一种智能家居远程控制系统仿真分析方法及系统

技术领域

本公开属于智能家居仿真分析技术领域，尤其涉及一种智能家居远程控制系统仿真分析方法及系统。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

嵌入式系统的设计、制造等方面的研究已成为国际研究的前沿热点。然而由于实时、并发、冲突、不确定性和耦合等特性的影响，致使嵌入式系统的设计效率低、可靠性差，往往造成系统软硬件资源的浪费和无法将产品及时推向市场的后果。在得到系统规范后，决定将系统分解成硬件和软件组件之前，采用何种形式化建模理论方法对系统进行仿真建模，通过对模型的有效分析和验证，从整体上直观地对系统设计方案的合理性进行评估，尽早地发现潜在的设计缺陷，为系统的进一步优化设计和制造提供理论支持是嵌入式系统设计领域研究的热点和难点问题。然而现有的建模理论方法不能有效解决这一问题，因此，迫切需要有一种新的、规范的形式化建模理论方法。

在嵌入式系统建模方法方面，传统的建模多采用非形式化的建模方法，基本上能描述系统的功能属性，但不便于通过数学方法来严格验证。形式化建模理论方法是以符号和数学语言描述系统性质，可以以系统的方式刻画和验证系统。国内外使用较多的形式化建模理论方法主要包括：扩展的有限状态机方法、数据流图方法、通信进程方法、Petri网方法、实体-关系图方法和面向对象的UML方法等。这些建模理论方法从不同的侧面描述嵌入式系统的特征，并没形成统一的标准。相比较而言，由于Petri网直观的图形表达能力、严谨的数学表达方式，在并发系统的行为分析方面具有十分广泛的应用。但是经典Petri网没有层次结构、无法充分描述数据流、缺乏时间概念，无法充分描述嵌入式系统。

为了提高Petri网对嵌入式系统的建模能力，国内外学者对经典Petri网进行了改进，提出了多种扩展形式，如着色Petri网(CPN)、时间Petri网、模糊Petri网、逻辑时延Petri网、PRES+网等，这些Petri网扩展形式从不同应用需求出发，提高了对嵌入式系统进行建模和分析的能力，其中PRES+网可以捕获实时信息、描述系统的层次结构。

在嵌入式系统建模和分析领域，PRES+网理论和应用研究取得了一些成果。Cortés等人给出了PRES+网的概念，并对两个嵌入式系统PRES+网模型进行了建模和分析。Karlsson等人对一个移动手机系统采用PRES+网进行了精确建模和验证，又将一个需要验证的嵌入式系统表示为PRES+网模型，给出了模型验证方法，用于对系统的可覆盖性和可判定性进行分析。采用PRES+网和模型转化方法，Bandyopadhyay等人对超大规模集成电路(VLSI)系统模型进行了验证。为了提高PRES+网模型验证的效率，Xia等人给出了一组化简规则，并对干扰发射机控制系统PRES+网模型进行了化简，又提出了两个PRES+网具有相同可达性、功能性和实时性的概念，还对子系统(资源)共享系统进行了建模和分析。

发明人发现，尽管PRES+网在嵌入式系统建模精准程度方面已经大大优于经典Petri网，但仍然存在无法描述事件优先级、不能充分表达复杂程序控制流和数据流的问题；由此产生的PIRES+网作为一种系统模型，虽然可以对系统及行为进行统一考虑，但不易体现出功能模块的划分。同时，随着嵌入式系统复杂程度的提高和规模的增大，会出现系统状态数的指数级增长，“状态空间爆炸”问题凸显；进而导致嵌入式系统仿真精度不高、效率低下的问题。

发明内容

本公开为了解决上述问题，提供了一种智能家居远程控制系统仿真分析方法及系统，所述方案基于自主设计的面向对象PIRES+网进行模型构建，实现对智能家居远程控制系统的快速准确建模，此种建模方式能够将整个系统划分为若干模块，将复杂的系统划分为若干简单子系统，提高了建模效率便于仿真分析；同时，通过提出的面向对象PIRES+网的网关细化策略，一方面能够有效降低大规模复杂嵌入式系统的建模难度，另一方面，由于面向对象PIRES+网网关细化操作对系统活性、有界性、可达性、功能性以及实时性具有良好的保持性，可在很大程度上缓解复杂嵌入式系统建模过程中遇到的“状态空间爆炸”问题。

