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摘 要： 针对UML建立ATM自动取款机系统模型时缺乏精确的语义描述、无法进行形式化的分析和验证等缺点,本文提出了一种基于UML-Petri网的ATM自动取款机建模方法.该方法首先采用UML对ATM自动取款机系统进行建模,然后参照一定的映像规则将UML模型转换为Petri网模型进行验证和分析,最后根据分析结果对UML模型进行修正和优化.结果表明,该方法合理将面向对象的UML建模方法和形式化的Petri网建模方法有效结合,取长补短,提高了系统的正确性、可靠性和开发效率,具有一定的理论价值和实际应用价值.
关键词： ATM自动取款机； 系统建模； UML-Petri网
中图分类号： TP 311.52 文献标志码： A 文章编号： 1671-2153（2016）01-0091-04
1 问题提出
伴随着金融业和电子网络技术的迅速发展,对ATM自动取款机系统提出了越来越高的要求.传统的ATM自动取款机系统主要采用面向对象的UML建模方法,但该方法缺乏精确的语义描述,无法对其建立的模型进行形式化的分析和验证,无法确保系统的安全性和可靠性.因此亟需一种新的嵌入式系统建模方法,既能方便开发人员使用,又能实现模型的分析和验证,目前,综合的系统建模方法已成为嵌入式系统建模的核心问题,备受关注.
本文根据目前ATM自动取款机运行中存在的问题,在对UML和Petri网建模方法优缺点进行认真分析的基础上,提出了一种基于UML-Petri网的ATM自动取款机建模方法,该方法首先采用UML对ATM自动取款机系统进行建模,然后参照一定的规则将UML模型转换为Petri网模型进行验证和分析,最后根据分析结果对UML模型进行修正和优化.实验证明,基于UML-Petri网的ATM自动取款机建模方法确实行之有效,同时为嵌入式系统开发的工程实践提供了一种新的建模方法,具有一定的理论和应用价值.
2 UML和Petri网建模方法
2.1 UML建模方法
UML是1994年10月Rational Software公司提出的一种文档化、明确化、直观化的通用可视化统一建模语言,易于表达,具有强大的描述能力,为软件开发人员提供从需求分析、设计到显示的有力支持.
UML的定义包括UML语义和UML表示法.其中UML语义用来描述基于UML的精确元模型定义,UML表示法是定义UML符号的表示法,为系统建模提供了标准.UML一般有模型元素、视图、图、通用机制等组成.
在具体应用中,首先是依据UML的静态建模机制,进行需求分析,建立系统的静态模型,以构造系统的结构,主要包括：用例图、类图、对象图、组件图和配置图.其次依据UML的动态建模机制,描述系统的行为,主要包括：状态图、活动图、顺序图和协作图等.
2.2 Petri网建模方法
Petri网是1962年德国的C.A.Petri提出的一种形式化的建模方法,是一种系统的数学和图形的描述分析工具,具有直观的图形表示和方便的模型分析验证能力,在软件工程、网络协议、形式语义方面得到了广泛应用.
Petri网可以用一个六元组表示为PN等于（P,T,F,W,M,M0）,其中：P为有限的库所集,T为有限的变迁集,F为节点流关系,也是有向弧集,W为有向弧的权函数,M为状态标识,M0为初始标识.它具有：不确定性、并行、异步、分布描述和分析能力等特点,不仅具有类似流程图、网图、框图的可视描述功能,还可以通过标记的流动模拟系统的动态活动行为.
目前应用较多的Petri网就是高级Petri网,即：着色Petri网,它不仅具有一般Petri网的分析和验证的形式化方法,还应许建模者进行更简洁和可管理的描述,可以用来描述更大更复杂的系统.本文采用的就是着色Petri网.
3 UML-Petri网集成建模方法
在对UML和Petri网进行认真分析比较的基础上,发现二者互为补充,例如：UML能够有效描述系统,模型和程序实现紧密相关,而Petri网具有形式化的严密性,且易于进行仿真.因此本文将UML和Petri网集成起来,提出了一种基于UML-Petri网的建模方法,在不同的建模阶段采用不同的建模方法.UML-Petri建模方法框架如图1所示.
由图1可以看出,UML-Petri建模方法是指系统开发人员采用UML进行建模,然后参照一定的规则将UML模型转换为Petri网模型进行验证和分析,最后根据分析结果对UML模型进行修正和优化,最终转换成代码.
UML模型转换为Petri网模型的映像规则如表1所示.
下面以UML动态模型的转换为例,阐述UML模型到Petri网模型的转换步骤：
第一步,分析UML类图的特点,发掘Petri网中的对象.
第二步,分析UML的状态图,寻找必要的信息,构造Petri网的对象子网.
第三步,将得到的对象子网连接起来,就构造出了整个系统的Petri网.
4 UML-Petri网的ATM自动取款机建模
本文采用UML-Petri网建模方法,使用Rational Rose2003对系统进行建模.
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