阵和不变量对所建模型的可达性、有界性、 安全性和活性等性质进行了分析，使用 ＰＩＰＥ 工具进行了仿真验证，证明了模型系统的合理性、可靠性和健壮性。 关键词：物联网；农产品；溯源；智慧系统；Ｐｅｔｒｉ 网；关联矩阵；不变量；仿真分析 中图分类号：ＴＰ３９１ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７３－４７８５（２０１７）０４－０５３８－１０ 中文引用格式：朱正月，陈增强．物联中网的智慧溯源服务系统 Ｐｅｔｒｉ 网建模与分析［Ｊ］． 智能系统学报， ２０１７， １２（４）： ５３８－５４７． 英文引用格式：ＺＨＵ Ｚｈｅｎｇｙｕｅ，ＣＨＥＮ Ｚｅｎｇｑｉａｎｇ． Ｐｅｔｒｉ ｎｅｔ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ａｎｄ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ａｎ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｔｒａｃｅａｂｉｌｉｔｙ ｓｅｒｖｉｃｅ ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆ Ｔｈｉｎｇｓ［Ｊ］． ＣＡＡＩ ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍｓ， ２０１７， １２（４）： ５３８－５４７． Ｐｅｔｒｉ ｎｅｔ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ａｎｄ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ａｎ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｔｒａｃｅａｂｉｌｉｔｙ ｓｅｒｖｉｃｅ ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆ Ｔｈｉｎｇｓ ＺＨＵ Ｚｈｅｎｇｙｕｅ １，２ ， ＣＨＥＮ Ｚｅｎｇｑｉａｎｇ ２ （１． Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ａｎｈｕｉ Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ ａｎｄ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｂｅｎｇｂｕ ２３３０３０， Ｃｈｉｎａ； ２． Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ ａｎｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｎａｎｋａｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｔｉａｎｊｉｎ ３００３５０， Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｐｐｌｉｅｄ ｉｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｆｉｅｌｄｓ， ｔｈｅ Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆ Ｔｈｉｎｇｓ （ＩＯＴ） ｏｆｆｅｒｓ ｒｅｖｏｌｕｔｉｏｎａｒｙ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｔｈａｔ ｃａｎ ａｉｄ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｈｕｍａｎ ｋｎｏｗｌｅｄｇｅ． Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ ｉｓ ｏｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ＩＯＴ ａｎｄ ｔｈｅ ｔｒａｃｅａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ ｐｒｏｄｕｃｔｓ ｉｓ ｏｎｅ ｏｆ ｉｔｓ ｔｙｐｉｃａｌ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ． Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ， ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ Ｐｅｔｒｉ ｎｅｔｓ ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ ｐｒｏｄｕｃｔ ｔｒａｃｅａｂｉｌｉｔｙ， ａｎ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｔｒａｃｅａｂｉｌｉｔｙ ｓｅｒｖｉｃｅ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ ｐｒｏｄｕｃｔｓ， ｂａｓｅｄ ｏｎ ＩＯＴ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ． Ｔｈｅ ｏｖｅｒａｌｌ ｂｕｓｉｎｅｓｓ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ａｎａｌｙｚｅｄ ａｎｄ ａ Ｐｅｔｒｉ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ． Ａｎ ｉｎｃｉｄｅｎｃｅ ｍａｔｒｉｘ ａｎｄ ｉｎｖａｒｉａｎｔｓ ａｒｅ ａｄｏｐｔｅｄ ｔｏ ａｎａｌｙｚｅ ｔｈｅ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｐｅｔｒｉ ｎｅｔ ｍｏｄｅｌ， ｗｈｉｃｈ ａｒｅ ｒｅａｃｈａｂｌｅ， ｂｏｕｎｄｅｄ， ｓａｆｅ， ａｎｄ ｌｉｖｅ． Ｔｈｅ ＰＩＰＥ ｔｏｏｌ ｉｓ ａｐｐｌｉｅｄ ｆｏｒ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ， ｗｈｉｃｈ ｐｒｏｖｅｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｍｏｄｅｌ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｒａｔｉｏｎａｌ， ｒｅｌｉａｂｌｅ， ａｎｄ ｒｏｂｕｓｔ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ： Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆ Ｔｈｉｎｇｓ； ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ ｐｒｏｄｕｃｔ； ｔｒａｃｅａｂｉｌｉｔｙ； ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍ； Ｐｅｔｒｉ ｎｅｔｓ； ｉｎｃｉｄｅｎｃｅ ｍａｔｒｉｘ； ｉｎｖａｒｉａｎｔｓ； ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ 收稿日期：２０１６－１１－２２． 基金项目：国家自然科学基金项目（６１５７３１９９）． 通信作者：朱正月． Ｅ⁃ｍａｉｌ：ａｈｄｙ⁃ｚｚｙ＠ ａｈｄｙ．ｅｄｕ．ｃｎ． 物联网、云计算、大数据和移动互联网等新一 代信息技术，为全球工业化、城市化、智能化进程提 供了信息技术和智能技术支撑，物联网已被中国列 入五大战略性新兴产业之一，在智能家居、智能农 业、智能工业、智能交通、智能物流、智能环保、智能 医疗、智能安防、智能电网等领域已有广泛应用［１］ 。 其中，在智能农业领域的应用主要有农业环境监 测、气象监测、温室控制、节水灌溉、产品安全溯源、 设备智能诊断管理等方面，产品安全溯源是其中的 一个重要应用。 当前，国内不少专家学者正致力于物联网技术 应用于产品安全溯源系统的研究工作。 钟海［２］ 、濮 永仙［３］以果蔬类产品为研究对象，基于 ＲＦＩＤ 及条 码技术设计并实现了果蔬类产品的质量安全溯源 系统；张龙青［４］ 、颜波等［５－６］以水产品养殖与供应链 管理为研究对象，通过 ＲＦＩＤ、ＥＰＣ 等技术设计并实 现了水产品质量安全溯源及供应链可追溯平台；姬 五胜等［７］ 、刘尧等［８］ 以猪肉类产品为研究对象，以 ＲＦＩＤ、ＥＰＣ 和条码等技术设计并实现了猪肉类产品
第4期 朱正月，等：物联网中的智慧溯源服务系统Ptr网建模与分析 ·539. 质量安全溯源系统平台：杨运平等9)、白红武等[0 是指围绕“从农田到餐桌”的安全管理理念，综合运 XU Hongsheng等-]以农产品为研究对象，以 用多种网络技术、条码识别等前沿技术，具有生产 RFD及二维码等技术设计了一种基于物联网的农 企业（生产基地）、农产品生产档案（产地环境、生产 产品安全溯源系统。 流程、质量检测)管理、检测数据（企业自检、检测中 通过对文献中多种农产品质量安全溯源系统 心抽检)管理、条形码标签设计和打印、基于网站和 的研究，结合社会生产实际，从农产品质量安全溯 手机短信平台的质量安全溯源等功能，实现对农业 源系统实际需求出发，基于RFD、一维码和二维码 生产、加工、流通、销售等环节信息的溯源管理，为 等物联网技术，设计一种农产品智慧溯源服务系统 生产者建立包含生产、物流和销售的可信流通体 基本架构，从增强系统开发人员、使用人员和管理 系，为监管者提供监督、管理、支持和决策的依据， 人员对服务系统的整体认知角度出发，建立农产品 为消费者提供多层次、直接的产品溯源信息【)。 智慧溯源服务系统的Peti网模型，利用关联矩阵和 1.1 系统平台架构设计 不变量等方法对建立的Petri网模型进行可达性、有 在综合分析已有溯源系统的基础上，以农产品 界性、安全性和活性等特性分析，确保模型的合理 安全管理与溯源为目的，从生产者、消费者和监管 性和可靠性，以降低系统设计的错误率，提升系统 者3个群体的利益出发，设计一种基于物联网技术 开发的效率。 的3层架构、B/S模式的农产品智慧溯源服务系统， 以实现对农产品从生产、加工、流通到销售的全程 1 智慧溯源服务系统设计 跟踪与溯源，其系统架构如图1所示。 在托普物联网平台中，农产品安全与溯源系统 加工环节 加工基地 农产品检疫 农产品入场 物流运输 去往流通！物流运输 生产环节 农产品加工 商品出场 生产基地 商品人库 农产品种养 流通环节 环境监测 去往加工 仓储基地 农产品防疫 成熟回收 配送中心团体采购 农产品溯源云平台 ■计算资源■存储资源 批发市场 物流仓库 ■网络资源■数据中心 去往 销售 溯源环节 海 销售环节 销售场所 的 输 网络查询电话查询短信查询终端查询 323 产品专卖店 商品销售 消费人群 超市大卖场 集贸市场 产品流 个体商户 监管者 消费者 信息流 一一一一一一一 图1B/S模式的农产品智慧溯源服务系统架构 Fig.1 Intelligent traceability service platform of agricultural product based on B/S model
质量安全溯源系统平台；杨运平等［９］ 、白红武等［１０］ 、 ＸＵ Ｈｏｎｇｓｈｅｎｇ 等［１１－１２］ 以 农 产 品 为 研 究 对 象， 以 ＲＦＩＤ 及二维码等技术设计了一种基于物联网的农 产品安全溯源系统。 通过对文献中多种农产品质量安全溯源系统 的研究，结合社会生产实际，从农产品质量安全溯 源系统实际需求出发，基于 ＲＦＩＤ、一维码和二维码 等物联网技术，设计一种农产品智慧溯源服务系统 基本架构，从增强系统开发人员、使用人员和管理 人员对服务系统的整体认知角度出发，建立农产品 智慧溯源服务系统的 Ｐｅｔｒｉ 网模型，利用关联矩阵和 不变量等方法对建立的 Ｐｅｔｒｉ 网模型进行可达性、有 界性、安全性和活性等特性分析，确保模型的合理 性和可靠性，以降低系统设计的错误率，提升系统 开发的效率。 １ 智慧溯源服务系统设计 在托普物联网平台中，农产品安全与溯源系统 是指围绕“从农田到餐桌”的安全管理理念，综合运 用多种网络技术、条码识别等前沿技术，具有生产 企业（生产基地）、农产品生产档案（产地环境、生产 流程、质量检测）管理、检测数据（企业自检、 检测中 心抽检）管理、条形码标签设计和打印、基于网站和 手机短信平台的质量安全溯源等功能，实现对农业 生产、加工、流通、销售等环节信息的溯源管理，为 生产者建立包含生产、物流和销售的可信流通体 系，为监管者提供监督、管理、支持和决策的依据， 为消费者提供多层次、直接的产品溯源信息［１３］ 。 １．１ 系统平台架构设计 在综合分析已有溯源系统的基础上，以农产品 安全管理与溯源为目的，从生产者、消费者和监管 者 ３ 个群体的利益出发，设计一种基于物联网技术 的 ３ 层架构、Ｂ ／ Ｓ 模式的农产品智慧溯源服务系统， 以实现对农产品从生产、加工、流通到销售的全程 跟踪与溯源，其系统架构如图 １ 所示。 图 １ Ｂ／ Ｓ 模式的农产品智慧溯源服务系统架构 Ｆｉｇ．１ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｔｒａｃｅａｂｉｌｉｔｙ ｓｅｒｖｉｃｅ ｐｌａｔｆｏｒｍ ｏｆ ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ ｐｒｏｄｕｃｔ ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｂ／ Ｓ ｍｏｄｅｌ 第 ４ 期 朱正月，等：物联网中的智慧溯源服务系统 Ｐｅｔｒｉ 网建模与分析 ·５３９·