根据本公开实施例的第一个方面，提供了一种智能家居远程控制系统仿真分析方法，包括：

对智能家居远程控制系统进行功能模块划分；其中，所述功能模块包括移动端控制模块、PC端控制模块、指令数据传输模块、功能回显反馈模块及系统功能控制模块；

基于划分的功能模块构建智能家居远程控制系统的面向对象PIRES+网模型；其中，所述面向对象PIRES+网模型的构建，具体为：基于指令数据传输模块和功能回显反馈模块的内部数据流转信息，构建包括指令数据传输模块对象子网、功能回显反馈模块对象子网以及网关的智能家居远程控制系统抽象面向对象PIRES+网模型；通过预先构建的移动端控制模块、PC端控制模块以及系统功能控制模块的面向对象PIRES+对象子网对所述抽象面向对象PIRES+网模型进行网关细化，获得细化后的PIRES+网模型；

基于获得的面向对象PIRES+网模型，实现对所述智能家居远程控制系统的仿真分析。

进一步的，所述网关细化具体为：将抽象面向对象PIRES+网模型中的网关细化为一个面向对象PIRES+对象子网和一个网关集合。

进一步的，所述智能家居远程控制系统抽象面向对象PIRES+网模型包括第一网关和第二网关，其中，所述第一网关被细化为系统功能控制模块的面向对象PIRES+对象子网及其对应的网关集合；所述网关集合包括系统功能控制模块与指令数据传输模块之间的网关，以及系统功能控制模块与功能回显反馈模块之间的网关。

进一步的，所述第二网关被细化为移动端控制模块的面向对象PIRES+对象子网及其对应的网关集合，或，PC端控制模块的面向对象PIRES+对象子网及其对应的网关集合；由于移动端控制模块及PC端控制模块均为远程控制模块，通过同一网关集合对移动端控制模块及PC端控制模块的面向对象PIRES+对象子网进行组合；其中，所述网关集合包括远程控制模块与指令数据传输模块之间的网关，以及远程控制模块与功能回显反馈模块之间的网关。

进一步的，为了保证智能家居远程控制系统的面向对象PIRES+网模型的活性、有界性、可达性、功能性及实时性，需满足如下约束：构建的智能家居远程控制系统抽象面向对象PIRES+网模型，以及构建的移动端控制模块、PC端控制模块和系统功能控制模块的面向对象PIRES+对象子网的闭网满足活性、有界性、可达性、功能性及实时性。

进一步的，所述对所述智能家居远程控制系统的仿真分析，具体为：基于构建好的面向对象PIRES+网模型，以预先指定的仿真实例作为模型输入，实现对智能家居远程控制系统的仿真分析。

根据本公开实施例的第二个方面，提供了一种智能家居远程控制系统仿真分析系统，包括：

功能划分单元，其用于对智能家居远程控制系统进行功能模块划分；其中，所述功能模块包括移动端控制模块、PC端控制模块、指令数据传输模块、功能回显反馈模块及系统功能控制模块；

仿真模型构建单元，其用于基于划分的功能模块构建智能家居远程控制系统的面向对象PIRES+网模型；其中，所述面向对象PIRES+网模型的构建，具体为：基于指令数据传输模块和功能回显反馈模块的内部数据流转信息，构建包括指令数据传输模块对象子网、功能回显反馈模块对象子网以及网关的智能家居远程控制系统抽象面向对象PIRES+网模型；通过预先构建的移动端控制模块、PC端控制模块以及系统功能控制模块的面向对象PIRES+对象子网对所述抽象面向对象PIRES+网模型进行网关细化，获得细化后的PIRES+网模型；

