Основы механизма имитации функционирования сложной системы на ЭВМ

Функционирование компоненты сложной системы представляет собой последовательность функциональных действий . Любое функциональное действие выполняется на некотором временном интервале .

В результате выполнения функционального действия в сложной системе происходит событие .

Каждое из событий в реальной сложной системе связано, как правило, с соответствующей компонентой .

Для каждой компоненты вводится понятие локального времени . В сложной системе все локальные времена изменяются одновременно, однако характер этих изменений различен и определяется последовательностью временных интервалов { }.

При построении имитационной модели сложной системы функциональные действия аппроксимируются некоторыми упрощенными функциональными действиями . Степень этого упрощения определяет уровень детализации имитационной модели.

Отличия упрощенных функциональных действий от функциональных действий порождают ошибки имитации реальной сложной системы.

В имитационной модели функциональное действие представляется парой (, ), которая выполняется следующим образом. Вначале реализуется при неизменном значении , а затем уже отображается изменение на величину , инициируя таким образом появление события . Порядок появления события может быть и обратным: сначала изменяется , а затем уже выполняется .

В имитационной модели каждое упрощенное функциональное действие описывается в общем случае некоторым алгоритмом функционального действия . В ходе имитации происходят реализация упрощенных функциональных действий по соответствующим алгоритмам и последующее изменение локального времени на величину .

Таким образом, любая имитационная модель описывается набором некоторых «молекул», каждая из которых содержит в себе описание алгоритма выполнения соответствующего упрощенного функционального действия и оператора , осуществляющего изменение временной координаты на величину . Пару (, ) обычно называют ij-й активностью имитационной модели и обозначают . Иногда активности называют «работами». Любая ij-я активность представляет собой запись поведения компоненты имитационной модели. Реализация этой активности в имитационной модели приводит к появлению в модели события .

Чтобы обеспечить имитацию параллельных событий реальной системы, вводят некоторую глобальную переменную , которую называют модельным (системным) временем. С помощью этой переменной организуются синхронизация всех событий в модели и выполнение алгоритмов компонент модели.

При реализации имитационной модели используются обычно три представления времени:

– реальное время системы, работа которой имитируется на данной модели;

– модельное время, по которому организуется синхронизация событий в системе;

– машинное время имитации, отражающее затраты ресурса времени ЭВМ на организацию имитации.

С помощью модельного времени реализуется квазипараллельная работа компонент имитационной модели. Приставка «квази» в данном случае отражает последовательный характер обслуживания событий в модели, одновременно возникающих в разных компонентах реальной системы. Когда имитация одновременно появившихся событий завершена, выполнены соответствующие алгоритмы активностей и проведены корректировки временных координат , меняется значение глобальной переменной модели .

Существуют два способа изменения модельного времени.

• Способ фиксированного шага.
• Способ шагов до следующего события.

Независимо от способа изменения модельного времени механизм регламентации изменения модельного времени обычно предусматривает выполнение следующих действий:

• выбор событий в модели, которые необходимо обслужить при одном и том же модельном времени,
• обслуживание событий (инициализация активностей), которые имеют одинаковое время инициализации;
• по окончании обслуживания всех одновременных (в пределах шага) событий определение очередного значения модельного времени;
• корректировка временной координаты модели (модельного времени);
• проверка условий окончания моделирования либо по времени завершения имитации, либо по выполнению других событий в системе.

Все эти действия выполняет управляющая программа модели. Каждое событие в модели, являющееся результатом выполнения активности, обслуживается управляющей программой модели и требует для реализации некоторого ресурса времени работы ЭВМ. Поэтому чем чаще обслуживаются события управляющей программой модели, тем больше возрастает машинное время. С этой точки зрения способ фиксированного шага изменения модельного времени является более экономичным, поскольку имеет место групповое обслуживание всех событий, которые попали внутрь очередного шага изменения модельного времени.

Случаи практического предпочтения способу фиксированного шага.

• Когда события распределены равномерно на всем интервале моделирования и можно подобрать интервал изменения временной координаты, обеспечивающий минимальную погрешность имитации.
• Когда событий очень много и они появляются группами.

Во всех остальных случаях способ задания шага до следующего события более предпочтителен. В тех случаях, когда события распределены неравномерно и появляются они через значительные временные интервалы, способ задания шага до следующего события экономичнее и точнее способа фиксированного изменения модельного времени. С учетом достоинств и недостатков каждого из способов изменения модельного времени наметилась специализация их применения.

Наиболее распространенный на практике способ: способ шага до следующего события.