.540 智能系统学报 第12卷 1.2系统业务流程设计 基础上，考虑到系统的用户角色和权限，也为系统后 农产品从生产到最后消费涉及众多环节，每个环 续实际开发提供良好的软件模型，将系统管理功能设 节都产生大量的信息数据，需要对各类必需的溯源信 计成6个子系统，分别是基础数据管理子系统、生产 息数据进行分析、筛选后记录入系统数据库，以满足 环节管理子系统、加工环节管理子系统、流通环节管 生产者、消费者和监管者3个不同群体人员的溯源查 理子系统、销售环节管理子系统和溯源环节管理子系 询需求。基于物联网技术设计的农产品智慧溯源服 统，各子系统通过溯源协同管理平台实现数据同步与 务系统被划分为生产、加工、流通、销售和溯源5个环 数据交换。基于物联网的农产品智慧溯源服务系统 节。在遵循“高内聚、低耦合”的软件架构设计原则 的整体业务流程如图2所示。 种苗赋码/ 成熟回收 物流运输 种养服务 防疫服务 环 注标入场 服务 服务 99 加 商品入库 出场检验 加工赋码 入场待 加工前 工 服务 服务 注标服务 加工服务 检疫服务 环 通 商品订单 盘点分拣 物流运输 销售商 分拨销售 服务 服务 服务 入库服务 点服务 定价 销售 服务 上架 环 图2农产品智慧溯源服务系统整体业务流程 Fig.2 Overall business process of agricultural product intelligent traceability service system 述方式，也有直观的图形表达方式，不仅可以刻画 2智慧溯源服务系统Peri网建模 系统的结构，而且还可以描述系统的动态行为，它 一个优秀系统的逻辑设计对于一个系统的运 是完全从过程的角度出发为复杂系统的描述与分 行有着举足轻重的作用，可以帮助开发人员发现致 析而设计的一种有效模型工具，是离散事件动态系 命错误并且可以提高系统开发的效率)，健壮的软 统(discrete event dynamic system,DEDS)的描述工 件系统模型是实现一个具有高度灵活性、可靠性、 具，是信息系统建模的重要工具之一，广泛应用在 可实用性、易于操作性的信息服务系统的关键和基 具有并发、并行、异步和随机性质的信息服务系统 础。目前常用的信息系统建模的方法主要有DFD 建模与分析中)。用Petri网可以描述一个系统中 图、UML、OMT建模技术和Petri网等[s。 常见的顺序、迭代、并发和选择等流程，利用Petri网 Petri网16是20世纪60年代由德国科学家 来描述系统模型，从控制和管理角度模拟系统，简 Carl Adam Petri首先提出，在计算机科学技术、自动 化了细节，具有直观的图示、形式化的语义、丰富的 化科学技术、机械设计与制造及其他许多科学技术 表达能力等特点，拥有丰富的分析技术和手段，可 领域，都得到广泛应用。Petri网既有严格的数学表 对建立的模型进行可达性、有界性、活性及安全性
１．２ 系统业务流程设计 农产品从生产到最后消费涉及众多环节，每个环 节都产生大量的信息数据，需要对各类必需的溯源信 息数据进行分析、筛选后记录入系统数据库，以满足 生产者、消费者和监管者 ３ 个不同群体人员的溯源查 询需求。 基于物联网技术设计的农产品智慧溯源服 务系统被划分为生产、加工、流通、销售和溯源 ５ 个环 节。 在遵循“高内聚、低耦合”的软件架构设计原则 基础上，考虑到系统的用户角色和权限，也为系统后 续实际开发提供良好的软件模型，将系统管理功能设 计成 ６ 个子系统，分别是基础数据管理子系统、生产 环节管理子系统、加工环节管理子系统、流通环节管 理子系统、销售环节管理子系统和溯源环节管理子系 统，各子系统通过溯源协同管理平台实现数据同步与 数据交换。 基于物联网的农产品智慧溯源服务系统 的整体业务流程如图 ２ 所示。 图 ２ 农产品智慧溯源服务系统整体业务流程 Ｆｉｇ．２ Ｏｖｅｒａｌｌ ｂｕｓｉｎｅｓｓ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ ｐｒｏｄｕｃｔ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｔｒａｃｅａｂｉｌｉｔｙ ｓｅｒｖｉｃｅ ｓｙｓｔｅｍ ２ 智慧溯源服务系统 Ｐｅｔｒｉ 网建模 一个优秀系统的逻辑设计对于一个系统的运 行有着举足轻重的作用，可以帮助开发人员发现致 命错误并且可以提高系统开发的效率［１４］ ，健壮的软 件系统模型是实现一个具有高度灵活性、可靠性、 可实用性、易于操作性的信息服务系统的关键和基 础。 目前常用的信息系统建模的方法主要有 ＤＦＤ 图、ＵＭＬ、ＯＭＴ 建模技术和 Ｐｅｔｒｉ 网等［１５］ 。 Ｐｅｔｒｉ 网［１６］ 是 ２０ 世纪 ６０ 年代由德国科学家 Ｃａｒｌ Ａｄａｍ Ｐｅｔｒｉ 首先提出，在计算机科学技术、自动 化科学技术、机械设计与制造及其他许多科学技术 领域，都得到广泛应用。 Ｐｅｔｒｉ 网既有严格的数学表 述方式，也有直观的图形表达方式，不仅可以刻画 系统的结构，而且还可以描述系统的动态行为，它 是完全从过程的角度出发为复杂系统的描述与分 析而设计的一种有效模型工具，是离散事件动态系 统（ ｄｉｓｃｒｅｔｅ ｅｖｅｎｔ ｄｙｎａｍｉｃ ｓｙｓｔｅｍ，ＤＥＤＳ） 的描述工 具，是信息系统建模的重要工具之一，广泛应用在 具有并发、并行、异步和随机性质的信息服务系统 建模与分析中［１７］ 。 用 Ｐｅｔｒｉ 网可以描述一个系统中 常见的顺序、迭代、并发和选择等流程，利用 Ｐｅｔｒｉ 网 来描述系统模型，从控制和管理角度模拟系统，简 化了细节，具有直观的图示、形式化的语义、丰富的 表达能力等特点，拥有丰富的分析技术和手段，可 对建立的模型进行可达性、有界性、活性及安全性 ·５４０· 智 能 系 统 学 报 第 １２ 卷
第4期 朱正月，等：物联网中的智慧溯源服务系统Ptr网建模与分析 ·541. 等性质分析，通过分析可以改进消除系统中存在的 定义22令N=(S,T:F)为一个有向网， 死锁(deadlock)和陷阱(trap)等问题。 X=SUT为其元素集，对Hx∈X,记： 在实际应用领域，利用Petri网进行系统建模并 ‘x={yly∈XA(y,x)∈F},称x为x的前 进行仿真和性能分析的案例很多，如陈慧灵等[劉]讨 集或输入集： 论了基于Petri网的工作流建模方法和过程：刘炎培 x^={yly∈XA(x,y)∈F},称x为x的后 等[]使用面向对象Petri网对设备采购管理系统进 集或输出集； 行了建模并做了性能分析：张鸿皓等0利用Peti ‘x·=‘xUx”,称x为x的外延。 网对水下机器人任务流程进行了建模，这些利用 定义32)设∑=(S,T;F,M)为一个标识 Petri网建模的研究为解决系统实际问题提供了重 网系统，M是∑上的任一标识，M∈R(Mo),则在 要帮助。目前有利用Petri网对水产品供应链追溯 标识M下的变迁发生规则是： 系统2]、水产品溯源系统[2】、远洋渔船及其作业物 1)对t∈T,若Hs∈S:s∈‘t→M(s)≥1，则称t 联网智慧服务系统[23-2]及肉牛养殖溯源系统[2]等 在标识M下有发生权(enabled),记作M[t>。 进行建模及性能分析的应用实例，但对基于物联网 当·t=☑时，t在任意标识下都有发生权。 的农产品智慧溯源服务系统建立Peti网模型并进 2)若标识M授权t发生，则变迁t在M下可以 行分析、仿真验证，从而提高系统模型可靠性和系 发生(fire),从M发生变迁t得到新的标识M',M'与 统健壮性的研究还不多。本节先给出Peti网的相 M的关系记作M[t>M'。对Hs∈S,有 关理论，然后围绕农产品智慧溯源服务系统的整体 M(s)-1,s∈'t-t 业务流程来建立Peti网模型。 2.1 Petri网相关定义 M'(s)=M(s)+1,s∈t-t 定义1[2]一个Petri网系统被定义为一个六 M(s),其他 图3是一个Petri网模型的图形表示，其中库所 元组∑=（S,T;F,K,W,M)。其中， 用“O”表示，库所中的黑色实心圆点表示托肯 1)N=(S,T:F)为有向网，称为Σ的基网， (token),代表着系统中的资源，利用token可以控制 满足： Peti网变迁的触发；变迁用“T”表示，当获得所需要 ①S={51,s2,…,5}是库所的有限非空集合， 的token数变迁就被触发：有向弧用“→”表示，弧上 可表示条件、状态、资源、输入数据、输入信号等： 标注的整数值代表其权重。 ②T={11,2,…,t}是变迁的有限非空集合， 可表示事件、服务、作业或任务、计算步骤、信息处 理等； ③SUT≠0，S∩T=☑，即集合S和T不 相交： ④FC(S×T)U(T×S)为节点间的有向 图3 Petri网模型的图形表示 弧，称为流关系(“×”表示笛卡尔积)： Fig.3 Graphical illustration of Petri net model ⑤dom(F)Ucod(F)=SUT,其中，dom(F)= 2.2智慧溯源服务系统Pemi建模 {x∈SUTI3y∈SUT:(x,y)∈F},cod(F)={x∈ 基于Peti网建立农产品智慧溯源服务系统模型 SUTI3y∈SUT:(y,x)∈F}。 的主要步骤是：1)根据系统实际定义条件与事件，确定 2)K:S→{1,2，…U{w}为N上的容量函数 系统的条件集和事件集：2)确定系统中条件和事件间 (w表示无穷)； 关系：3)将系统中的库所（对应条件）和变迁（对应事 3)W:F→{1,2，…}为N上的有向弧权函数（权 件)对应起来，建立Peti网模型图：4)根据系统情况， 重)，当弧上没有标明数值时，权重默认值为1： 确定所建立Petri网模型图的初始状态，确定初始状态 4)M。:S→{1,2，…}为N上容量函数K允许的 下的token数，得到初始标识Mo:5)基于初始状态判断 初始标识（即初始条件下网中各库所拥有的托肯 哪些事件可被激发，当模型激活后，模型状态图将发生 (token)数构成的向量)，满足Hs∈S:Mo(s)≤K(s)。 变化，又引起哪些事件激发。 考虑农产品智慧溯源服务系统的特性，本文中 农产品智慧溯源服务系统设计有生产、加工 约定K=w,将定义1中的六元组简化为∑=(S, 流通、销售和溯源等环节，其整体业务流程如图2所 T;F,W,M。)形式来讨论。 示。根据图示，系统的条件集S、事件集T的各元素
