Minicurso De Rede Petri

Modelagem de Sistemas Computacionais usando Redes de

Petri: aplicação em projeto, análise e avaliação

Dulcinéia Oliveira da Penha1, Henrique Cota de Freitas2, Carlos Augusto Paiva da

Silva Martins3

2,3Instituto de Informática, 1,3Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica

1,2,3Laboratório de Sistemas Digitais e Computacionais

Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais

Rua Dom José Gaspar 500 – 30.535-610 – Belo Horizonte – MG – Brasil

[e-mail],(2cota,3capsm}@pucminas.br

Abstract. In this tutorial we present the concepts and essential characteristics

of the Ordinary Petri Nets, its algebraic and graphical representations,

definitions and properties. Moreover, we present some high level Petri Nets,

as the Coloured Petri Nets and the Stochastic Petri Nets. Later, we present the

modeling of trivial problems using Petri Nets, methods and tools of validation

and verification of Petri Nets and the application of Petri Nets in problems

related with computational systems modeling. Finally, we present and we

analyze the main advantages, disadvantages and challenges of the application

of Petri Nets in the computational systems modeling.

Resumo. Neste minicurso apresentamos os conceitos e características

essenciais das Redes de Petri Ordinárias, suas representações algébricas e

gráficas, definições e propriedades Além disso, apresentamos algumas Redes

de Petri de alto nível, como as Redes de Petri Coloridas e as Redes de Petri

Estocásticas. Posteriormente, apresentamos a modelagem de problemas

triviais usando redes de Petri, métodos e ferramentas de validação e

verificação de Redes de Petri e a aplicação de Redes de Petri em problemas

relacionados com a modelagem de sistemas computacionais. Finalmente,

apresentamos e analisamos as principais vantagens, desvantagens e desafios

da aplicação de Redes de Petri na modelagem de sistemas computacionais.

1. Introdução

Em 1962, o então aluno de doutorado Carl Adam Petri defendeu sua tese intitulada

Kommunikation mit Automaten (Communication with Automata) [Petri 1962]. Seu

objetivo era desenvolver um modelo em que as máquinas de estado fossem capazes de

se comunicar. A característica principal alcançada por este modelo foi a possibilidade

de representar a concorrência. Este modelo recebeu o nome de Redes de Petri em

homenagem ao próprio autor e hoje podemos encontrar variações do modelo original

sendo usados em diversas áreas da ciência para ajudar no estudo do comportamento e

desempenho de diferentes sistemas. Podemos encontrar as Redes de Petri (RdP) [Girault

2002] [Desel 2000] [Maciel 1996] [Murata 1989] [Peterson 1981] [Peterson 1977]

sendo utilizadas em áreas como economia, biologia, engenharia, computação, entre

outras.

As variações de RdP tais como Redes de Petri Coloridas, Temporizadas ou

Estocásticas são modelos importantes e que não fazem parte da teoria original. No

entanto, são representações que ganharam relevância por serem capazes de modelar

sistemas de forma mais simplificada ou intuitiva ou simplesmente porque ainda não

havia um modelo capaz de representar sistemas que envolviam temporizações ou

comportamentos probabilísticos (estocásticos).

Antes de apresentar os conceitos e elementos que compõem a Rede de Petri é

importante responder uma pergunta: Por que precisamos modelar um sistema

computacional [Jain 1991]?

• Torna-se mais fácil o entendimento do funcionamento ou comportamento

de um sistema computacional existente?

• O projeto do sistema computacional pode ser verificado e validado

através de um modelo antes da construção de um protótipo?

• A avaliação do funcionamento, comportamento e por conseqüência do seu

desempenho em relação a um histórico de projeto ou em relação a outros

modelos de sistema existentes, também em fase de projeto é facilitada?

• É possível definir métricas de desempenho através do modelo?

São várias as respostas para justificar a modelagem de um sistema

computacional. Podemos afirmar que o uso de um modelo facilita e justifica o

prosseguimento de novas etapas de projeto e análise antes da etapa final de avaliação.

Entre estas etapas podemos citar uma diretamente dependente da existência física do

sistema e que muitas vezes só deve ser realizada após uma fase anterior de validação,

antes do protótipo ser construído:

• Medição: A medição depende da existência física do sistema ou protótipo

do sistema. Você implementaria seu sistema antes de verificá-lo através de

um