Ю. Карпов - Иммитационное моделирование систем с AnyLogic 5 (1124147), страница 56
Текст из файла (страница 56)
В ланной главе после перечисления базовых средств АпуЕой(с, которые можно использовать для разработки любых моделей дискретных систем, представляются дополнительные высокоуровневые средства АпуЕоя|с библиотеки Епгегрпве 1лЬгагу. Мы сосредоточим свое внимание на той части библиотеки, которая удобна для построения моделей таких систем массового обслуживания, в которых учитываются геометрические характеристики и необходимо использование ресурсов при обработке потоков заявок. Библиотека содержит структурные элементы моделей (классы активных объектов), представленные как законченные блоки. Как это было продемонстрировано в главе б, при разработке модели пользователь может использовать эти блоки библиотеки, настраивая их параметры и собирая из таких блоков свою молель, как из кубиков.
Все блоки библиотеки разработаны с помощью базовых средств АпуЕой|с. Пользователь может дополнить библиотеку или разработать собственную для решения задач из своей специфической области. Глава т4. Дискретно-сооытийное моделирование гж 14.1. Низкоуровневые средства моделирования дискретных систем в Апу~ о9!с Апу(.ой|с содержит средства для быстрого создания моделей дискретно- событийных систем.
Весьма сложные модели могут быть построены без использования программного кода из заранее построенных блоков библиотеки Епгегрпзе ЫЬгау, как это мы видели в главе б. Библиотечные блоки значительно упрощают разработку моделей дискретных событийных систем в стиле г)гай-апс)-с)гор (перетащить и оставить) в соответствии с парадигмой моделирования систем обслуживания потоков заявок. Библиотечные элементы в моделях могут быть легко дополнены низкоуровневыми средствами моделирования дискретных событийных систем в Апу( оя1с, которые включают: 0 стейтчарты (карты состояний), позволяющие графически описать сложное дискретное поведение; С) таймеры и события, позволяющие выразить изменения поведения объекта во времени или при наступлении некоторого события; 0 возможности определения своих собственных типов транзакций (сообщений) для взаимодействия активных объектов; ь| механизм обмена активных объектов сообщениями через порты.
В предыдущих разделах уже рассматривались все эти средства. Коротко охарактеризуем их еше раз. Стейтчпрты — это мощное средство визуального задания сложного поведения объектов, включающее иерархические состояния, разветвления (условные переходы), исторические состояния и т. п. Дискретно-событийные системы меняют свое состояние мгновенно, под влиянием событий. Стейтчарты наиболее естественно представляют такие изменения, поскольку переходы между состояниями в них являются мгновенными. Переходы могут быть активизированы полученными сообщениями, исчерпанием таймвута, возникновением событий и условиями. Стейтчарты приняты в качестве стандарта в визуальном представлении алгоритмов реактивных (или реагирующих) систем (геасбче зузгепи) в языке ()МЕ (()п)бед Мос1ейпя (лпбцаяе), однако там они не имеют четко определенной семантики, что не позволяет использовать ()МБ как язык создания моделей.
Сообщения могут быть произвольных типов, они посылаются и принимаются через порты. Именно сообщениями могут быть представлены транзакции в классической парадигме блочного дискретно-событийного моделирования. Порты двунаправлены, они могут иметь очереди входящих сообщений. Входные сообщения либо могут сохраняться в очереди„ассоциированной г~е Часть /К Сое менные парадигмы е имитационном моделировании с портом, либо обрабатываться при получении, либо перелаваться по внутренним соединениям, связанным с портом.
В Апу).оя(с могут использоваться статические и динамические таймеры. Ранее мы рассмотрели статические таймеры. Динамические таймеры обычно используются для того, чтобы упорядочить события, связанные с задержкой элементов произвольного динамически изменяющегося множества объектов или сообщений. Движок, управляющий выполнением модели в Апу(.оя!с, упорядочивает обработку лискретных событий, сохраняя порядок и неделимость выполнения операций в соответствии с семантикой языка моделирования. События, которые определены в модели как наступающие одновременно, обрабатываются в произвольном порядке. В дискретно-событийных моделях обычно необходимо включение стохастики в модель, поскольку часто события происходят в случайные моменты времени. Для этого в Апу(,оя!с предусмотрены более 35 различных генераторов распределений случайных величин, а также средства автоматической обработки наборов ланных, являющихся реализациями случайных величин, порожденных в результате выполнения модели.