仿真分析单元，其用于基于获得的面向对象PIRES+网模型，实现对所述智能家居远程控制系统的仿真分析。

根据本发明实施例的第三方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，该程序被处理器执行时实现如上所述的一种智能家居远程控制系统仿真分析方法。

根据本发明实施例的第四方面，提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，所述处理器执行所述程序时实现如上所述的一种智能家居远程控制系统仿真分析方法。

与现有技术相比，本公开的有益效果是：

(1)本公开所述方案提出一种智能家居远程控制系统仿真分析方法，所述方案基于自主设计的面向对象PIRES+网进行模型构建，实现对智能家居远程控制系统的快速准确建模，此种建模方式能够将整个系统划分为若干模块，即将复杂的系统划分为若干简单子系统，提高了建模效率便于仿真分析。

(2)所述方案针对面向对象PIRES+网提供了一种网关细化方法，通过网关细化的方式能够有效应对大规模复杂嵌入式系统的形式化建模和分析，即通过预先构建抽象的面向对象PIRES+网模型，通过对抽象模型的网关进行逐级细化，获得最终的面向对象PIRES+网，一方面能够有效降低大规模复杂嵌入式系统的建模难度，另一方面，由于面向对象PIRES+网网关细化操作对系统活性、有界性、可达性、功能性以及实时性具有良好的保持性，可在很大程度上缓解复杂嵌入式系统建模过程中遇到的“状态空间爆炸”问题。

本公开附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本公开的实践了解到。

附图说明

构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。

图1为本公开实施例中所述的OOPIRES+对象子网示意图；

图2为本公开实施例中所述的OOPIRES+网的网关细化示意图；

图3为本公开实施例中所述的智能家居远程控制系统OOPIRES+网抽象模型示意图；

图4为本公开实施例中所述的系统功能模块OOPIRES+对象子网及网关示意图；

图5为本公开实施例中所述的手机端控制模块及PC端控制模块对应的OOPIRES+对象子网模型及其网关示意图；

图6为本公开实施例中所述的网关细化后的智能家居远程控制系统OOPIRES+网示意图；

图7为本公开实施例中所述的智能家居远程控制系统模块结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本公开做进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

术语解释：

PIRES+网:Petri net with Inhibitor arcs based Representation forEmbedded Systems；

实施例一：

本实施例的目的是提供一种智能家居远程控制系统仿真分析方法。

一种智能家居远程控制系统仿真分析方法，包括：

对智能家居远程控制系统进行功能模块划分；其中，所述功能模块包括移动端控制模块、PC端控制模块、指令数据传输模块、功能回显反馈模块及系统功能控制模块；

基于划分的功能模块构建智能家居远程控制系统的面向对象PIRES+网模型；其中，所述面向对象PIRES+网模型的构建，具体为：基于指令数据传输模块和功能回显反馈模块的内部数据流转信息，构建包括指令数据传输模块对象子网、功能回显反馈模块对象子网以及网关的智能家居远程控制系统抽象面向对象PIRES+网模型；通过预先构建的移动端控制模块、PC端控制模块以及系统功能控制模块的面向对象PIRES+对象子网对所述抽象面向对象PIRES+网模型进行网关细化，获得细化后的PIRES+网模型；

基于获得的面向对象PIRES+网模型，实现对所述智能家居远程控制系统的仿真分析。

在具体实施中，所述网关细化具体为：将抽象面向对象PIRES+网模型中的网关细化为一个面向对象PIRES+对象子网和一个网关集合。

所述智能家居远程控制系统抽象面向对象PIRES+网模型包括第一网关和第二网关，其中，所述第一网关被细化为系统功能控制模块的面向对象PIRES+对象子网及其对应的网关集合；所述网关集合包括系统功能控制模块与指令数据传输模块之间的网关，以及系统功能控制模块与功能回显反馈模块之间的网关。

