Лабораторная работа №2
Проектирование и исследование диаграммы состояний и переходов для восстанавливаемой системы
1. Цель работы
Изучение особенностей создания диаграмм состояний и переходов с использованием программ Stateflow и Simulink. Использование полученных навыков для исследования надежности восстанавливаемой системы.
2.1. Теоретическая часть
2.1. Марковский случайный процесс
При анализе надежности информационных систем широко используется понятие вероятностного (случайного) процесса.
Существует большое число различных типов вероятностных случайных процессов. Наиболее подходящим для исследования надежности является марковский случайный процесс.
Марковский процесс – процесс, у которого для каждого момента времени вероятность любого состояния объекта в будущем зависит только от состояния объекта в настоящий момент времени и не зависит от того, каким образом объект пришел в это состояние.
Характеристику процесса полезно сопровождать графическим изображением. На рис. 1,а показан процесс изменения состояний некоторого объекта. Число возможных состояний – три. В момент времени t1 объект переходит из состояния 1 в состояние 2, в момент времени t2 – из состояния 2 в состояние 1 и т.д.
На рис. 1,б вероятностный процесс представлен графом состояний с указанием на ребрах графа интенсивностей переходов из одного состояния в другое.
В исследованиях надежности теория марковских процессов получила весьма широкое применение, т.к. процесс функционирования многих объектов, как правило, сопровождается простейшими потоками отказов и восстановлений. Экспоненциальное распределение времени работы до отказа и времени восстановления работоспособности – необходимое условие для марковского процесса.
а
λ01 λ12 μ10 μ21
б
Рис.1. Варианты изображения вероятностного процесса:
а – временной последовательностью смены состояний; б – графом состояний
В настоящее время возможно построение имитационных моделей (использующих диаграммы состояний и переходов) с использованием программ Stateflow и Simulink, входящих в состав пакета MATLAB.
Особое место среди инструментальных приложений занимает система визуального моделирования Simulink. Simulink хорош тем, что, с одной стороны, обеспечивает пользователю доступ ко всем основным возможностям пакета MATLAB, а с другой – является достаточно самостоятельной его компонентой, в том смысле, что при работе с ним не обязательно иметь навыки в использовании других инструментов, входящих в состав пакета.
Stateflow-инструмент для численного моделирования систем, характеризующихся сложным поведением.
Stateflow-диаграммы включаются в Simulink-модели, чтобы обеспечить возможность моделирования процессов, управляемых событиями. Stateflow обеспечивает ясное описание поведения сложных систем, используя диаграммы состояний и переходов.
Комбинация MATLAB-Simulink-Stateflow является мощным универсальным инструментом моделирования систем. Дополнительная возможность следить в режиме реального времени за процессом выполнения диаграммы путем включения режима анимации делает процесс моделирования реактивных систем по-настоящему наглядным.