Полная версия

Главная arrow Информатика arrow Имитационное моделирование

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

Функции и структура монитора моделирования

Предварительно введем некоторые определения.

Событием будем называть мгновенное изменение некоторого элемента системы или его состояния, а также состояния системы в целом. Оно характеризуется:

  • — условиями или законом возникновения;
  • — типом, который определяет порядок его обработки;
  • — нулевой длительностью.

Работой называют единичное действие системы по обработке входных данных.

Процесс — это логически связанный набор работ. Он характеризуется статическими характеристиками:

  • — длительностью;
  • — результатом;
  • — потребляемыми ресурсами;
  • — условиями запуска (активизации);
  • — условиями останова или прерывания

и динамической характеристикой — состоянием.

Он может быть активным (время его инициализации наступило и он обрабатывается), активизированным (время его инициализации наступило, однако он не может осуществляться или продолжаться, поскольку ресурсов для его реализации недостаточно либо она отложена (заблокирована) другим процессом или логическим условием) или будущим (время его реализации еще не наступило).

Транзакт — это некоторое сообщение, поступающее на вход системы и подлежащее обработке. В ходе моделирования транзакт может создаваться, перемещаться по системе и уничтожаться.

Монитор моделирования представляет собой основную программу, управляющую процессом моделирования, использованием ресурсов, сбором статистики и выдачей результатов.

Монитор моделирования (ММ) выполняет следующие основные функции:

  • — организацию (ведение) «службы» времени;
  • — организацию и управление последовательными и псев- допараллельными процессами, отображающими в модели процессы, происходящие в реальном объекте последовательно и (или) параллельно (одновременно) во времени;
  • — ведение очередей событий («текущих» и «будущих») с целью правильного (адекватного) отображения поведения системы в процессе моделирования — правильное воспроизведение причинно-следственных связей, существующих в реальной системе;
  • — контроль и управление использованием ресурсов моделируемой системы, представленных в модели, в процессе моделирования;
  • — организацию и управление очередями запросов к ресурсам, которые могут возникать в ходе моделирования;
  • — управление запуском и остановом модели;
  • — реализацию взаимодействия с пользователем в процессе моделирования (отработка команд пользователя).

Практически все ММ можно разбить на два класса в зависимости от организации «продвижения» модельного времени в процессе моделирования. Модельное время (Тмод) отображает в модели реальное время, в котором функционирует моделируемый объект или система (Трв). Таким образом, будем считать, что «реальное время» и «системное время» для нас тождественны. Так как ЭВМ работает с цифровой информацией и является по отношению к перерабатываемым данным дискретно функционирующей системой, то и ход времени в ЭВМ отображается дискретно с определенным шагом (точностью). Взаимосвязь между предыдущим Т; и последующим Г;+1 моментами времени можно представить как Т;+1 = Т;- + t, где tq— величина кванта времени (шага дискретизации).

Первый класс мониторов — это ММ, для которых tq = const. Это мониторы с постоянным шагом.

Ко второму классу относятся ММ, в которых tq — переменная и случайная величина, зависящая от момента появления последующего события, т. е. tq = var. Такие ММ называют мониторами с переменным шагом (или мониторами событийного типа). В них t определяется интервалом времени от текущего момента до ближайшего события (перехода системы в новое состояние). Это автоматически гарантирует правильность (адекватность) отображения причинно-следственных связей в модели, так как только происшедшее (происходящее) событие может влиять на последующие события (во времени).

В ММ первого класса, более простых по своей организации по сравнению с ММ событийного типа, проблема сохранения причинно-событийных связей разрешается посредством правильного выбора tq^.

Индекс i означает, что квант t зависит от типа решаемой задачи (i), но на все время решения этой задачи он равен константе.

Для сохранения правильного (соответствующего реальной «жизни» объекта) взаимодействия событий с учетом их временной последовательности (в том числе одновременности) появления, т. е. для правильного отображения в модели причинно-следственных связей, необходимо обеспечить, чтобы в один и тот же квант времени tq^ моделирования не попадали события, которые могут существенно взаимодействовать (влиять друг на друга).

Решение этой задачи усложняется, если в процессе моделирования (как и в реальном объекте), события появляются с существенно различной интенсивностью. Выбор кванта времени min(tgQ-)) на основе минимального (ожидаемого) времени между смежными событиями может привести к увеличению общего количества квантов п = Тмод / min(^щ) и, следовательно, к увеличению временных затрат в процессе моделирования, так как в периоды низкой интенсивности при tq = const увеличивается число «холостых» квантов, когда в системе не возникает смены ее состояний, требующих затрат машинного времени на анализ ситуации и продвижение Гмод. Поэтому в большинстве современных систем моделирования применяют моделирование с переменным квантом времени (событийное). В дальнейшем будем рассматривать именно событийное моделирование.

