Statecharts in UML Grundlagen und Übersetzung in Colored Petri Nets

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1 Statecharts in UML Grundlagen und Übersetzung in Colored Petri Nets von André Kaiser André Kaiser - Statecharts in UML 1

2 Überblick Statecharts Konzepte und Darstellung Übersetzung UML-Statechart-Model CPN Erläuterung Beispiel Mikrowelle André Kaiser - Statecharts in UML 2

3 Statecharts - Definition Dienen zur Darstellung von Echtzeitsystemen Beschreiben den Lebenszyklus eines Objektes/einer Objektklasse und dessen dynamisches Verhalten Wesentliche Elemente eines Statecharts sind: Zustände: beschreiben das System/Objekt zu einem bestimmten Zeitpunkt Zustandsübergänge (Transitionen): regeln die Aufeinanderfolge von Zuständen aufgrund des Eintreffens von Ereignissen Ereignisse: beschreiben einen Stimulus, auf den das System reagiert André Kaiser - Statecharts in UML 3

4 Zustände in Statecharts Zustandsname (optional) muss innerhalb einer Klasse eindeutig sein Anfangszustand: Objekt wird erzeugt Endzustand: Objekt hört auf, zu existieren Zustandsname Anfangszustand Endzustand André Kaiser - Statecharts in UML 4

5 Zustandsübergang (Transition) Verbindet zwei Zustände Wird durch ein Ereignis (Event) ausgelöst Kann mit einer Aktion verbunden sein Ereignis System_ein aus ein System_aus Transition André Kaiser - Statecharts in UML 5

6 Ereignisse Tritt zu einem Zeitpunkt auf / hat keine Dauer Ein Ereignis kann sein: Botschaft (Aufruf einer Methode) Signal (z.b. Knopfdruck) Bedingung, die wahr wird (z.b. when (Temperatur > 50 Grad)) Verstrichene Zeit (z.b. after(10 sec)) Implizites Ereignis: Die Transition wird ausgeführt, sobald ein mit dem Zustand verbundener Arbeitsvorgang beendet ist André Kaiser - Statecharts in UML 6

7 Wächter Ein Ereignis kann mit einem Wächter (guard) kombiniert werden Die Transition feuert nur, wenn das Ereignis eintritt und die Guard-Bedingung erfüllt ist Zustand1 [Guard] Event Zustand2 Bedingung André Kaiser - Statecharts in UML 7

8 Aktionen und Aktivitäten Aktionen sind atomar (quasi ohne Dauer) Können Teil einer Transition sein Entry-Aktion beim Eintritt in einen Zustand Exit-Aktion beim Verlassen eines Zustandes Aktivität dauert vom Eintritt in einen Zustand bis zum Verlassen des Zustandes Zustand entry/aktion1 Event/Aktion3 do/aktivität exit/aktion André Kaiser - Statecharts in UML 8

9 Gesamtdarstellung André Kaiser - Statecharts in UML 9

10 Beispiel: Kartenautomat in einem Parkhaus André Kaiser - Statecharts in UML 10

11 Hierarchische Zustände Bei komplexen Systemen: Einführung von Oberzuständen André Kaiser - Statecharts in UML 11

12 Hierarchische Zustände verschiedene Übergänge André Kaiser - Statecharts in UML 12

13 Nebenläufige Statecharts Darstellung von unabhängigen Teilsystemen Beim Betreten werden alle Startzustände betreten Beim Verlassen werden alle Komponenten verlassen André Kaiser - Statecharts in UML 13

14 Weitere Konzepte Deferred Events (Syntax: Ev/defer) History-Zustand Fork- / Join-Operatoren André Kaiser - Statecharts in UML 14

15 Übersetzung UML-Statechart-Model Colored Petri Net Methode nach Saldhana, Shatz, Hu Notwendige Einzelschritte: Statecharts Flat State Machines (Eliminierung von Hierarchie und Nebenläufigkeit Erstellung von Object (Petri) Net Models (ONMs) enthält sowohl PN-Struktur als auch Schnittstellen zur Systemumgebung Verknüpfung der ONMs zu einem Colored Petri Net mit Hilfe von Collaboration Diagrammen André Kaiser - Statecharts in UML 15

16 Übersetzung UML-Statechart-Model Colored Petri Net André Kaiser - Statecharts in UML 16

17 Statechart Flat State Machine CPN Sequential composite state Concurrent composite state André Kaiser - Statecharts in UML 17

18 Object Net Model Besteht aus drei Teilen: LM: Lebenszyklus-Model des Objektes EGM (Event Generation/Management): besteht aus IP (in-place) Fluss von Event-Token in das Objekt OP (out-place) Fluss von Event-Token aus dem Objekt ED (event-dispatcher) Event-Token-Generierer und Verteiler ITA (Input Transition Arc) und OTA (Output Transition Arc) Schnittstellen zur Objektumgebung Event-Token: <type, in> bzw. <type, ex> für interne bzw. externe Events André Kaiser - Statecharts in UML 18

19 Object Net Model André Kaiser - Statecharts in UML 19

20 Beispiel: Mikrowelle Statecharts André Kaiser - Statecharts in UML 20

21 Beispiel: Mikrowelle Statecharts André Kaiser - Statecharts in UML 21

22 Beispiel: Mikrowelle Konvertierung in Object Life Cycles André Kaiser - Statecharts in UML 22

23 Beispiel: Mikrowelle Object Net Model - User André Kaiser - Statecharts in UML 23

24 Beispiel: Mikrowelle Object Net Model Power Tube + Light Tube André Kaiser - Statecharts in UML 24

25 Beispiel: Mikrowelle Object Net Model Oven André Kaiser - Statecharts in UML 25

26 Beispiel: Mikrowelle Collaboration Diagramm André Kaiser - Statecharts in UML 26

27 Beispiel Microwelle Object Net Models Colored Petri Net Einzelne ONMs werden miteinander verknüpft über ein ILP (Intelligent Linking Place) Jeder ITA (Input Transition Arc) wird mit einem Tag versehen, der angibt, welche Token von diesem übertragen werden können ILP ergänzt einen Parameter ObjectID Event-Zustand für außerhalb der Objekte generierte Token André Kaiser - Statecharts in UML 27

28 Beispiel Microwelle Object Net Model Colored Petri Net André Kaiser - Statecharts in UML 28

29 Fazit Komplexe Systeme (auf Basis von UML Statecharts) können als Petri-Netze dargestellt werden Somit können Verfahren zur Netz-Analyse und Simulation auf diese Systeme angewendet werden André Kaiser - Statecharts in UML 29