等性质分析，通过分析可以改进消除系统中存在的 死锁（ｄｅａｄｌｏｃｋ）和陷阱（ｔｒａｐ）等问题。 在实际应用领域，利用 Ｐｅｔｒｉ 网进行系统建模并 进行仿真和性能分析的案例很多，如陈慧灵等［１８］ 讨 论了基于 Ｐｅｔｒｉ 网的工作流建模方法和过程；刘炎培 等［１９］使用面向对象 Ｐｅｔｒｉ 网对设备采购管理系统进 行了建模并做了性能分析；张鸿皓等［２０］ 利用 Ｐｅｔｒｉ 网对水下机器人任务流程进行了建模，这些利用 Ｐｅｔｒｉ 网建模的研究为解决系统实际问题提供了重 要帮助。 目前有利用 Ｐｅｔｒｉ 网对水产品供应链追溯 系统［２１］ 、水产品溯源系统［２２］ 、远洋渔船及其作业物 联网智慧服务系统［２３－２４］ 及肉牛养殖溯源系统［２５］ 等 进行建模及性能分析的应用实例，但对基于物联网 的农产品智慧溯源服务系统建立 Ｐｅｔｒｉ 网模型并进 行分析、仿真验证，从而提高系统模型可靠性和系 统健壮性的研究还不多。 本节先给出 Ｐｅｔｒｉ 网的相 关理论，然后围绕农产品智慧溯源服务系统的整体 业务流程来建立 Ｐｅｔｒｉ 网模型。 ２．１ Ｐｅｔｒｉ 网相关定义 定义 １ ［２６］ 一个 Ｐｅｔｒｉ 网系统被定义为一个六 元组 ∑ ＝ （ Ｓ，Ｔ；Ｆ，Ｋ，Ｗ，Ｍ０ ）。 其中， １）Ｎ ＝ （ Ｓ，Ｔ；Ｆ ） 为有向网，称为∑的基网， 满足： ① Ｓ ＝ ｛ ｓ１ ，ｓ２ ，…，ｓｍ ｝是库所的有限非空集合， 可表示条件、状态、资源、输入数据、输入信号等； ② Ｔ ＝ ｛ ｔ １ ，ｔ ２ ，…，ｔ ｎ ｝是变迁的有限非空集合， 可表示事件、服务、作业或任务、计算步骤、信息处 理等； ③ Ｓ∪Ｔ ≠ ⌀，Ｓ∩Ｔ ＝ ⌀，即集合 Ｓ 和 Ｔ 不 相交； ④ Ｆ ⊆（ Ｓ × Ｔ ）∪（ Ｔ × Ｓ ）为节点间的有向 弧，称为流关系（“×”表示笛卡尔积）； ⑤ｄｏｍ（Ｆ）∪ｃｏｄ（Ｆ） ＝ Ｓ∪Ｔ，其中，ｄｏｍ（Ｆ） ＝ ｛ｘ∈Ｓ∪Ｔ ｜∃ｙ∈Ｓ∪Ｔ：（ｘ ，ｙ）∈Ｆ｝，ｃｏｄ（Ｆ）＝ ｛ｘ∈ Ｓ∪Ｔ ｜∃ｙ∈Ｓ∪Ｔ：（ｙ ，ｘ）∈Ｆ｝。 ２）Ｋ：Ｓ→｛１，２，…｝ ∪｛ω｝ 为 Ｎ 上的容量函数 （ω 表示无穷）； ３）Ｗ：Ｆ→｛１，２，…｝为 Ｎ 上的有向弧权函数（权 重），当弧上没有标明数值时，权重默认值为 １； ４）Ｍ０ ：Ｓ→｛１，２，…｝为 Ｎ 上容量函数 Ｋ 允许的 初始标识（即初始条件下网中各库所拥有的托肯 （ｔｏｋｅｎ）数构成的向量），满足∀ｓ∈Ｓ：Ｍ０（ｓ）≤Ｋ（ｓ）。 考虑农产品智慧溯源服务系统的特性，本文中 约定 Ｋ≡ω，将定义 １ 中的六元组简化为∑ ＝ （ Ｓ， Ｔ；Ｆ，Ｗ，Ｍ０ ）形式来讨论。 定义 ２ ［２６］ 令 Ｎ ＝ （ Ｓ，Ｔ；Ｆ ）为一个有向网， Ｘ ＝ Ｓ∪Ｔ 为其元素集，对∀ｘ∈Ｘ，记： · ｘ ＝ ｛ｙ ｜ ｙ∈Ｘ∧（ ｙ，ｘ ）∈Ｆ ｝，称· ｘ 为 ｘ 的前 集或输入集； ｘ · ＝ ｛ｙ ｜ ｙ∈Ｘ∧（ ｘ，ｙ ）∈Ｆ ｝，称 ｘ · 为 ｘ 的后 集或输出集； · ｘ · ＝ · ｘ∪ｘ · ，称· ｘ ·为 ｘ 的外延。 定义 ３ ［２６］ 设∑ ＝ （ Ｓ，Ｔ；Ｆ，Ｍ０ ）为一个标识 网系统， Ｍ 是∑ 上的任一标识，Ｍ ∈ Ｒ（Ｍ０ ），则在 标识 Ｍ 下的变迁发生规则是： １）对 ｔ∈Ｔ，若∀ｓ∈Ｓ：ｓ∈· ｔ →Ｍ（ｓ）≥１，则称 ｔ 在标识 Ｍ 下有发生权 （ ｅｎａｂｌｅｄ）， 记作 Ｍ ［ ｔ ＞。 当· ｔ ＝⌀时，ｔ 在任意标识下都有发生权。 ２）若标识 Ｍ 授权 ｔ 发生，则变迁 ｔ 在 Ｍ 下可以 发生（ｆｉｒｅ），从 Ｍ 发生变迁 ｔ 得到新的标识 Ｍ′，Ｍ′与 Ｍ 的关系记作 Ｍ ［ｔ ＞Ｍ′。 对∀ｓ∈Ｓ，有 Ｍ′（ｓ） ＝ Ｍ（ｓ） － １， ｓ ∈· ｔ － ｔ · Ｍ（ｓ） ＋ １， ｓ ∈ ｔ ·－ · ｔ Ｍ（ｓ）， 其他 ì î í ï ï ïï 图 ３ 是一个 Ｐｅｔｒｉ 网模型的图形表示，其中库所 用“ ○” 表示， 库所中的黑色实心圆点表示托肯 （ｔｏｋｅｎ），代表着系统中的资源，利用 ｔｏｋｅｎ 可以控制 Ｐｅｔｒｉ 网变迁的触发；变迁用“ ”表示，当获得所需要 的 ｔｏｋｅｎ 数变迁就被触发；有向弧用“→”表示，弧上 标注的整数值代表其权重。 图 ３ Ｐｅｔｒｉ 网模型的图形表示 Ｆｉｇ．３ Ｇｒａｐｈｉｃａｌ ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｐｅｔｒｉ ｎｅｔ ｍｏｄｅｌ ２．２ 智慧溯源服务系统 Ｐｅｔｒｉ 建模 基于 Ｐｅｔｒｉ 网建立农产品智慧溯源服务系统模型 的主要步骤是：１）根据系统实际定义条件与事件，确定 系统的条件集和事件集；２）确定系统中条件和事件间 关系；３）将系统中的库所（对应条件）和变迁（对应事 件）对应起来，建立 Ｐｅｔｒｉ 网模型图；４）根据系统情况， 确定所建立 Ｐｅｔｒｉ 网模型图的初始状态，确定初始状态 下的 ｔｏｋｅｎ 数，得到初始标识 Ｍ０；５）基于初始状态判断 哪些事件可被激发，当模型激活后，模型状态图将发生 变化，又引起哪些事件激发。 农产品智慧溯源服务系统设计有生产、加工、 流通、销售和溯源等环节，其整体业务流程如图 ２ 所 示。 根据图示，系统的条件集 Ｓ、事件集 Ｔ 的各元素 第 ４ 期 朱正月，等：物联网中的智慧溯源服务系统 Ｐｅｔｒｉ 网建模与分析 ·５４１·
,542 智能系统学报 第12卷 定义及描述如表1所示。 根据图2所示的农产品智慧溯源服务系统整体 表1农产品智慧溯源服务系统Petri网模型中的条件集、 业务流程，系统的条件和事件对应关系如表2所示。 事件集定义及描述 表2农产品智慧溯源服务系统Petri网模型的各个事件触 Table 1 Definitions and descriptions of the condition set 发前条件和后条件 and event set of the agricultural product Table 2 Pre-conditions and post-conditions of the traceability intelligent service system based on the agricultural product traceability intelligent Petri net model service system based on the Petri net model 条件集S 事件集T 事件 前条件 后条件 条件 描述 条件 描述 t S1 农产品种苗 赋码/注标/登记服务 赋码/注标/登记 2 S2 83 后入场种苗 2 种养服务 生长期农产品 b 防疫服务 防疫后生产 84 S4 成熟回收服务 期农产品 生产基地至加工基地 56 5 成熟后农产品 物流运输服务 到达加工场地农产品 加工前检疫服务 1 检疫后合格农产品 入场待加工服务 检疫后不合格农产品 加工/赋码/注标服 510 入场待加工农产品 出场质检服务 10 811,812 加工后待出场商品 商品入库服务 13 出场检验合格商品 商品订单服务 加工基地至销售地 14 815 s12 出场检验不合格商品 物流运输服务 515 516 加工企业仓库商品 销售地盘点入库服务 tu 516 s4依订单出库待运输商品14 分拨销售服务 tis 5n 18 s15 销售地商品 销售服务 在分析农产品溯源的生产、加工、流通和销售 销售地仓库商品 等环节的状态和每一个初始可以触发的事件，确定 Peti网模型的初始状态，确定初始状态下的状态标 s?销售场所定价上架商品 识token数与分布，建立基于物联网的农产品智慧 S18 消费者购买的商品 溯源服务系统的Petr网系统∑，如图4所示。 ò1-6i6iòi i-i-i- 图4农产品智慧溯源服务系统的Ptri网模型系统 Fig.4 Petri net model system of the agricultural product traceability intelligent service system
定义及描述如表 １ 所示。 表 １ 农产品智慧溯源服务系统 Ｐｅｔｒｉ 网模型中的条件集、 事件集定义及描述 Ｔａｂｌｅ １ Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎｓ ａｎｄ ｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｓｅｔ ａｎｄ ｅｖｅｎｔ ｓｅｔ ｏｆ ｔｈｅ ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ ｐｒｏｄｕｃｔ ｔｒａｃｅａｂｉｌｉｔｙ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｓｅｒｖｉｃｅ ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ Ｐｅｔｒｉ ｎｅｔ ｍｏｄｅｌ 条件集 Ｓ 条件 描述 事件集 Ｔ 条件 描述 ｓ１ 农产品种苗 ｔ １ 赋码／ 注标／ 登记服务 ｓ２ 赋码／ 注标／ 登记 后入场种苗 ｔ ２ 种养服务 ｓ３ 生长期农产品 ｔ ３ 防疫服务 ｓ４ 防疫后生产 期农产品 ｔ ４ 成熟回收服务 ｓ５ 成熟后农产品 ｔ ５ 生产基地至加工基地 物流运输服务 ｓ６ 到达加工场地农产品 ｔ ６ 加工前检疫服务 ｓ７ 检疫后合格农产品 ｔ ７ 入场待加工服务 ｓ８ 检疫后不合格农产品 ｔ ８ 加工／ 赋码／ 注标服务 ｓ９ 入场待加工农产品 ｔ ９ 出场质检服务 ｓ１０ 加工后待出场商品 ｔ １０ 商品入库服务 ｓ１１ 出场检验合格商品 ｔ １１ 商品订单服务 ｓ１２ 出场检验不合格商品 ｔ １２ 加工基地至销售地 物流运输服务 ｓ１３ 加工企业仓库商品 ｔ １３ 销售地盘点入库服务 ｓ１４ 依订单出库待运输商品 ｔ １４ 分拨销售服务 ｓ１５ 销售地商品 ｔ １５ 销售服务 ｓ１６ 销售地仓库商品 ｓ１７ 销售场所定价上架商品 ｓ１８ 消费者购买的商品 根据图 ２ 所示的农产品智慧溯源服务系统整体 业务流程，系统的条件和事件对应关系如表 ２ 所示。 表 ２ 农产品智慧溯源服务系统 Ｐｅｔｒｉ 网模型的各个事件触 发前条件和后条件 Ｔａｂｌｅ ２ Ｐｒｅ⁃ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ａｎｄ ｐｏｓｔ⁃ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ ｐｒｏｄｕｃｔ ｔｒａｃｅａｂｉｌｉｔｙ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｓｅｒｖｉｃｅ ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ Ｐｅｔｒｉ ｎｅｔ ｍｏｄｅｌ 事件 前条件 后条件 ｔ １ ｓ１ ｓ２ ｔ ２ ｓ２ ｓ３ ｔ ３ ｓ３ ｓ４ ｔ ４ ｓ４ ｓ５ ｔ ５ ｓ５ ｓ６ ｔ ６ ｓ６ ｓ７ ，ｓ８ ｔ ７ ｓ７ ｓ９ ｔ ８ ｓ９ ｓ１０ ｔ ９ ｓ１０ ｓ１１ ，ｓ１２ ｔ １０ ｓ１１ ｓ１３ ｔ １１ ｓ１３ ｓ１４ ｔ １２ ｓ１４ ｓ１５ ｔ １３ ｓ１５ ｓ１６ ｔ １４ ｓ１６ ｓ１７ ｔ １５ ｓ１７ ｓ１８ 在分析农产品溯源的生产、加工、流通和销售 等环节的状态和每一个初始可以触发的事件，确定 Ｐｅｔｒｉ 网模型的初始状态，确定初始状态下的状态标 识 ｔｏｋｅｎ 数与分布，建立基于物联网的农产品智慧 溯源服务系统的 Ｐｅｔｒｉ 网系统 ∑１ 如图 ４ 所示。 图 ４ 农产品智慧溯源服务系统的 Ｐｅｔｒｉ 网模型系统 Σ１ Ｆｉｇ．４ Ｐｅｔｒｉ ｎｅｔ ｍｏｄｅｌ ｓｙｓｔｅｍ Σ１ ｏｆ ｔｈｅ ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ ｐｒｏｄｕｃｔ ｔｒａｃｅａｂｉｌｉｔｙ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｓｅｒｖｉｃｅ ｓｙｓｔｅｍ ·５４２· 智 能 系 统 学 报 第 １２ 卷
第4期 朱正月，等：物联网中的智慧溯源服务系统Ptr网建模与分析 ·543· 3 Petri网模型分析与验证 ,中的T-不变量个数为0。下面利用关联矩阵和S 不变量来讨论网系统Σ，的相关性质。 为验证所建立的农产品智慧溯源服务系统 定义42设Σ=(S,T:F,W,M)是一个 Peti网模型是否合理、可靠，需要对其进行性质分 Petril网系统，S={s1,s2,…,sm},m=|Sl,T={t1, 析，以改进系统模型。Petri网的性质主要有动态性 t2,…,tn},n=|T1,则∑的关联矩阵可以用一个m 质和结构性质两类，包括可达性、有界性、活性、公 行n列矩阵A表示： 平性、守恒性等，可以利用Ptmi网中的可达图、覆盖 A [ai]mxn (1) 树、关联矩阵、不变量等分析方法和HPS、PIPE、 式中： CPN Tools等[Petri网模拟仿真工具实现对模型的 ai=W(tj,si)-W(si,tj) (2) 分析和仿真验证。在Petri网的性质中，可达性是最 i∈{1,2,3，…，m}j∈{1,2,3，…，n}。 基本的动态性质，其他的各种性质都要通过可达性 为分析需要，这里引入A=W(,s:),A= 来定义。在Petri网的可达性分析方法中，关联矩阵 W(s:,),A称为∑的输出矩阵，A称为∑的输入 是一种分析Peti网可达性的有效方法。利用关联 矩阵，有： 矩阵来计算S-不变量和T不变量，依据不变量的相 A=A*-A- (3) 关特性，就可以判断所建立的Peti网模型是否满足 定义5[2)在网系统Σ中，|S|=m,A为∑的关 可达、有界、守恒和活性等性质[2)。 联矩阵，根据Peti网的理论，若存在非平凡的m维 3.1 Petri网模型分析 非负整数向量X,使得AX=0,则称X为网系统 图2描述的农产品智慧溯源服务系统业务流 的一个S不变量。 程，表达的是一种顺序无循环的系统流程结构，根 根据定义，结合图4可容易得到∑，的输出矩阵 据Petri网中T-不变量的定义及特性，可以判断图4 A和输入矩阵A,利用式(3)可解得网系统Σ的 所示的农产品智慧溯源服务系统Petri网模型系统 关联矩阵A如下： t14 -1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 雪 1 -1 0 0 0 0 0 53 0 0 0 6 A=A*-A=so 0 0 0 0 -1 0 0 0 0 0 0 -1 0 Sn 0 0 S18 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 图5网系统，的关联矩阵 Fig.5 The incidence matrix of the net system 在网系统中，初始标识M=[100000000000000000]',通过分析判断
