[发明专利]一种基于分层并行算法的CPS软件能耗计算方法

说明书

本发明涉及基于分层并行算法的CPS软件能耗计算方法，属于CPS领域。本发明首先对CPS软件进行分层着色Petri建模，得到顶层CPN和子层CPN，并分析出每个模块的CPN能耗结构图；接着通过在CPN Tools软件中模拟运行模型，得到CPS软件各个模块中节点能耗值；再对各个节点的能耗值进行预处理，并求CPS软件的能耗矩阵；再分别对CPS软件的顶层CPN和子层CPN的各个模块分别进行分割，通过移动节点使每个模块的能耗值最小；分别计算出子矩阵从起始节点到终止节点的最小能耗；再将各个子矩阵的最小能耗值相加，得到该CPS软件的最小能耗值。本发明有效地提高了能耗计算的效率，缩小了能耗计算的时间复杂度。

技术领域

本发明涉及一种基于分层并行算法的CPS软件能耗计算方法，属于CPS技术领域。

背景技术

随着CPS在工业4.0中核心地位的提出，CPS成为众多学者研究与关注的焦点。软件作为CPS的重要使能部分，提高CPS软件能耗的计算效率具有重要意义。现阶段，对软件能耗的计算大多集中在单源路径，但由于CPS软件系统大型、复杂，单源路径在求解并分析能耗方面往往不能满足高效运算的要求。

发明内容

本发明提供了一种基于分层并行算法的CPS软件能耗计算方法，以用于以用于解决大型、复杂的CPS软件的能耗计算问题。

本发明的技术方案是：一种基于分层并行算法的CPS软件能耗计算方法，并分析出每个模块的CPN能耗结构图；接着通过在CPN Tools软件中模拟运行模型，得到CPS软件各个模块中节点能耗值；然后对各个节点的能耗值进行预处理，分析出模型的输入矩阵Dⁱⁿ和输出矩阵D^out、关联矩阵D，并求出CPS软件的能耗矩阵M；再分别对CPS软件的顶层CPN和子层CPN的各个模块分别进行k路分割，通过移动节点使每个模块的能耗值最小；分别计算出子矩阵从起始节点到终止节点的最小能耗；再将各个子矩阵的最小能耗值相加，得到该CPS软件的最小能耗值。

所述基于分层并行算法的CPS软件能耗计算方法的具体步骤如下：

Step1、对CPS软件进行分层着色Petri建模，得到顶层CPN和子层CPN，并分析出每个模块的CPN能耗结构图：

首先，根据CPS软件的功能特性，将CPS软件分为顶层CPN和子层CPN，并分析每层CPN的组成模块、模块内节点的关联关系和模块之间的的关系，得到每个模块的CPN能耗结构图；

Step2、获取CPS软件各个模块中节点能耗值：

将基于分层着色Petri网的CPS软件能耗模型的各个模块在CPN Tools中进行模拟运行，记录下每个模块的各个节点的能耗值；

Step3、对各个节点的能耗值进行预处理，分析出模型的关联矩阵D，并求出CPS软件的能耗矩阵M：

模块中各个节点的能耗的权值w_ij集合W用n×m的矩阵表示，即：

Petri网的关联矩阵D＝D^out-Dⁱⁿ，D^out、Dⁱⁿ分别为输出矩阵和输入矩阵，其中

i∈{1,2,....m}，j∈{1,2,...n}，n为库所P的总个数，m为变迁T的总个数；p^j与tⁱ分别为库所P与变迁T内的任意元素；

能耗矩阵M为：

Step4、分别对CPS软件的顶层CPN和子层CPN的各个模块分别进行k路分割，使每个模块的能耗值最小：