所述第二网关被细化为移动端控制模块的面向对象PIRES+对象子网及其对应的网关集合，或，PC端控制模块的面向对象PIRES+对象子网及其对应的网关集合；由于移动端控制模块及PC端控制模块均为远程控制模块，通过同一网关集合对移动端控制模块及PC端控制模块的面向对象PIRES+对象子网进行组合；其中，所述网关集合包括远程控制模块与指令数据传输模块之间的网关，以及远程控制模块与功能回显反馈模块之间的网关。

在具体实施中，为了保证智能家居远程控制系统的面向对象PIRES+网模型的活性、有界性、可达性、功能性及实时性，需满足如下约束：构建的智能家居远程控制系统抽象面向对象PIRES+网模型，以及构建的移动端控制模块、PC端控制模块和系统功能控制模块的面向对象PIRES+对象子网的闭网满足活性、有界性、可达性、功能性及实时性。

在具体实施中，所述对所述智能家居远程控制系统的仿真分析，具体为：基于构建好的面向对象PIRES+网模型，以预先指定的仿真实例作为模型输入，实现对智能家居远程控制系统的仿真分析。

(一)本实施例提出的面向对象PIRES+网(为了方便，以下称之为OOPIRES+网)的相关概念说明：

定义1：一个OOPIRES+对象子网定义为一个六元组OPSN＝(P,T；F,I,Q,W)，其中P＝{p

对于每个变迁t，都存在与之关联的变迁函数f和变迁时延d

如图1所示，给出了OOPIRES+对象子网一个示例。其中，P＝{p

定义2：一个OOPIRES+网系统定义为一个四元组OPN＝(OPSN,G,F,M)，其中，OPSN＝(OPSN

定义3：设一个OOPIRES+网系统为OPN＝(OPSN,G,F,M

(1)若对于任意的M∈R(M

(2)若对于系统OPN，

定义4:设一个OOPIRES+网系统为OPN＝(OPSN,G,F,M

(1)若存在正整数A使得

(2)若系统OPN中，

定义5:设OPSN

(1)OPSN

(2)若OPSN

定义6:设OPSN

(1)OPSN

(2)若OPSN

定义7:设OPSN

(1)OPSN

(2)若OPSN

(二)OOPIRES+网网关细化操作与性质分析

以下给出了OOPIRES+网的网关细化操作方法，并对该细化操作对原网系统的活性、有界性、可达性、功能性和实时性的保持问题进行了详细说明。

如图2所示，为OOPIRES+网系统的网关细化操作示意图。

定义8：OOPIRES+网系统的网关细化操作

(1)OPSN

(2)

(3)

(4)

(5)F

(6)

定义9：将OOPIRES+对象子网OPSN＝(P,T；F,I,Q,W)的闭网定义为三元组OPN'＝(OPSN,G',p')，即在OPSN的基础上加入网关集合G'＝{g'

定义10：将网关g的拓展子网定义为一个三元组g”＝(g,Q,F)，即在网关g的基础上加入一个消息库所集Q，包括Q

下面对经网关细化操作后对原网系统的活性、有界性、可达性、功能性和实时性保持问题进行分析。

以下假定OOPIRES+网系统OPNB＝(OPSN,G,F,M)中的网关g

定理1：OPN

证明：(1)充分性：对于网系统OPN，由于OPN是活的，由定义3可知，

(2)必要性：利用反证法。已知OPN

定理2：OPN

证明：(1)充分性：由于网系统OPN是有界的，由定义4可知，

(2)必要性：利用反证法。已知OPN

定理3:网系统OPN

证明：根据OOPIRES+网系统的网关细化操作

定理4:网系统OPN

证明：由定理3可知，网系统OPN

定理5:网系统OPN

证明：由定理3可知，

以下结合具体实例对本实施例所述方案进行详细说明：

本实施例所述方案将提出的面向对象PIRES+网(OOPIRES+网)的网关细化方法应用于智能家居远程控制系统的建模和分析。

该智能家居远程控制系统主要由五大功能模块组成：移动端控制模块(本实施例中采用手机端控制模块)、PC端控制模块、指令数据传输模块、功能回显反馈模块和系统功能控制模块。当用户希望对家居进行管理时，考虑携带设备不同，可以通过手机端或PC端对联入网络的家居逐一下达指令，指令由手机端控制模块或PC端控制模块汇总并上传至云端保存，通过指令数据传输模块下达至系统功能控制模块，实现对家居的管理与控制，最后完成指令回传。