３ Ｐｅｔｒｉ 网模型分析与验证 为验证所建立的农产品智慧溯源服务系统 Ｐｅｔｒｉ 网模型是否合理、可靠，需要对其进行性质分 析，以改进系统模型。 Ｐｅｔｒｉ 网的性质主要有动态性 质和结构性质两类，包括可达性、有界性、活性、公 平性、守恒性等，可以利用 Ｐｅｔｒｉ 网中的可达图、覆盖 树、关联矩阵、不变量等分析方法和 ＨｉＰＳ、 ＰＩＰＥ、 ＣＰＮ Ｔｏｏｌｓ 等［２７］ Ｐｅｔｒｉ 网模拟仿真工具实现对模型的 分析和仿真验证。 在 Ｐｅｔｒｉ 网的性质中，可达性是最 基本的动态性质，其他的各种性质都要通过可达性 来定义。 在 Ｐｅｔｒｉ 网的可达性分析方法中，关联矩阵 是一种分析 Ｐｅｔｒｉ 网可达性的有效方法。 利用关联 矩阵来计算 Ｓ⁃不变量和 Ｔ⁃不变量，依据不变量的相 关特性，就可以判断所建立的 Ｐｅｔｒｉ 网模型是否满足 可达、有界、守恒和活性等性质［２１］ 。 ３．１ Ｐｅｔｒｉ 网模型分析 图 ２ 描述的农产品智慧溯源服务系统业务流 程，表达的是一种顺序无循环的系统流程结构，根 据 Ｐｅｔｒｉ 网中 Ｔ⁃不变量的定义及特性，可以判断图 ４ 所示的农产品智慧溯源服务系统 Ｐｅｔｒｉ 网模型系统 Σ１ 中的 Ｔ⁃不变量个数为 ０。 下面利用关联矩阵和 Ｓ⁃ 不变量来讨论网系统 Σ１ 的相关性质。 定义 ４ ［２６］ 设 Σ ＝ （ Ｓ，Ｔ；Ｆ，Ｗ，Ｍ０ ） 是一个 Ｐｅｔｒｉ网系统，Ｓ ＝ ｛ ｓ１ ，ｓ２ ，…，ｓｍ ｝，ｍ ＝ ｜ Ｓ ｜ ，Ｔ ＝ ｛ｔ １ ， ｔ ２ ，…，ｔ ｎ ｝，ｎ ＝ ｜ Ｔ ｜ ，则 Σ 的关联矩阵可以用一个 ｍ 行 ｎ 列矩阵 Ａ 表示： Ａ ＝ ａｉｊ [ ] ｍ×ｎ （１） 式中： ａｉｊ ＝ Ｗ（ｔ ｊ， ｓｉ） － Ｗ（ｓｉ， ｔ ｊ） （２） ｉ ∈ ｛１，２，３，…，ｍ｝，ｊ ∈ ｛１，２，３，…，ｎ｝。 为分析需要，这里引入 Ａ ＋ ＝ Ｗ （ ｔ ｊ， ｓｉ ），Ａ － ＝ Ｗ（ｓｉ，ｔ ｊ），Ａ ＋称为 Σ 的输出矩阵，Ａ －称为 Σ 的输入 矩阵，有： Ａ ＝ Ａ ＋ － Ａ － （３） 定义 ５ ［２６］ 在网系统 Σ 中， Ｓ ＝ ｍ，Ａ 为 Σ 的关 联矩阵，根据 Ｐｅｔｒｉ 网的理论，若存在非平凡的 ｍ 维 非负整数向量 Ｘ，使得 Ａ ＴＸ ＝ ０，则称 Ｘ 为网系统 Σ 的一个 Ｓ⁃ 不变量。 根据定义，结合图 ４ 可容易得到 Σ１ 的输出矩阵 Ａ ＋ 和输入矩阵 Ａ － ，利用式（３） 可解得网系统 Σ１ 的 关联矩阵 Ａ 如下： Ａ ＝ Ａ ＋ － Ａ － ＝ ｔ １ ｔ ２ ｔ ３ ｔ ４ ｔ ５ ｔ ６ ｔ ７ ｔ ８ ｔ ９ ｔ １０ ｔ １１ ｔ １２ ｔ １３ ｔ １４ ｔ １５ ｓ１ ｓ２ ｓ３ ｓ４ ｓ５ ｓ６ ｓ７ ｓ８ ｓ９ ｓ１０ ｓ１１ ｓ１２ ｓ１３ ｓ１４ ｓ１５ ｓ１６ ｓ１７ ｓ１８ － １ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ １ － １ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ １ － １ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ １ － １ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ １ － １ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ １ － １ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ １ － １ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ １ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ １ － １ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ １ － １ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ １ － １ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ １ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ １ － １ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ １ － １ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ １ － １ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ １ － １ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ １ － １ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ １ é ë ê ê ê ê ê ê ê ê ê ê ê ê ê ê ê ê ê ê ê ê ê ê ê ê ê ê ù û ú ú ú ú ú ú ú ú ú ú ú ú ú ú ú ú ú ú ú ú ú ú ú ú ú ú 图 ５ 网系统 Σ１ 的关联矩阵 Ｆｉｇ．５ Ｔｈｅ ｉｎｃｉｄｅｎｃｅ ｍａｔｒｉｘ ｏｆ ｔｈｅ ｎｅｔ ｓｙｓｔｅｍ Σ１ 在 网 系 统 Σ１ 中， 初 始 标 识 Ｍ０ ＝ [１ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０] Ｔ ，通过分析判断， 第 ４ 期 朱正月，等：物联网中的智慧溯源服务系统 Ｐｅｔｒｉ 网建模与分析 ·５４３·
.544 智能系统学报 第12卷 网系统三在t,有发生权(fe)。依据A'X=0,可以求 15)都有可能获得发生权，这表明网系统∑，中的每一 解得到网系统￡的S不变量： 个变迁t都是活的，从而网系统Σ，也是活的。 X,=[111111010000000000]T 3.2 Petri网模型仿真验证 X2=[111111101101000000]T 在实际应用中，可以直接利用Petri网建模仿真工 X3=[111111101110111111]T 具PPE来对所建模型系统进行性质分析和仿真验证。 观察S不变量X,、X2X3,很容易判断出网系统∑ 在PIPE3.0仿真工具中，使用Animation mode模式，通 有如下变迁序列发生： 过多次实验操作后确定网系统Σ，是可以正常运行的。 1=titlglalst6 表3描述了利用PIPE3.0仿真工具的Classification功 t tat3tatslellslo 能模块对网系统Σ，进行分类分析的结果，可以看出网 3=1 t2 tatatstet lstotnotutllulis 系统∑，属于一个扩展的自由选择网。 结合S不变量与变迁序列，可以判定网系统Σ中 表3利用Classification功能模块对网系统∑进行分类分析 存在如下的路线： 的结果 Table 3 Analysis results of the net system based 1)s t s2t253l3s4lasstssot65g on classification functional module 2)s1t1522s31354t4s5l5561657t5glgs10g52 3)51 t s2 t2 53 t3 Sata ssts 561657l so lg Snoto su to 5 Petri网类型 分类结果 tu1 S14 t12 Sis t13 S16 t14 S17 tis S18 丨状态机 false 通过以上过程求解了网系统∑，的S不变量，下面 〡标识图 true 根据S-不变量的特性和Pti网理论来分析验证网系 统Σ的相关性质。 丨自由选择网 true 1)网系统Σ，是守恒网的充要条件是：存在m(m= 丨扩展自由选择网 true |S)维正整数向量X,使得A'X=0。根据以上求解过 「简单网 true 程，显然存在m维向量X满足AX=0,由此判定网系 !扩展简单网 true 统Σ是一个守恒网。 2)通过求解S不变量可知，在网系统∑中，对任 利用PPE3.0仿真工具的Incidence&Marking 意的M∈R(M),都有R(M)CR(M。),因此网系统 功能模块可以实现对网系统，的输出矩阵A、输 是可达的。 入矩阵Aˉ和关联矩阵A的计算，同时还可以分析出 3)在初始标识M。下，网系统∑中的变迁t1可以 系统的初始标识M。状态、可以触发的变迁t1,还可 发生，通过观察该系统运行情况，可以得出网系统三中 以根据变迁变化情况分析系统的任一状态标识 各个库所的界为：B(s:)=1(i=1,2,…,18)。根据 M。通过仿真验证，得到的A、AA与3.1节中关 Peti网的相关理论，网系统∑，是有界的。显然， 联矩阵分析结果完全一致，这里因篇幅关系，仅给 B(∑)=1，所以网系统∑，是安全的。 出利用ncidence&Marking功能模块对网系统， 4)根据2)得到网系统∑，是可达的，所以在任何一 的变迁t,发生(fire)前后的变化分析结果，如表4 个可达标识下，系统中的每一个变迁t,(=1,2,3,…, 7所示。 表4变迁11发生前网系统，的初始标识M。 Table 4 The initial marking M of the net system before the transition t,fires 库所 18 初始标识 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 当前 1 0 000000 0 0 0000 000 0 表5初始标识M。下网系统∑，的变迁1，具有发生权 Table 5 The transition t,of the net system can be fired under the initial marking Mo 变迁 2 10 12 【13 【14 使能情况 yes no no no no no no no no no no no no no no
网系统 Σ１ 在 ｔ １ 有发生权（ｆｉｒｅ）。 依据 Ａ ＴＸ＝ ０，可以求 解得到网系统 Σ１ 的 Ｓ⁃不变量： Ｘ１ ＝ [１ １ １ １ １ １ ０ １ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０] Ｔ Ｘ２ ＝ [１ １ １ １ １ １ １ ０ １ １ ０ １ ０ ０ ０ ０ ０ ０] Ｔ Ｘ３ ＝ [１ １ １ １ １ １ １ ０ １ １ １ ０ １ １ １ １ １ １] Ｔ 观察 Ｓ⁃不变量 Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３，很容易判断出网系统∑１ 有如下变迁序列发生： σ１ ＝ ｔ １ ｔ ２ ｔ ３ ｔ ４ ｔ ５ ｔ ６ σ２ ＝ ｔ １ ｔ ２ ｔ ３ ｔ ４ ｔ ５ ｔ ６ ｔ ７ ｔ ８ ｔ ９ σ３ ＝ ｔ １ ｔ ２ ｔ ３ ｔ ４ ｔ ５ ｔ ６ ｔ ７ ｔ ８ ｔ ９ ｔ １０ ｔ １１ ｔ １２ ｔ １３ ｔ １４ ｔ １５ 结合 Ｓ⁃不变量与变迁序列，可以判定网系统 Σ１ 中 存在如下的路线： １）ｓ１ ｔ １ ｓ２ ｔ ２ ｓ３ ｔ ３ ｓ４ ｔ ４ ｓ５ ｔ ５ ｓ６ ｔ ６ ｓ８ ２）ｓ１ ｔ １ ｓ２ ｔ ２ ｓ３ ｔ ３ ｓ４ ｔ ４ ｓ５ ｔ ５ ｓ６ ｔ ６ ｓ７ ｔ ７ ｓ９ ｔ ８ ｓ１０ ｔ ９ ｓ１２ ３）ｓ１ ｔ １ ｓ２ ｔ ２ ｓ３ ｔ ３ ｓ４ ｔ ４ ｓ５ ｔ ５ ｓ６ ｔ ６ ｓ７ ｔ ７ ｓ９ ｔ ８ ｓ１０ ｔ ９ ｓ１１ ｔ １０ ｓ１３ ｔ １１ ｓ１４ ｔ １２ ｓ１５ ｔ １３ ｓ１６ ｔ １４ ｓ１７ ｔ １５ ｓ１８ 通过以上过程求解了网系统 Σ１ 的 Ｓ⁃不变量，下面 根据 Ｓ⁃不变量的特性和 Ｐｅｔｒｉ 网理论来分析验证网系 统 Σ１ 的相关性质。 １）网系统 Σ１ 是守恒网的充要条件是：存在 ｍ（ｍ＝ Ｓ ）维正整数向量 Ｘ，使得 Ａ ＴＸ＝ ０。 根据以上求解过 程，显然存在 ｍ 维向量 Ｘ 满足 Ａ ＴＸ＝ ０，由此判定网系 统 Σ１ 是一个守恒网。 ２）通过求解 Ｓ⁃不变量可知，在网系统 Σ１ 中，对任 意的 Ｍ∈Ｒ（Ｍ０ ），都有 Ｒ（Ｍ）⊆ Ｒ（Ｍ０ ），因此网系统 Σ１ 是可达的。 ３） 在初始标识 Ｍ０ 下，网系统 Σ１ 中的变迁 ｔ １ 可以 发生，通过观察该系统运行情况，可以得出网系统Σ１ 中 各个库所的界为：Ｂ（ｓｉ） ＝ １（ｉ ＝ １，２，…，１８）。 根据 Ｐｅｔｒｉ 网的相关理论，网系统 Σ１ 是有界的。 显然， Ｂ（Σ１） ＝ １，所以网系统 Σ１ 是安全的。 ４）根据２）得到网系统 Σ１ 是可达的，所以在任何一 个可达标识下，系统中的每一个变迁 ｔ ｊ（ｊ ＝ １，２，３，…， １５）都有可能获得发生权，这表明网系统 Σ１ 中的每一 个变迁 ｔ ｊ都是活的，从而网系统 Σ１ 也是活的。 ３．２ Ｐｅｔｒｉ 网模型仿真验证 在实际应用中，可以直接利用 Ｐｅｔｒｉ 网建模仿真工 具 ＰＩＰＥ 来对所建模型系统进行性质分析和仿真验证。 