На рис. 2.10 изображен пример временной диаграммы обработки событий при событийном моделировании: по оси абсцисс отложено реальное время, в котором функционирует система, Т, по оси ординат — время, затрачиваемое компьютером на реализацию программы моделирования, Тмаш; Тмод — интервал реального времени, в котором появляются события трех типов; ?н — время установки начальных значений и запуск модели; tk — значение кванта с номером к для приращения Тмод (границы квантов отмечены пунктиром); ?-л- — время обработки события 1-го типа, появляющегося в j-м кванте; t0TC— время просмотра очереди текущих событий; ?обс — время просмотра очереди будущих событий и выбора ближайшего. На диаграмме приведен пример для трех типов событий (i = 1, 2, 3). Моменты появления событий отображаются в верхних трех строках прямоугольниками с двумя индексами i и j.

Рис. 2.10

Время работы модели Гмаш представляется в виде выражения, компонентами которого являются функционально-ориентированные процессы переработки информации, связанные с планированием обработки и обработкой событий. Эти процессы осуществляются как ММ (tH, t0TC, to6c), так и интерпретацией и реализацией операторов модели, соответствующих данному событию tj f.

где Zj t = 1, если в момент времени; происходит событие i-го типа; г:Л = 0, если в момент времени; события i-го типа не происходит; т — число типов событий; К — число квантов времени на отрезке Гмод.

ММ в каждый момент Тмод, когда происходит появление новой группы событий (или одного события), обрабатывает эту группу событий (текущих или активных) и, после того как очередь текущих событий станет пуста, переходит к анализу очереди будущих событий, определяет ближайшее событие и увеличивает значение счетчика Гмод на величину и цикл повторяется снова.

Таким образом, основная функция ММ — это управление очередями к ресурсам и счетчиком модельного времени. Рассмотрим как реализуется эта функция (рис. 2.11).

Блок 1 устанавливает очередные значения параметров варианта системы, подлежащей моделированию. Блок 2 корректирует списки активных (текущих), активизированных (активных в модельном времени, но ожидающих активизации в машинном времени) событий по результатам предшествующей обработки транзакта. Блок 3 анализирует эти списки: в первую очередь проверяется наличие активных событий (блок 4), а если их нет — активизированных событий (блок 5) и затем (в случае их отсутствия) — будущих (блок 6). Если все списки пусты, следует переход на блок аварийного останова (16).

Если активные события есть, то активизируется соответствующий ресурс (блок 7): либо «Устройство», либо «Память» (это зависит от контекста модели) и управление передается соответствующим блокам модели по выходам 1 и 2 блоков 10 и 11.

Рациональный набор требуемых ресурсов и их распределение — одно из основных задач проектирования системы управления. Под ресурсами понимаются программные и аппаратные средства моделируемой системы. Ресурсы в реальной системе ограничены. Эти же ограничения должны отображаться в модели, а в ММ должны быть предусмотрены средства для слежения за их использованием.

Рис. 2.11

Ресурс типа «память» допускает его одновременное использование несколькими транзактами, если только их суммарные требования к его величине не превышают его емкости. Это означает, что ресурс типа «память» разделим в пространстве и во времени.

Ресурс типа «устройство» аналогичен ресурсу «память» единичной емкости и поэтому не может использоваться несколькими транзактами одновременно, а только в режиме разделения времени, т. е. он разделим только во времени.

В процессе работы имитационной модели при имитации реального объекта приходят ресурсы с целью их занятия или освобождения. Соответствующая информация поступает в ММ по входам 3, 4, 7, 8 из блоков моделирования (см. далее рис. 2.12 и 2.13). При этом вновь работают блоки 2 и 3, но теперь активных событий нет и управление передается блоку 5, который выбирает следующее активизированное событие (блок 8), определяет идентификатор процесса, к которому это событие относится (блок 12), и точку реактивации (блок 13), после чего передает эту информацию в блок 4.

Если активизированных событий нет, то следует «продвинуть» время до момента наступления очередного события (напомним, что реализуется событийное моделирование). Если окончание моделирования еще не имеет места, то из блока 14 следует переход к блоку 2, и процесс развивается так, как уже было реализовано.

В том случае, когда будущих событий нет, включается аварийный останов (блок 16). Если же результатом «продвижения» времени является окончание времени моделирования, то происходят сбор и обработка статистики (блок 15) и выдача результатов пользователю (блок 17).

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>