3.3.2 Способы имитации при создании квазипараллелизма

Определение: Под способом имитации будем понимать способ формирования фазовой траектории системы.

На рис.3.8 показана взаимосвязь между событиями A _j⁽ⁱ⁾, действиями d_j⁽ⁱ⁾ и временами, весь цикл рассмотрения от 0 до Т_м называется процессом.

Очевидно, что возможны три способа изменения вектора состояний X(t) системы S:

1. В моменты наступления событий {A _j⁽ⁱ⁾},

2. В результате выполнения действий {d_j⁽ⁱ⁾}, на выполнение которых требуются затраты модельного времени {}. Пара { d_j⁽ⁱ⁾ ;} называется (i, j) активностью (Р. Шеннон определил это сочетание как «работа»).

3. В результате выполнения хронологической последовательности событий и действий, называемых процессом.

На 3.9 приведен пример из книги И.В. Максимея «Имитационное моделирование на ЭВМ», иллюстрирующий связь между процессами в реальной системе и в модели. Пример подчеркивает важное обстоятельство, указанное выше при определении модельного времени, что при моделировании надо осуществлять создание квазипараллелизма одним из способов рассмотренных ниже.

Рис. 3.9 Процессы в модели и системе

- реальные действия системы

- имитируемые действия

- события в системе и модели

- отрезки времени между событиями

Отличие от определяет уровень детализации модели и порождает ошибки имитации реальной системы. Очевидно, что каждое действие описывается алгоритм . Тогда при переходе от события к событию реализуется действие при неизменном значении времени, а потом изменяется время на . В принципе возможно и обратное поведение, т.е. в начале изменяется время, а затем реализуется действие посредством алгоритма. Для реальной системы фазовая траектория запишется в виде 0 - - - . В имитационной модели в виде:0 – а - - в - - с - или 0 - -- - - - .

В любом случае мы имеем активность (,) как некую молекулу, содержащую описание алгоритма, приводящего к действию и оператор изменения временной координаты (временной модификатор).

На рис. 3.10 дается представление о различиях между исследуемой системой и ее моделью.

Общее управление ведется с помощью УПМ, связывающей запуск алгоритмов (ППН), временных модификаторов, проверку условий имитации, обработку статистики (ППС), окончание испытаний (ППК), выдачу результатов. Таким образом, описание ИМ разрастается в объеме по сравнению с описанием системы. ИМ состоит из двух частей, первая является переменной, объектно-ориентированной и создается исследователем с помощью определенных процедур, вторая часть практически инвариантна к виду исследуемой системы и представляет собой реализацию процедур синхронизации модели, запуска, сбора статистики и завершения имитации. В зависимости от состава алгоритмов, связей между компонентами, целей и задач моделирования можно выбрать различные способы представления квазипараллелизма, а соответственно, и способа имитации.

Реальная система

N Модель N

R₁^(N)

R₂^(N)

R₃^(N)

1. 1

Управляющая программа моделирования (УМП)

ППН

ППС

ППК

Рис.3.10 Отличия между системой и ее моделью

В таблице 3.2 приведены типы описания ИМ и способ организации квазипараллелизма в ИМ. Одну и ту же систему можно представить одним из способов, приведенным в табл. 3.2, но ИМ на их основе отличаются размерами и количеством ресурсов, затрачиваемых на их создание, испытания и использование. Рассмотрим особенности и принципы организации квазипараллелизма в ИМ каждым из указанных способов.

Таблица 3.2

ИМ описывается	Способ организации квазипараллелизма
АКТИВНОСТЯМИ	Просмотр активностей в УПМ
СОБЫТИЯМИ	Составление расписания событий
ТРАНЗАКТАМИ	Управление обслуживанием транзактов
АГРЕГАТАМИ	Управление агрегатами
ПРОЦЕССАМИ	Синхронизация процессов

А. Просмотр активностей. Система, описываемая этим способом, характеризуется следующим:

• Все действия для элемента системы S различны и приводят к наступлению разных событий,

• Каждое действие характеризуется набором условий его выполнения, представляемых алгоритмически,

• Времена выполнения действий являются случайными величинами с известными законами распределения.

ИМ описывается в виде двух частей: множества активностей и набора процедур выполнимости условий инициализации активностей. (Инициализация – передача управления от УПМ на выполнение алгоритма данной активности). Затем происходит модификация временной координаты . Таким образом, ИМ представляет собой чередование выполнения алгоритмов активностей, операторов модификации временной координаты t_i и алгоритма УПМ. При этом способе приходится проверять много условий попадания активностей в список инициализированных, поэтому затраты машинного времени весьма велики. Этот способ применяется, когда важно оценить влияние действия на поведение системы.

Б. Составление расписания событий. Используется для систем, характеризующихся следующим:

• множество событий разбивается на небольшое число типов,

• определяются условия перехода от одного события у другому для всех типов событий,

• для каждого типа событий определена последовательность действий, приводящая к изменению состояния системы,

• интервалы времени между последовательными наступлениями событий – случайные величины с известными законами распределения.

ИМ также состоит из двух частей: множества автивностей и набора процедур проверки появления событий и инициализации соответствующих активностей. Объединение нескольких активностей в группу существенно сокращает размеры начальных циклов и уменьшает расходы на организацию ИМ. Большим недостатком этого способа является то, что из-за объединения активностей различных подсистем в процедуре событий, описание ИМ может потерять сходство с реальной системой. Так в одной процедуре могут обслуживаться не связанные друг с другом активности, но приводящие к одним событиям, что затрудняет анализ результатов ИМ.

В. Транзактный способ. При этом способе действия подсистем одинаковы, активности лишь корректируют значения временных координат. Кроме того, существует зависимость действий друг от друга, которую можно представить в виде системы массового обслуживания. Инициаторами появления событий являются заявки (транзакты) на обслуживание. В ИМ должна быть схема рождения транзактов, их перемещение, уничтожение обслуженных. Для описания ИМ создается набор блоков – приборов массового обслуживания. УПМ сканирует списки транзактов инициализирует блоки, сдвигает модельное время (подробнее см. главу 4).

Г. Агрегатный способ. При описании агрегата применим любой из рассмотренных способов, так что выделение агрегатного способа достаточно условно. Функцией УПМ является проверка условий перехода условий перехода агрегата в одно из особых состояний и моделирование выходных сигналов агрегата. Агрегатный способ удобен при интерпретации системы, но требует больших затрат машинного времени.

Д. Процессный способ. Используется при моделировании систем с различными компонентами, события в которых возникают в различное время и у каждого компонента своя последовательность действий. При большой степени детализации описания системы и требования хорошего совпадения структуры системы и ИМ модель представления набором описаний процессов, при этом существует связь не только между компонентами, но и между алгоритмами. Этот метод обычно используют при проектировании новых систем большой размерности и сочетают в себе черты событийного способа и просмотра активностей. Однако, метод требует создания специализированных языков.

Рис.3.11 Блок – схема моделирующего алгоритма

Заключим раздел представлением блок-схемы моделирующего алгоритма для решения задачи оптимизации, алгоритм построен по принципу:

Блок-схема приведена на рис.3.11 и все необходимые комментарии содержатся на рисунке.