在 ＰＩＰＥ３．０ 仿真工具中，使用 Ａｎｉｍａｔｉｏｎ ｍｏｄｅ 模式，通 过多次实验操作后确定网系统 Σ１是可以正常运行的。 表 ３ 描述了利用 ＰＩＰＥ３．０ 仿真工具的 Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ 功 能模块对网系统 Σ１ 进行分类分析的结果，可以看出网 系统 Σ１ 属于一个扩展的自由选择网。 表 ３ 利用 Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ 功能模块对网系统 Σ１ 进行分类分析 的结果 Ｔａｂｌｅ ３ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｎｅｔ ｓｙｓｔｅｍ Σ１ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ ｍｏｄｕｌｅ Ｐｅｔｒｉ 网类型 分类结果 ｜ 状态机 ｆａｌｓｅ ｜ 标识图 ｔｒｕｅ ｜ 自由选择网 ｔｒｕｅ ｜ 扩展自由选择网 ｔｒｕｅ ｜ 简单网 ｔｒｕｅ ｜ 扩展简单网 ｔｒｕｅ 利用 ＰＩＰＥ３．０ 仿真工具的 Ｉｎｃｉｄｅｎｃｅ ＆ Ｍａｒｋｉｎｇ 功能模块可以实现对网系统 Σ１ 的输出矩阵 Ａ ＋ 、输 入矩阵 Ａ － 和关联矩阵 Ａ 的计算，同时还可以分析出 系统的初始标识 Ｍ０ 状态、可以触发的变迁 ｔ １ ，还可 以根据变迁变化情况分析系统的任一状态标识 Ｍ。 通过仿真验证，得到的 Ａ ＋ 、Ａ － 、Ａ 与 ３．１ 节中关 联矩阵分析结果完全一致，这里因篇幅关系，仅给 出利用 Ｉｎｃｉｄｅｎｃｅ ＆ Ｍａｒｋｉｎｇ 功能模块对网系统 Σ１ 的变迁 ｔ １ 发生（ｆｉｒｅ）前后的变化分析结果，如表 ４ ～ ７ 所示。 表 ４ 变迁 ｔ １ 发生前网系统 Σ１ 的初始标识 Ｍ０ Ｔａｂｌｅ ４ Ｔｈｅ ｉｎｉｔｉａｌ ｍａｒｋｉｎｇ Ｍ０ ｏｆ ｔｈｅ ｎｅｔ ｓｙｓｔｅｍ Σ１ ｂｅｆｏｒｅ ｔｈｅ ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ ｔ １ ｆｉｒｅｓ 库 所 ｓ１ ｓ２ ｓ３ ｓ４ ｓ５ ｓ６ ｓ７ ｓ８ ｓ９ ｓ１０ ｓ１１ ｓ１２ ｓ１３ ｓ１４ ｓ１５ ｓ１６ ｓ１７ ｓ１８ 初始标识 １ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ 当 前 １ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ 表 ５ 初始标识 Ｍ０ 下网系统 Σ１ 的变迁 ｔ １ 具有发生权 Ｔａｂｌｅ ５ Ｔｈｅ ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ ｔ １ ｏｆ ｔｈｅ ｎｅｔ ｓｙｓｔｅｍ Σ１ ｃａｎ ｂｅ ｆｉｒｅｄ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｉｎｉｔｉａｌ ｍａｒｋｉｎｇ Ｍ０ 变 迁 ｔ １ ｔ ２ ｔ ３ ｔ ４ ｔ ５ ｔ ６ ｔ ７ ｔ ８ ｔ ９ ｔ １０ ｔ １１ ｔ １２ ｔ １３ ｔ １４ ｔ １５ 使能情况 ｙｅｓ ｎｏ ｎｏ ｎｏ ｎｏ ｎｏ ｎｏ ｎｏ ｎｏ ｎｏ ｎｏ ｎｏ ｎｏ ｎｏ ｎｏ ·５４４· 智 能 系 统 学 报 第 １２ 卷
第4期 朱正月，等：物联网中的智慧溯源服务系统Ptr网建模与分析 ·545. 表6变迁1，发生(fire)后网系统，的标识M1 Table 6 The marking M,of the net system after the transition t fires 库所 2 538455657g031214815s16n 38 初始标识 10000000 000000 000 0 当前 0 100 0 0 0 0 0 0 00 00 00 0 0 表7变迁t,发生(fire)后网系统Σ的变迁t,具有发生权 Table 7 The transition t,of the net system can be fired after the transition t fires 变迁 使能情况 no yes no no no no no no no no no no no no no 利用PIPE3.0仿真工具的Invariant Analysis功 9分别给出了通过仿真工具获取的网∑，的S-不变 能模块可以实现对网系统Σ，的S不变量和T不变 量和T不变量分析结果。 量分析，以此来验证模型系统的相关性质。表8、表 表8网系统Σ的S不变量分析结果 Table 8 S-invariants analysis results of the net system 53 85 813 814 815 816817 s18 1 1 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 011 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 0 0 0 0 表9网系统，的T不变量分析结果 Table 9 T-invariants analysis results of the net system t tu 表8的分析结果显示网系统，中有3个S-不 2)M(s,)+M(s2)+M(s3)+M(s4)+M(s3)+ 变量，表9的分析结果显示网系统∑，中没有T不变 M(s6)+M(s)+M(s)+M(sjo)+M(sn)+M(ss)+ 量。在利用PIPE3.0仿真工具的Invariant Analysis M(su)+M(sis)+M(s6)+M(sp)+M(si)=1 功能模块对网系统，的不变量进行分析的过程中， 3)M(s,)+M(s2)+M(s3)+M(sa)+M(s5)+ 除了输出存在的不变量外，还给出不变量的相关分 M(s6)+M(s,)+M(sg)+M(s1o)+M(s2)=1。 析结论。对网系统Σ中的S-不变量，仿真分析给出 以上利用Petri网关联矩阵及求解S-不变量对 结论：该网有确定的S-不变量覆盖，因此它是有界 网系统Σ，进行了分析计算，并利用PPE3.0仿真工 的。对T不变量，仿真分析给出结论：该网没有确 具进行了仿真验证，从而确保了图4所示的Petri网 定的T-不变量覆盖，因此无法知道它是否是有界和 模型是守恒的、可达的、有界的、安全的和活的，也 活的。这个分析结果与3.1节中通过关联矩阵分析 充分表明了所设计的农产品智慧溯源服务系统架 计算得到的网系统，中不变量的结果完全一致，这 构及其整体业务流程是合理的、可靠的，在实际应 也证明了前面分析计算结果的正确性。 用开发中是可行的。 同时，对网系统Σ，中存在的3个S-不变量，仿 4 真工具分析后还给出了对应的S-不变量方程： 结束语 1)M(s1)+M(s2)+M(s3)+M(s4)+ 物联网技术在农业领域的应用越来越广泛，是 M(s5)+M(s6)+M(sg)=1 智能农业发展的重要实现技术。随着物联网技术
表 ６ 变迁 ｔ １发生（ｆｉｒｅ）后网系统 Σ１ 的标识 Ｍ１ Ｔａｂｌｅ ６ Ｔｈｅ ｍａｒｋｉｎｇ Ｍ１ ｏｆ ｔｈｅ ｎｅｔ ｓｙｓｔｅｍ Σ１ ａｆｔｅｒ ｔｈｅ ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ ｔ １ ｆｉｒｅｓ 库 所 ｓ１ ｓ２ ｓ３ ｓ４ ｓ５ ｓ６ ｓ７ ｓ８ ｓ９ ｓ１０ ｓ１１ ｓ１２ ｓ１３ ｓ１４ ｓ１５ ｓ１６ ｓ１７ ｓ１８ 初始标识 １ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ 当 前 ０ １ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ 表 ７ 变迁 ｔ １发生（ｆｉｒｅ）后网系统 Σ１ 的变迁 ｔ ２ 具有发生权 Ｔａｂｌｅ ７ Ｔｈｅ ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ ｔ ２ ｏｆ ｔｈｅ ｎｅｔ ｓｙｓｔｅｍ Σ１ ｃａｎ ｂｅ ｆｉｒｅｄ ａｆｔｅｒ ｔｈｅ ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ ｔ １ ｆｉｒｅｓ 变 迁 ｔ １ ｔ ２ ｔ ３ ｔ ４ ｔ ５ ｔ ６ ｔ ７ ｔ ８ ｔ ９ ｔ １０ ｔ １１ ｔ １２ ｔ １３ ｔ １４ ｔ １５ 使能情况 ｎｏ ｙｅｓ ｎｏ ｎｏ ｎｏ ｎｏ ｎｏ ｎｏ ｎｏ ｎｏ ｎｏ ｎｏ ｎｏ ｎｏ ｎｏ 利用 ＰＩＰＥ３．０ 仿真工具的 Ｉｎｖａｒｉａｎｔ Ａｎａｌｙｓｉｓ 功 能模块可以实现对网系统 Σ１ 的 Ｓ⁃不变量和 Ｔ⁃不变 量分析，以此来验证模型系统的相关性质。 表 ８、表 ９ 分别给出了通过仿真工具获取的网 Σ１ 的 Ｓ⁃不变 量和 Ｔ⁃不变量分析结果。 表 ８ 网系统 Σ１ 的 Ｓ⁃不变量分析结果 Ｔａｂｌｅ ８ Ｓ⁃ｉｎｖａｒｉａｎｔｓ ａｎａｌｙｓｉｓ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｎｅｔ ｓｙｓｔｅｍ Σ１ ｓ１ ｓ２ ｓ３ ｓ４ ｓ５ ｓ６ ｓ７ ｓ８ ｓ９ ｓ１０ ｓ１１ ｓ１２ ｓ１３ ｓ１４ ｓ１５ ｓ１６ ｓ１７ ｓ１８ １ １ １ １ １ １ ０ １ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ １ １ １ １ １ １ １ ０ １ １ １ ０ １ １ １ １ １ １ １ １ １ １ １ １ １ ０ １ １ ０ １ ０ ０ ０ ０ ０ ０ 表 ９ 网系统 Σ１ 的 Ｔ⁃不变量分析结果 Ｔａｂｌｅ ９ Ｔ⁃ｉｎｖａｒｉａｎｔｓ ａｎａｌｙｓｉｓ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｎｅｔ ｓｙｓｔｅｍ Σ１ ｔ １ ｔ ２ ｔ ３ ｔ ４ ｔ ５ ｔ ６ ｔ ７ ｔ ８ ｔ ９ ｔ １０ ｔ １１ ｔ １２ ｔ １３ ｔ １４ ｔ １５ － － － － － － － － － － － － － － － 表 ８ 的分析结果显示网系统 Σ１ 中有 ３ 个 Ｓ⁃不 变量，表 ９ 的分析结果显示网系统 Σ１ 中没有 Ｔ⁃不变 量。 在利用 ＰＩＰＥ３．０ 仿真工具的 Ｉｎｖａｒｉａｎｔ Ａｎａｌｙｓｉｓ 功能模块对网系统 Σ１ 的不变量进行分析的过程中， 除了输出存在的不变量外，还给出不变量的相关分 析结论。 对网系统 Σ１ 中的 Ｓ⁃不变量，仿真分析给出 结论：该网有确定的 Ｓ⁃不变量覆盖，因此它是有界 的。 对 Ｔ⁃不变量，仿真分析给出结论：该网没有确 定的 Ｔ⁃不变量覆盖，因此无法知道它是否是有界和 活的。 这个分析结果与 ３．１ 节中通过关联矩阵分析 计算得到的网系统 Σ１ 中不变量的结果完全一致，这 也证明了前面分析计算结果的正确性。 同时，对网系统 Σ１ 中存在的 ３ 个 Ｓ⁃不变量，仿 真工具分析后还给出了对应的 Ｓ⁃不变量方程： １） Ｍ （ ｓ１ ） ＋ Ｍ （ ｓ２ ） ＋ Ｍ （ ｓ３ ） ＋ Ｍ （ ｓ４ ） ＋ Ｍ（ｓ５ ） ＋ Ｍ（ｓ６ ） ＋ Ｍ（ｓ８ ） ＝ １ ２）Ｍ（ｓ１ ） ＋ Ｍ（ｓ２ ） ＋ Ｍ（ｓ３ ） ＋ Ｍ（ｓ４ ） ＋ Ｍ（ｓ５ ） ＋ Ｍ（ｓ６） ＋ Ｍ（ｓ７） ＋ Ｍ（ｓ９） ＋ Ｍ（ｓ１０） ＋ Ｍ（ｓ１１） ＋ Ｍ（ｓ１３） ＋ Ｍ（ｓ１４） ＋ Ｍ（ｓ１５） ＋ Ｍ（ｓ１６） ＋ Ｍ（ｓ１７） ＋ Ｍ（ｓ１８） ＝ １ ３）Ｍ（ｓ１ ） ＋ Ｍ（ｓ２ ） ＋ Ｍ（ｓ３ ） ＋ Ｍ（ｓ４ ） ＋ Ｍ（ｓ５ ） ＋ Ｍ（ｓ６ ） ＋ Ｍ（ｓ７ ） ＋ Ｍ（ｓ９ ） ＋ Ｍ（ｓ１０ ） ＋ Ｍ（ｓ１２ ） ＝ １。 以上利用 Ｐｅｔｒｉ 网关联矩阵及求解 Ｓ⁃不变量对 网系统 Σ１ 进行了分析计算，并利用 ＰＩＰＥ３．０ 仿真工 具进行了仿真验证，从而确保了图 ４ 所示的 Ｐｅｔｒｉ 网 模型是守恒的、可达的、有界的、安全的和活的，也 充分表明了所设计的农产品智慧溯源服务系统架 构及其整体业务流程是合理的、可靠的，在实际应 用开发中是可行的。 ４ 结束语 物联网技术在农业领域的应用越来越广泛，是 智能农业发展的重要实现技术。 随着物联网技术 第 ４ 期 朱正月，等：物联网中的智慧溯源服务系统 Ｐｅｔｒｉ 网建模与分析 ·５４５·
