Тема 2.2. Модельное время. Способы организации квазипараллелизма компонентов ИМ.

Модельное время. Способы изменения модельного времени

Отметим две особенности функционирования ЭВМ, которые приходится учитывать при разработке ИМ систем:

1 Исследуемые системы состоят из множества элементов. Все элементы системы функционируют одновременно. Однако в большинстве ЭВМ па­раллельное выполнение нескольких программ, имитирующих поведение отдельных элементов системы, невозможно.

2 Компьютеры, как цифровые устройства, способны имитировать пове­дение системы только в дискретном времени. То есть все события, возни­кающие в системе, должны иметь привязку к дискретной шкале времени с заданным минимальным делением (например, микросекунда, минута или сутки).

Чтобы обеспечить имитацию параллельных (одновременных) процессов функционирования элементов системы в ИМ используется специальная пе­ременная t.j. называемая модельным временем. С помощью переменной t_M организуются синхронизация всех событий и процессов в ИМ системы, т. е. реализуется квазипараллельная работа компонентов ИМ. Приставка «квази» отражает последовательный характер обслуживания в ИМ компонентов и событий, одновременно возникающих в различных элементах реальной сис­темы.

Модельное время t_M следует отличать от других типов времени, исполь­зуемых при моделировании систем, таких как: t_v - реальное время системы, функционирование которой имитируется; t₃ - машинное время имитации, отражающее затраты ресурса времени ЭВМ на организацию имитационного моделирования. Так, на современной ЭВМ в течение одной минуты (4 = 1 мин) можно промоделировать годовую работу (t_v = 1 год) билетной кассы.

Возможны два способа изменения модельного времени: «шагом до сле­дующего события» и «фиксированным шагом».

При использовании продвижения модельного времени «шагом до сле­дующего события» модельное время в исходном состоянии устанавливается в 0. Определяется время возникновения будущих событий. После этого часы модельного времени переходят на время возникновения ближайшего собы­тия, и в этот момент обновляется состояние системы с учетом произошед­шего события, а также сведения о времени возникновения будущих собы­тий. Процесс продвижения t_M от времени возникновения одного события до времени возникновения других событий продолжается до тех пор, пока не будет выполнено некоторое указанное заранее условие останова.

В дискретных моделях, где все изменения состояния (все события) про­исходят мгновенно (например, поступление посетителя в очередь, начало обслуживания), периоды бездействия системы просто пропускаются, и мо­дельное время изменяется от момента возникновения одного события к мо­менту выполнения другого.

В непрерывных моделях (например, моделях гидравлических процессов, процессов механического износа деталей), где изменения состояний систе­мы происходят плавно, продвижение модельного времени выполняют «фик­сированным шагом», изменяя t_M на константу Дt_M малую по сравнению с длительностью изменения состояния системы. При этом динамика модели является дискретным приближением реальных процессов (вследствие необ­ходимости представить непрерывный процесс в дискретной ЭВМ).

Тема 2.2. Способы организации квазипараллелизма компонентов ИМ

Вследствие последовательного характера обработки информации в боль­шинстве ЭВМ параллельные процессы, происходящие в исследуемой систе­ме, преобразуются в последовательные процессы. Например, при имитаци­онном моделировании билетной кассы параллельные процессы, связанные с имитацией поступления пассажиров, имитацией обслуживания пассажиров в кассе и с контролем состояния очереди, фактически ЭВМ обрабатывает последовательно. Процедура преобразования параллельных процессов в последовательный называется организацией квазипараллелизма.

В зависимости от способов описания ИМ применяют следующие основ­ные способы организации квазипараллелизма: событийный, процессный, транзактный, агрегатный и основанный на просмотре активностей.

Событийный способ организации квазипараллелизма используется, ко­гда элементы изучаемой системы выполняют одни и те же функциональные действия, которые приводят к одним и тем же событиям. Множество собы­тий можно разбить на небольшое число типов событий. Для каждого типа событий определена последовательность действий, приводящая к измене­нию состояния системы, а также определены условия перехода от одного события к другому для всех типов событий.

Агрегатный способ организации квазипараллелизма используется, когда имеет место тесное взаимодействие между функциональными действиями элементов системы. При агрегатном способе все элементы исследуемой сис­темы представляют собой агрегаты, обменивающиеся сигналами. Выходной сигнал от одного агрегата является входным сигналом для другого. Модели­рование поведения агрегата - это последовательная цепь переходов из одно­го состояния в другое под воздействием поступающих сигналов.

Способ, основанный на просмотре активностей, применяется, когда все действия для элементов исследуемой системы различны и приводят к насту­плению различных событий. При этом каждое действие характеризуется набором условий его выполнения. Моделирующий алгоритм, основанный на просмотре активностей, реализует просмотр всех наборов условий, а также обрабатывает активности, условия для которых выполняются, т.е. модели­рует время выполнения соответствующего действия и реализует само дейст­вие.

Процессный способ сочетает в себе черты событийного способа и спосо­ба, основанного на просмотре активностей. Он применяется, когда поведе­ние элементов исследуемой системы может быть описано фиксированными для некоторого класса систем последовательностями событий и действий, так называемыми процессами.

Транзактный способ организации квазипараллелизма- развитие про­цессного способа для моделирования систем массового обслуживания. Ини­циаторами появления событий в ИМ являются транзакты - динамические объекты, отождествляемые с заявками на обслуживание, которые переме­щаются между элементами системы массового обслуживания. Для описания ИМ создается фиксированный набор блоков, связанных с обработкой и об­служиванием транзактов. С их помощью происходит уничтожение и созда­ние транзактов, задержка их на некоторый период времени, управление дви­жением транзактов, занятие и освобождение различных типов ресурсов сис­темы. Связь между обслуживающими приборами устанавливается с помо­щью системы очередей и способов извлечения из них транзактов.

Одну и ту же систему принципиально можно представить любым из ука­занных способов. Однако построенные на их основе модели будут отличать­ся размерами и количеством ресурсов, затраченных на их создание, испыта­ние и использование.