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