·546 智能系统学报 第12卷 服务于农业生产的需求不断增加，各种智慧服务系 供应链可追潮平台开发[J].农业工程学报，2013,29 统的设计、建模、开发及应用需求也在增强。Petri (15):172-183, 网作为一种分布式系统的建模和分析工具，其自身 YAN Bo,SHI Ping,HUANG Guangwen.Development of 所具有的独特优势，可以很好地满足各类信息系统 traceability system of aquatic foods supply chain based on 的建模需求。文中围绕农产品智慧溯源服务系统 RFID and EPC internet of things[J].Transactions of the chinese society of agricultural engineering,2013,29(15): 架构和整体业务流程的分析设计，建立了农产品智 172-183 慧溯源服务系统的Petri网模型系统，利用关联矩 [7]姬五胜，郭宏，张丰臣.基于ZigBee和RFD技术的生猪 阵、不变量等分析方法和PPE仿真工具对所建立 屠宰可溯源系统的设计与实现[J],天津职业技术师范 的模型进行了分析、仿真验证，结果表明利用Petri 大学学报，2014,24(2)：1-6. 网建立的农产品智慧溯源服务系统模型是合理的、 JI Wusheng,GUO Hong,ZHANG Fengchen.Design and 可靠的、健壮的，构建的模型系统不仅为实际应用 implement of pig slaughtering traceability system based on 中系统设计和开发提供了模型参考，也为系统开发 RFID and Zigbee technology J ]Journal of tianjin 人员在今后开展相关智慧服务系统的建模提供了 university of technology and education,2014,24(2):1-6. 一个经验案例。 [8]刘尧，高峰，徐幸莲，等.基于RFID和EPC物联网的猪肉 跟踪追溯系统开发[J].食品工业科技，2012,33(16)： 参考文献： 49-52. LIU Yao,GAO Feng,XU Xinglian,et al.Establishment of [1]工业和信息化部.关于印发《物联网“十二五”发展规划》 pork tracking and tracing system based on Internet of Things 的通知[EB/0L].(2011-11-28)[2016-10-28].htp:/ with RFID and EPCJ.Science and technology of food www.mit.gov.cn/nl146285/nl146352/n3054355/ industry,2012,33(16):49-52. n3057497/n3057507/c3630599/content..html. [9]杨运平，周志鹏，李沐华基于物联网RFD的农产品溯 Ministry of industry and information technology.Notice on 源系统的设计与实现[J].计算机与现代化，2013(10)： issuing the 12th five-year development plan of "Internet of 222-225 Things”[EB/0L].(2011-11-28)[2016-10-28].http:/ YANG Yunping,ZHOU Zhipeng,LI Muhua.Design and www. mit.gov.cn/nl146285/nl146352/n3054355/ implementation of agriculture products tracing system based n3057497/n3057507/c3630599/content..html. on internet of things RFID J].Computer and [2]钟海.基于物联网的生鲜果蔬产品溯源系统的设计与实 modernization,2013(10):222-225. 现「D1.株洲：湖南工业大学，2015. [10]白红武，孙爱东，陈军，等基于物联网的农产品质量安 ZHONG Hai.Design and implementation of fresh fruits and 全潮源系统[J].江苏农业学报，2013,29(2)： vegetables traceability system based on internet of things 415-420. [D].Zhuzhou:Hunan University of Technology,2015. BAI Hongwu,SUN Aidong,CHEN Jun,et al.Agricultural [3]濮永仙基于物联网的新鲜果蔬产品质量安全溯源系统 products traceability system for quality and safety based on 的构建[J].贵州农业科学，2016,44(6)：139-143. Internet of Things [J].Jiangsu journal of agricultural PU Yongxian.Product quality and safety traceability system sciences,2013,29(2):415-420. of fresh fruits and vegetables based on internet of things[J] [11]XU Hongsheng,ZHANG Ruiling,LIN Chunjie,et al. Guizhou agricultural sciences,2016,44(6):139-143. Using RFID technology to development of agricultural [4]张龙青.基于物联网的洞庭湖淡水鱼质量安全溯源系统 products quality safety traceability system on internet of [D].长沙：中南林业科技大学，2015. things [J].Journal of chemical and pharmaceutical ZHANG Longqing.Dongting lake freshwater fish quality and research,2014,6(10):632-638. safety traceability system based on the internet of things [12]XU Hongsheng,LI Yongliang.Design and development of [D].Changsha:Central South University of Forestry and agricultural products traceability system based on internet Technology,2015. of things RFID technology C]//The 6th International [5]YAN Bo,HU Die,SHI Ping.A traceable platform of Conference on Sensor Network Computer Engineering aquatic foods supply chain based on RFID and EPC internet ICSNCE2016).Xi'an,China,2016:388-393. of things J].International journal of Rf technologies [13]托普物联网平台.农产品质量安全及管理潮源系统 research&applications,2012,4(1):55-70. [EB/0L].(2016-07-21)[2016-10-28].htp:/www [6]颜波，石平，黄广文.基于RFID和EPC物联网的水产品 tpwlw.com/baike/info_24.html
服务于农业生产的需求不断增加，各种智慧服务系 统的设计、建模、开发及应用需求也在增强。 Ｐｅｔｒｉ 网作为一种分布式系统的建模和分析工具，其自身 所具有的独特优势，可以很好地满足各类信息系统 的建模需求。 文中围绕农产品智慧溯源服务系统 架构和整体业务流程的分析设计，建立了农产品智 慧溯源服务系统的 Ｐｅｔｒｉ 网模型系统，利用关联矩 阵、不变量等分析方法和 ＰＩＰＥ 仿真工具对所建立 的模型进行了分析、仿真验证，结果表明利用 Ｐｅｔｒｉ 网建立的农产品智慧溯源服务系统模型是合理的、 可靠的、健壮的，构建的模型系统不仅为实际应用 中系统设计和开发提供了模型参考，也为系统开发 人员在今后开展相关智慧服务系统的建模提供了 一个经验案例。 参考文献： ［１］工业和信息化部．关于印发《物联网“十二五”发展规划》 的通知［ＥＢ／ ＯＬ］．（２０１１－１１－２８） ［２０１６－１０－２８］． ｈｔｔｐ： ／ ／ ｗｗｗ． ｍｉｉｔ． ｇｏｖ． ｃｎ ／ ｎ１１４６２８５ ／ ｎ１１４６３５２ ／ ｎ３０５４３５５ ／ ｎ３０５７４９７ ／ ｎ３０５７５０７ ／ ｃ３６３０５９９ ／ ｃｏｎｔｅｎｔ．ｈｔｍｌ． Ｍｉｎｉｓｔｒｙ ｏｆ ｉｎｄｕｓｔｒｙ ａｎｄ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ． Ｎｏｔｉｃｅ ｏｎ ｉｓｓｕｉｎｇ ｔｈｅ １２ｔｈ ｆｉｖｅ⁃ｙｅａｒ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｐｌａｎ ｏｆ “ Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆ Ｔｈｉｎｇｓ”［ＥＢ／ ＯＬ］．（２０１１－１１－２８）［２０１６－１０－２８］． ｈｔｔｐ： ／ ／ ｗｗｗ． ｍｉｉｔ． ｇｏｖ． ｃｎ ／ ｎ１１４６２８５ ／ ｎ１１４６３５２ ／ ｎ３０５４３５５ ／ ｎ３０５７４９７ ／ ｎ３０５７５０７ ／ ｃ３６３０５９９ ／ ｃｏｎｔｅｎｔ．ｈｔｍｌ． ［２］钟海．基于物联网的生鲜果蔬产品溯源系统的设计与实 现［Ｄ］．株洲：湖南工业大学， ２０１５． ＺＨＯＮＧ Ｈａｉ． Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ ｆｒｅｓｈ ｆｒｕｉｔｓ ａｎｄ ｖｅｇｅｔａｂｌｅｓ ｔｒａｃｅａｂｉｌｉｔｙ ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆ ｔｈｉｎｇｓ ［Ｄ］． Ｚｈｕｚｈｏｕ： Ｈｕｎａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１５． ［３］濮永仙．基于物联网的新鲜果蔬产品质量安全溯源系统 的构建［Ｊ］．贵州农业科学， ２０１６， ４４（６）： １３９－１４３． ＰＵ Ｙｏｎｇｘｉａｎ． Ｐｒｏｄｕｃｔ ｑｕａｌｉｔｙ ａｎｄ ｓａｆｅｔｙ ｔｒａｃｅａｂｉｌｉｔｙ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｆｒｅｓｈ ｆｒｕｉｔｓ ａｎｄ ｖｅｇｅｔａｂｌｅｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆ ｔｈｉｎｇｓ［Ｊ］． Ｇｕｉｚｈｏｕ ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ ｓｃｉｅｎｃｅｓ， ２０１６， ４４（６）： １３９－１４３． ［４］张龙青．基于物联网的洞庭湖淡水鱼质量安全溯源系统 ［Ｄ］．长沙： 中南林业科技大学， ２０１５． ＺＨＡＮＧ Ｌｏｎｇｑｉｎｇ． Ｄｏｎｇｔｉｎｇ ｌａｋｅ ｆｒｅｓｈｗａｔｅｒ ｆｉｓｈ ｑｕａｌｉｔｙ ａｎｄ ｓａｆｅｔｙ ｔｒａｃｅａｂｉｌｉｔｙ ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆ ｔｈｉｎｇｓ ［Ｄ］． Ｃｈａｎｇｓｈａ： Ｃｅｎｔｒａｌ Ｓｏｕｔｈ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｆｏｒｅｓｔｒｙ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， ２０１５． ［５］ ＹＡＮ Ｂｏ， ＨＵ Ｄｉｅ， ＳＨＩ Ｐｉｎｇ． Ａ ｔｒａｃｅａｂｌｅ ｐｌａｔｆｏｒｍ ｏｆ ａｑｕａｔｉｃ ｆｏｏｄｓ ｓｕｐｐｌｙ ｃｈａｉｎ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＲＦＩＤ ａｎｄ ＥＰＣ ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆ ｔｈｉｎｇｓ ［ Ｊ ］． Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｒｆ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ｒｅｓｅａｒｃｈ＆ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ， ２０１２， ４（１）： ５５－７０． ［６］颜波，石平，黄广文． 