Real-time systems are usually characterized by complex, distributed and concurrent nature. They typically include a set of concurrent processes that operate asynchronously to accommodate the different speed requirements of various hardware devices.
To model such a system in an elegant way, many tools and methodologies have been developed. Among them, Petri net has been found to be useful for modeling real-time systems since it provides elegant expressions for concurrent control structures and validation mechanisms. Petri net is abstract and formal model of information and control flow in systems exhibiting concurrency and asynchronous behaviour. It is very simple and natural in structure, yet quite powerful in modeling and analyzing such systems.
However, the complexity of the net increases drastically as the size of the net grows, which is one of the main obstacles to apply Petri net model for large and complex real-time systems. In order to reduce the complexity of the net and hence to increase the maintainability and reusability of the developed model, we present an approach, called OPNets, for modeling real-time systems based on the object-oriented formalization of high level Petri nets. OPNets decompose a target system into concurrent objects and establish message-passing relations among them. With a view to reducing dependency among objects, the message-passing relations are designed such that each object is organized as independent as possible by decoupling the communication knowledge and separating synchronization constraints from the internal control structure of objects.
To validate the overall system which is composed of the hierarchically organized objects and interconnection relations, two-step validation procedure is presented which reduces the complexity and computational efforts required. The analysis method validates each object in the first step and then globally checks the synchronization constraints among objects.
As illustrations, a manufacturing cell with machining centers and robots, and an automatic storage/retrieval system are modeled using the OPNets. The modeling experiences with the OPNets demonstrate that the decoupling and separation of knowledges and constraints clearly enhance the maintenance and reusability in the real time system modeling.
실시간 시스템은 일반적으로 매우 복잡하고, 분산화 되어 있으며 프로세스들이 동시 발생적인 성격을 갖고 있다. 실시간 시스템과 같은 시스템을 성공적으로 구현하기 위해서는 개발하려는 시스템의 모델링 방법이 단순히 대상 시스템의 특성을 표현 하는 것만으로는 부족하다. 대상 시스템의 특성을 표현할 수 있어야 할 뿐만 아니라, 기술된 시스템의 행동을 실행하고 오류를 검증할 수 있어야 한다. 복잡하고 동시 발생적인 시스템을 시스템 분석가가 표현된 것만 가지고 이러한 검증을 하는 것은 불가능한 경우가 많기 때문이다. 따라서, 대상시스템의 모델링이 정확하게 되어 있는지, 어떠한 오류는 없는지 등을 검사할 수 있는 기능이 필수적이다.
실시간 시스템을 모델링하기 위하여 여러 가지 모형화 도구들이 개발되었다. 현재까지 알려진 도구들 중에서 페트리 네트는 실시간 시스템을 표현하는데 매우 적절한 것으로 밝혀 지고 있다. 페트리네트는 동시 발생적인 제어 구조를 매우 잘 표현 할 수 있는 형태를 갖고 있다. 또한 페트리 네트는 모델링 된 시스템을 실행시켜 볼 수도 있고, 제어 구조상에 발생한 여러 가지 오류들을 찾을 수 있는 강력한 기능이 있다.
그러나, 페트리 네트는 대상 시스템의 크기가 커짐에 따라 복잡도가 크게 증가하여, 네트 자체의 복잡도 때문에 여러 가지 어려움이 발생될 수 있다. 특히 시스템을 모델링하고 그것을 가지고 구현을 하는 시스템 개발자들에게는 이러한 복잡도가 커다란 어려움으로 등장 한다. 페트리 네트를 이용한 모델링의 복잡도를 감소시키기 위하여, 이 논문에서는 페트리 네트를 객체 지향 개념을 이용하여 구성한 OPNets 이라는 도구를 제안 하였다. 이 도구는 전체 대상 시스템을 객체라는 여러 개의 계층적 단위로 나누고 이 객체들 상호간의 메세지 전달 관계를 설정한다. 객체들 상호간의 의존도를 줄여 시스템의 재사용 가능성과 유지 보수성을 높이려 하였다. 이를 위하여 메세지 전달 관계는 메세지를 전송하는 객체나 수신하는 객체 모두에게서 엄격하게 분리 되어 있다. 즉, 각 객체의 내부 정보에는 메세지 전달관계가 나타나지 않고 객체의 외부에 존재한다.
모델링된 전체 시스템을 검증하는데 있어서 복잡도를 줄이고 분석의 효율성을 높이기 위하여 두 단계의 분석방법이 제시 되었다. 첫번째 단계에서는 각각의 객체의 행동을 먼저 분석한다. 이 단계에서는 각 객체별 행동들을 분석하여 오류를 찾고 각 객체의 외부메세지 요구-전송 관계만을 나타내는 "인터페이스가 동일한 네트"를 구성한다. 둘째 단계에서는, 객체간의 메세지 전송관계에 어떠한 오류가 없는 지를 분석한다. 두번째 단계에서는 메세지의 요구-전송 관계에 어떠한 오류가 있는 지를 위의 "인터페이스가 동일한 네트"를 분석함으로서 찾아낸다.
제시된 모형화 방법론을 예시하기 위하여 두 가지의 예제가 OPNets로 표현되었다. 이 예제의 모형화 결과로 제시된 방법론의 유용성이 보여 진다.