其中，如图7所示，本实施例所述的智能家居远程控制系统中，各模块的功能如下所示：

手机端控制模块：负责在手机端的图形显示界面上针对某一或多个系统功能模块生成控制指令，并上传至云端。

PC端控制模块：与手机端控制模块相互独立，均可实现控制指令生成并上传云端功能。

指令数据传输模块：负责将云端的指令数据下发至各系统功能控制模块。

功能回显反馈模块：负责检查指令执行情况并将结果反馈给手机端或PC端。

系统功能控制模块：包含了诸如灯光控制模块、智能门禁模块、空气监测模块等智能家居模块。

如图3所示，首先给出智能家居远程控制系统抽象OOPIRES+网模型OPN＝(OPSN,G,F,M)，包含了指令数据传输模块OPSN

如图4所示，给出了对象子网OPSN

如图5所示，给出了子网OPSN

需要说明的是，网关在智能家居控制系统中，用于连接各系统控制模块的网关负责识别指令数据传输模块中下发的指令，仅仅对属于其所连接的系统模块的指令进行识别并将指令信息传输至相应的系统功能控制模块。用于连接云端及功能回显反馈模块的各网关负责在所连接的模块之间进行所必需的数据传输。

以下分别用OPSN

关于系统活性、有界性的分析：由图5可以看出，系统OPN是活的、有界的，在图4、图5中OPSN

关于系统可达性、功能性、实时性的分析：在图3、图6中，g

实施例二：

本实施例的目的是提供一种智能家居远程控制系统仿真分析系统。

一种智能家居远程控制系统仿真分析系统，包括：

功能划分单元，其用于对智能家居远程控制系统进行功能模块划分；其中，所述功能模块包括移动端控制模块、PC端控制模块、指令数据传输模块、功能回显反馈模块及系统功能控制模块；

仿真模型构建单元，其用于基于划分的功能模块构建智能家居远程控制系统的面向对象PIRES+网模型；其中，所述面向对象PIRES+网模型的构建，具体为：基于指令数据传输模块和功能回显反馈模块的内部数据流转信息，构建包括指令数据传输模块对象子网、功能回显反馈模块对象子网以及网关的智能家居远程控制系统抽象面向对象PIRES+网模型；通过预先构建的移动端控制模块、PC端控制模块以及系统功能控制模块的面向对象PIRES+对象子网对所述抽象面向对象PIRES+网模型进行网关细化，获得细化后的PIRES+网模型；

仿真分析单元，其用于基于获得的面向对象PIRES+网模型，实现对所述智能家居远程控制系统的仿真分析。

进一步的，本实施例中所述系统与实施例一中所述方法相对应，其技术细节在实施例一中已经进行了详细说明，故此处不再赘述。

在更多实施例中，还提供：

一种电子设备，包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令，所述计算机指令被处理器运行时，完成实施例一中所述的方法。为了简洁，在此不再赘述。

应理解，本实施例中，处理器可以是中央处理单元CPU，处理器还可以是其他通用处理器、数字信号处理器DSP、专用集成电路ASIC，现成可编程门阵列FPGA或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

存储器可以包括只读存储器和随机存取存储器，并向处理器提供指令和数据、存储器的一部分还可以包括非易失性随机存储器。例如，存储器还可以存储设备类型的信息。

一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，完成实施例一中所述的方法。

实施例一中的方法可以直接体现为硬件处理器执行完成，或者用处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器、闪存、只读存储器、可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器，处理器读取存储器中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。为避免重复，这里不再详细描述。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本实施例描述的各示例的单元即算法步骤，能够以电子硬件或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

上述实施例提供的一种智能家居远程控制系统仿真分析方法及系统可以实现，具有广阔的应用前景。

以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。