基于 ＲＦＩＤ 和 ＥＰＣ 物联网的水产品 供应链可追溯平台开发［ Ｊ］． 农业工程学报， ２０１３， ２９ （１５）： １７２－１８３． ＹＡＮ Ｂｏ， ＳＨＩ Ｐｉｎｇ， ＨＵＡＮＧ Ｇｕａｎｇｗｅｎ． Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｔｒａｃｅａｂｉｌｉｔｙ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ａｑｕａｔｉｃ ｆｏｏｄｓ ｓｕｐｐｌｙ ｃｈａｉｎ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＲＦＩＤ ａｎｄ ＥＰＣ ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆ ｔｈｉｎｇｓ ［ Ｊ］． Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ｃｈｉｎｅｓｅ ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， ２０１３， ２９（１５）： １７２－１８３． ［７］姬五胜，郭宏，张丰臣．基于 ＺｉｇＢｅｅ 和 ＲＦＩＤ 技术的生猪 屠宰可溯源系统的设计与实现［ Ｊ］． 天津职业技术师范 大学学报， ２０１４， ２４（２）： １－６． ＪＩ Ｗｕｓｈｅｎｇ， ＧＵＯ Ｈｏｎｇ， ＺＨＡＮＧ Ｆｅｎｇｃｈｅｎ． Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔ ｏｆ ｐｉｇ ｓｌａｕｇｈｔｅｒｉｎｇ ｔｒａｃｅａｂｉｌｉｔｙ ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＲＦＩＤ ａｎｄ Ｚｉｇｂｅｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ［ Ｊ ］． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｔｉａｎｊｉｎ ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ ｅｄｕｃａｔｉｏｎ， ２０１４， ２４（２）： １－６． ［８］刘尧，高峰，徐幸莲，等．基于 ＲＦＩＤ 和 ＥＰＣ 物联网的猪肉 跟踪追溯系统开发［ Ｊ］．食品工业科技， ２０１２， ３３（ １６）： ４９－５２． ＬＩＵ Ｙａｏ，ＧＡＯ Ｆｅｎｇ，ＸＵ Ｘｉｎｇｌｉａｎ， ｅｔ ａｌ． Ｅｓｔａｂｌｉｓｈｍｅｎｔ ｏｆ ｐｏｒｋ ｔｒａｃｋｉｎｇ ａｎｄ ｔｒａｃｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆ Ｔｈｉｎｇｓ ｗｉｔｈ ＲＦＩＤ ａｎｄ ＥＰＣ ［ Ｊ］． Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ ｆｏｏｄ ｉｎｄｕｓｔｒｙ， ２０１２， ３３（１６）： ４９－５２． ［９］杨运平，周志鹏，李沐华．基于物联网 ＲＦＩＤ 的农产品溯 源系统的设计与实现［Ｊ］． 计算机与现代化， ２０１３（１０）： ２２２－２２５． ＹＡＮＧ Ｙｕｎｐｉｎｇ， ＺＨＯＵ Ｚｈｉｐｅｎｇ， ＬＩ Ｍｕｈｕａ． Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ ｐｒｏｄｕｃｔｓ ｔｒａｃｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆ ｔｈｉｎｇｓ ＆ ＲＦＩＤ ［ Ｊ ］． Ｃｏｍｐｕｔｅｒ ａｎｄ ｍｏｄｅｒｎｉｚａｔｉｏｎ， ２０１３（１０）： ２２２－２２５． ［１０］白红武，孙爱东，陈军，等．基于物联网的农产品质量安 全溯 源 系 统 ［ Ｊ ］． 江 苏 农 业 学 报， ２０１３， ２９ （ ２ ）： ４１５－４２０． ＢＡＩ Ｈｏｎｇｗｕ， ＳＵＮ Ａｉｄｏｎｇ， ＣＨＥＮ Ｊｕｎ， ｅｔ ａｌ． Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ ｐｒｏｄｕｃｔｓ ｔｒａｃｅａｂｉｌｉｔｙ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｑｕａｌｉｔｙ ａｎｄ ｓａｆｅｔｙ ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆ Ｔｈｉｎｇｓ ［ Ｊ ］． Ｊｉａｎｇｓｕ ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ ｓｃｉｅｎｃｅｓ， ２０１３， ２９（２）： ４１５－４２０． ［ １１］ ＸＵ Ｈｏｎｇｓｈｅｎｇ， ＺＨＡＮＧ Ｒｕｉｌｉｎｇ， ＬＩＮ Ｃｈｕｎｊｉｅ， ｅｔ ａｌ． Ｕｓｉｎｇ ＲＦＩＤ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｔｏ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ ｐｒｏｄｕｃｔｓ ｑｕａｌｉｔｙ ｓａｆｅｔｙ ｔｒａｃｅａｂｉｌｉｔｙ ｓｙｓｔｅｍ ｏｎ ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆ ｔｈｉｎｇｓ ［ Ｊ ］． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｃｈｅｍｉｃａｌ ａｎｄ ｐｈａｒｍａｃｅｕｔｉｃａｌ ｒｅｓｅａｒｃｈ， ２０１４， ６（１０）： ６３２－６３８． ［１２］ＸＵ Ｈｏｎｇｓｈｅｎｇ， ＬＩ Ｙｏｎｇｌｉａｎｇ． Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ ｐｒｏｄｕｃｔｓ ｔｒａｃｅａｂｉｌｉｔｙ ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆ ｔｈｉｎｇｓ ＲＦＩＤ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ［ Ｃ ］ ／ ／ Ｔｈｅ ６ｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｓｅｎｓｏｒ Ｎｅｔｗｏｒｋ ＆ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ （ＩＣＳＮＣＥ２０１６）． Ｘｉａｎ， Ｃｈｉｎａ， ２０１６： ３８８－３９３． ［１３］托普物联网平台． 农产品质量安全及管理溯源系统 ［ＥＢ／ ＯＬ］．（２０１６－０７－２１） ［ ２０１６－１０－２８］．ｈｔｔｐ： ／ ／ ｗｗｗ． ｔｐｗｌｗ．ｃｏｍ／ ｂａｉｋｅ ／ ｉｎｆｏ＿２４．ｈｔｍｌ． ·５４６· 智 能 系 统 学 报 第 １２ 卷
第4期 朱正月，等：物联网中的智慧溯源服务系统Ptr网建模与分析 ·547. Tuopu IOT Paltform.The security and management HUANG Guangwen.Research on tracing of aquatic traceability system of agricultural product quality [EB/OL]. products supply chain based on RFID and EPC Internet of (2016-07-21)[2016-10-28].htp://mw.tpww.com/ things[D].Guangzhou:South China university of baike/info_24.html. technology,2011. [14]李乃文智能小区情境感知服务系统的研究[D].上海： [22]袁红春，丛斯琳.Ptmi网的水产品湖源系统模型[J].传 华东理工大学，2014. 感器与微系统，2016,35(9)：42-45. LI Naiwen.Intelligent community context aware service YUAN Hongchun,CONG Silin.Seafood traceability system system research[D].Shanghai:East China University of model based on Petri net[J].Transducer and microsystem Science and Technology,2014. technologies,2016,35(9):42-45. [l5]徐学东，李叶茂.基本Petri网在信息系统中的建模方 [23]虞丽娟，凌培亮，杨劲松，等.物联网智慧服务系统架构 法[J]长春工程学院学报：自然科学版，2006,7(4)： 及在远洋渔船中的应用[J].上海海洋大学学报，2013， 77-80. 22(1):147-153. XU Xuedong,LI Yemao.Modeling method in the YU Lijuan,LING Peiliang,YANG Jinsong,et al.The information system of basic Petri net [J].Journal of architecture of smart service system based on IOT and its changchun institute of technology:natural science edition, application on pelagic fishing vessel J].Journal of 2006,7(4):77-80. shanghai ocean university,2013,22(1):147-153. [16]袁崇义.Peti网原理与应用[M].北京：电子工业出版 [24]CHEN C M,YU L J,LING P L,et al.The architecture of 社，2005. IOT smart service system of ocean fishing vessel and its YUAN Chongyi.Theory and application of Petri net [M]. application based on Petri net[].Applied mechanics naterials,2013,385/386:1771-1775. Beijing:Publishing house of electonics industry,2005. [I7]赵杰.Petri网的面向对象动态建模及在电梯控制中的 [25]王森，李志刚.基于扩展Ptni网的新疆肉牛养殖溯源模 型设计[J].江苏农业科学，2016,44(3)：413-416. 应用[D].长沙：长沙理工大学，2004. WANG Sen,LI Zhigang.Design of Xinjiang beef cattle ZHAO Jie.Object-oriented dynamic modeling of Petri net breeding traceability model based on the extended Petri net and its application in elevator control [D].Changsha: [J].Jiangsu agricultural sciences,2016,44(3):413 Changsha university of science&technology,2004. -416. [l8]陈慧灵，王宪增，邹宽城.基于Pmi网的工作流过程建 [26]吴哲辉.Petri网导论[M叮.北京：机械工业出版社，2006. 模[J刀.计算机工程与科学，2008,30(5)：92-94 WU Zhehui.Introduction to Petri nets[M].Beijing:China CHEN Huiling,WANG Xianzeng,ZOU Kuancheng. Machine Press,2006. Workflow process modeling based on Petri nets J]. [27]Petri nets world.Petri nets tools database quick overview Computer engineering and science,2008,30(5):92-94. EB/OL].2016-10-28 ]http://www.informatik.uni- [19]刘炎培，彭晓红，舒远仲，等.基于面向对象Ptmi网的 hamburg.de/TGI/PetriNets/index.php. 设备采购管理系统建模及性能分析[J].计算机工程与 作者简介： 科学，2010,32(10)：157-160. 朱正月，男，1974年生，副教授，主 LIU Yanpei,PENG Xiaohong,SHU Yuanzhong,et al. 要研究方向为Peti网理论与应用建 Equipment purchasing management system modeling and 模、计算机网络及物联网技术应用。 performance analysis based on object-oriented Petri nets [J].Computer engineering and science,2010,32(10): 157-160. [20]张鸿皓，姜大鹏，庞永杰，等.水下机器人任务流程建模 与管理[J].智能系统学报，2013,8(5)：433-438. 陈增强，男，1964年生，教授，博士 ZHANG Honghao,JIANG Dapeng,PANG Yongjie,et al. 生导师，主要研究方向为智能预测控 Workflow modeling and management on AUV J].CAAI 制、混沌系统与复杂动态网络、智能物 transactions on intelligent systems,2013,8 (5): 联网、多智能体系统控制，曾获天津市 433-438. 自然科学二等奖、教育部科技进步三等 [21]黄广文.基于RFD和EPC物联网的水产品供应链追潮 奖等，发表学术论文100余篇。 研究[D].广州：华南理工大学，2011
Ｔｕｏｐｕ ＩＯＴ Ｐａｌｔｆｏｒｍ． Ｔｈｅ ｓｅｃｕｒｉｔｙ ａｎｄ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｔｒａｃｅａｂｉｌｉｔｙ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ ｐｒｏｄｕｃｔ ｑｕａｌｉｔｙ ［ＥＢ／ ＯＬ］． （２０１６－ ０７ － ２１） ［２０１６ － １０ － ２８］． ｈｔｔｐ：／ ／ ｗｗｗ． ｔｐｗｌｗ． ｃｏｍ／ ｂａｉｋｅ ／ ｉｎｆｏ＿２４．ｈｔｍｌ． ［１４］李乃文．智能小区情境感知服务系统的研究［Ｄ］．上海： 华东理工大学， ２０１４． ＬＩ Ｎａｉｗｅｎ． Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｃｏｍｍｕｎｉｔｙ ｃｏｎｔｅｘｔ ａｗａｒｅ ｓｅｒｖｉｃｅ ｓｙｓｔｅｍ ｒｅｓｅａｒｃｈ［ Ｄ］． Ｓｈａｎｇｈａｉ： Ｅａｓｔ Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， ２０１４． ［１５］徐学东，李叶茂． 基本 Ｐｅｔｒｉ 网在信息系统中的建模方 法［Ｊ］．长春工程学院学报：自然科学版， ２００６， ７（４）： ７７－８０． ＸＵ Ｘｕｅｄｏｎｇ， ＬＩ Ｙｅｍａｏ． Ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ｉｎ ｔｈｅ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｂａｓｉｃ Ｐｅｔｒｉ ｎｅｔ ［ Ｊ ］． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｃｈａｎｇｃｈｕｎ ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ： ｎａｔｕｒａｌ ｓｃｉｅｎｃｅ ｅｄｉｔｉｏｎ， ２００６， ７（４）： ７７－８０． ［１６］袁崇义． Ｐｅｔｒｉ 网原理与应用［Ｍ］．北京：电子工业出版 社，２００５． ＹＵＡＮ Ｃｈｏｎｇｙｉ． Ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｐｅｔｒｉ ｎｅｔ［Ｍ］． Ｂｅｉｊｉｎｇ： Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ ｈｏｕｓｅ ｏｆ ｅｌｅｃｔｏｎｉｃｓ ｉｎｄｕｓｔｒｙ， ２００５． ［１７］赵杰． Ｐｅｔｒｉ 网的面向对象动态建模及在电梯控制中的 应用［Ｄ］． 长沙： 长沙理工大学， ２００４． ＺＨＡＯ Ｊｉｅ． Ｏｂｊｅｃｔ⁃ｏｒｉｅｎｔｅｄ ｄｙｎａｍｉｃ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｏｆ Ｐｅｔｒｉ ｎｅｔ ａｎｄ ｉｔｓ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｉｎ ｅｌｅｖａｔｏｒ ｃｏｎｔｒｏｌ ［ Ｄ］． Ｃｈａｎｇｓｈａ： Ｃｈａｎｇｓｈａ ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ ｓｃｉｅｎｃｅ＆ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， ２００４． ［１８］陈慧灵，王宪增，邹宽城． 基于 Ｐｅｔｒｉ 网的工作流过程建 模［Ｊ］． 计算机工程与科学， ２００８， ３０（５）： ９２－９４． ＣＨＥＮ Ｈｕｉｌｉｎｇ， ＷＡＮＧ Ｘｉａｎｚｅｎｇ， ＺＯＵ Ｋｕａｎｃｈｅｎｇ． Ｗｏｒｋｆｌｏｗ ｐｒｏｃｅｓｓ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｐｅｔｒｉ ｎｅｔｓ ［ Ｊ ］． Ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ ｓｃｉｅｎｃｅ， ２００８， ３０（５）： ９２－９４． ［１９］刘炎培，彭晓红，舒远仲，等． 基于面向对象 Ｐｅｔｒｉ 网的 设备采购管理系统建模及性能分析［ Ｊ］． 计算机工程与 科学， ２０１０， ３２（１０）： １５７－１６０． ＬＩＵ Ｙａｎｐｅｉ， ＰＥＮＧ Ｘｉａｏｈｏｎｇ， ＳＨＵ Ｙｕａｎｚｈｏｎｇ， ｅｔ ａｌ． Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｐｕｒｃｈａｓｉｎｇ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ａｎｄ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｏｂｊｅｃｔ⁃ｏｒｉｅｎｔｅｄ Ｐｅｔｒｉ ｎｅｔｓ ［Ｊ］． Ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ ｓｃｉｅｎｃｅ， ２０１０， ３２（ １０）： １５７－１６０． ［２０］张鸿皓，姜大鹏，庞永杰，等．水下机器人任务流程建模 与管理［Ｊ］． 智能系统学报， ２０１３， ８（５）： ４３３－４３８． ＺＨＡＮＧ Ｈｏｎｇｈａｏ， ＪＩＡＮＧ Ｄａｐｅｎｇ， ＰＡＮＧ Ｙｏｎｇｊｉｅ， ｅｔ ａｌ． Ｗｏｒｋｆｌｏｗ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ａｎｄ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｏｎ ＡＵＶ［ Ｊ］． ＣＡＡＩ ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍｓ， ２０１３， ８ （ ５ ）： ４３３－４３８． ［２１］黄广文．基于 ＲＦＩＤ 和 ＥＰＣ 物联网的水产品供应链追溯 研究［Ｄ］． 广州： 华南理工大学， ２０１１． ＨＵＡＮＧ Ｇｕａｎｇｗｅｎ． Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｔｒａｃｉｎｇ ｏｆ ａｑｕａｔｉｃ ｐｒｏｄｕｃｔｓ ｓｕｐｐｌｙ ｃｈａｉｎ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＲＦＩＤ ａｎｄ ＥＰＣ Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆ ｔｈｉｎｇｓ［Ｄ］． Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ： Ｓｏｕｔｈ Ｃｈｉｎａ ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， ２０１１． ［２２］袁红春，丛斯琳． Ｐｅｔｒｉ 网的水产品溯源系统模型［ Ｊ］．传 感器与微系统， ２０１６， ３５（９）： ４２－４５． ＹＵＡＮ Ｈｏｎｇｃｈｕｎ，ＣＯＮＧ Ｓｉｌｉｎ． Ｓｅａｆｏｏｄ ｔｒａｃｅａｂｉｌｉｔｙ ｓｙｓｔｅｍ ｍｏｄｅｌ ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｐｅｔｒｉ ｎｅｔ［Ｊ］． Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ ａｎｄ ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ， ２０１６， ３５（９）： ４２－４５． ［２３］虞丽娟，凌培亮，杨劲松，等．物联网智慧服务系统架构 及在远洋渔船中的应用［Ｊ］． 上海海洋大学学报， ２０１３， ２２（１）： １４７－１５３． ＹＵ Ｌｉｊｕａｎ， ＬＩＮＧ Ｐｅｉｌｉａｎｇ， ＹＡＮＧ Ｊｉｎｓｏｎｇ， ｅｔ ａｌ． Ｔｈｅ ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ ｏｆ ｓｍａｒｔ ｓｅｒｖｉｃｅ ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＩＯＴ ａｎｄ ｉｔｓ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｎ ｐｅｌａｇｉｃ ｆｉｓｈｉｎｇ ｖｅｓｓｅｌ ［ Ｊ ］． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｓｈａｎｇｈａｉ ｏｃｅａｎ ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， ２０１３， ２２（１）： １４７－１５３． ［２４］ＣＨＥＮ Ｃ Ｍ， ＹＵ Ｌ Ｊ， ＬＩＮＧ Ｐ Ｌ， ｅｔ ａｌ． Ｔｈｅ ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ ｏｆ ＩＯＴ ｓｍａｒｔ ｓｅｒｖｉｃｅ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｏｃｅａｎ ｆｉｓｈｉｎｇ ｖｅｓｓｅｌ ａｎｄ ｉｔｓ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｐｅｔｒｉ ｎｅｔ［ Ｊ］． Ａｐｐｌｉｅｄ ｍｅｃｈａｎｉｃｓ ＆ ｍａｔｅｒｉａｌｓ， ２０１３， ３８５ ／ ３８６： １７７１－１７７５． ［２５］王森，李志刚．基于扩展 Ｐｅｔｒｉ 网的新疆肉牛养殖溯源模 型设计［Ｊ］． 江苏农业科学， ２０１６， ４４（３）： ４１３－４１６． ＷＡＮＧ Ｓｅｎ， ＬＩ Ｚｈｉｇａｎｇ． Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｘｉｎｊｉａｎｇ ｂｅｅｆ ｃａｔｔｌｅ ｂｒｅｅｄｉｎｇ ｔｒａｃｅａｂｉｌｉｔｙ ｍｏｄｅｌ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｅｘｔｅｎｄｅｄ Ｐｅｔｒｉ ｎｅｔ ［Ｊ］． Ｊｉａｎｇｓｕ ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ ｓｃｉｅｎｃｅｓ， ２０１６， ４４ （ ３）： ４１３ －４１６． ［２６］吴哲辉． Ｐｅｔｒｉ 网导论［Ｍ］．北京：机械工业出版社，２００６． ＷＵ Ｚｈｅｈｕｉ． Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｔｏ Ｐｅｔｒｉ ｎｅｔｓ［Ｍ］． Ｂｅｉｊｉｎｇ： Ｃｈｉｎａ Ｍａｃｈｉｎｅ Ｐｒｅｓｓ， ２００６． ［２７］ Ｐｅｔｒｉ ｎｅｔｓ ｗｏｒｌｄ． Ｐｅｔｒｉ ｎｅｔｓ ｔｏｏｌｓ ｄａｔａｂａｓｅ ｑｕｉｃｋ ｏｖｅｒｖｉｅｗ ［ＥＢ／ ＯＬ］． ［ ２０１６ － １０ － ２８］． ｈｔｔｐ： ／ ／ ｗｗｗ． ｉｎｆｏｒｍａｔｉｋ． ｕｎｉ⁃ ｈａｍｂｕｒｇ．ｄｅ ／ ＴＧＩ／ ＰｅｔｒｉＮｅｔｓ／ ｉｎｄｅｘ．ｐｈｐ． 作者简介： 朱正月，男，１９７４ 年生，副教授，主 要研究方向为 Ｐｅｔｒｉ 网理论与应用建 模、计算机网络及物联网技术应用。 陈增强，男，１９６４ 年生，教授，博士 生导师，主要研究方向为智能预测控 制、混沌系统与复杂动态网络、智能物 联网、多智能体系统控制，曾获天津市 自然科学二等奖、教育部科技进步三等 奖等，发表学术论文 １００ 余篇。 第 ４ 期 朱正月，等：物联网中的智慧溯源服务系统 Ｐｅｔｒｉ 网建模与分析 ·５４７·