Апу(.оя!с позволяет проведение экспериментов с моделью, выполнение анализа рисков, связанных со случайными флуктуациями параметров моделируемой системы, оптимизацию параметров модели. 14.2. Парадигма блочного моделирования Идея моделирования систем с дискретными событиями была сформулирована более 40 лет назад Джеффри Гордоном (Оеойгеу Ооп!оп), в то время менеджером Отдела разработки перспективных систем компании 1ВМ, и реализована в среде моделирования ОРВВ (Оепега! Ригрозе В!п1п!аг!оп Бузгепт).
Первая версия языка ОРОВ была введена 1ВМ в октябре !9б! г., и с некоторыми модификациями ОРАЗ до сих пор используется для обучения илтитационному моделированию. Например„книга !ЮР04), которая, как пишет автор, "отражает современное состояние вопроса", почти полностью посвящена изложению ОРВИ и методам построения моделирующих программ на этом языке. ОРОВ по праву считается языком„который сделал моделирование практической деятельностью, лоступной широким массам программистов.
Язык ОРББ ввел в моделирование парадигму потокового, или сетевого, моделирования (гтписйаг! или пептог!г-Ьазед тоде1Гпг). В соответствии с этой парадигмой поток сущностей (транзакций) продвигается по структурной диаграмме, представляющей систему. Транзакции ожидают в очередях, конкурируют за использование ресурсов и блоков, осуществляющих их обработку (обслуживание), и в конце концов покидают систему. Структура Глава 14. дискретно-ообь тийнов моделирование системы представляется блок-схемой — блоками и их направленными свя- зями. Сушествует две противоположные трактовки транзакций и блоков.
Согласно первой, транзакции являются активными сушностями, поскольку именно они передвигаются по системе, а блоки являются пассивными объектами, поскольку они никуда пе передвигаются, а обрабатывают транзакции, оставаясь на месте. Другая трактовка рассматривает именно транзакции как пассивные сущности, поскольку они не обладают поведением, а подвергаются изменениям в блоках, которые, в свою очередь, являются активными сушностями (именно они обладают поведением).
Эта трактовка более близка идеологии Аду(.оя(с. Мы будем придерживаться второй трактовки, хотя Апу1.оя(с не ограничен только парадигмой транзакций и блоков обработки: например, в Апу1.оя(с возможна передача по структуре любых обьектов, в том числе и активных. Парадигма потокового моделирования оказалась чрезвычайно обшей и использовалась во многих коммерческих инструментах, поддерживающих ее. В них транзакции называются сущностями (епбг!ев), заявками, требованиями, токенами (Гокепв), а блоки — серверами, каналами обслуживания, приборами и т. п.
в зависимости от нацеленности этих инструментов на определенные области применения (системы обслуживания, бизнес-процессы, производство, логистика). Однако основная идея данного подхода остается неизменной: абстрагированное представление системы как потоков объектов (заявок), проходящих по сети, построенной из блоков и направленных связей. Имитационное моделирование таких систем состоит в имитации того, как заявки порождаются на входе системы и затем проходят блоки обработки и используют ресурсы в соответствии с правилами функционирования системы. 14.3.
Системы массового обслуживания Парадигма поточного моделирования имеет удивительно широкое применение. Блочная структура рис. 3.1, изображающая операционный зал банка, может также представлять парикмахерскую, автозаправку, поликлинику, производственный конвейер. Все эти системы объединяет то, что блоки осуществляют обслуживание потоков заявок, последовательно приходяших на их вход. Поэтому все подобные системы получили название систлеи массового обслуживания (СМО).
Итак, системы масового обслуживания — это абстрактное, упрошенное представление таких реальных систем, в которых можно выделить два основных класса объектов: потоки заявок (требований) на обслуживание, и обслуживаюшие их объекты, связанные в сеть. Имитационные модели систем массового обслуживания являются дискретно-событийными, поскольку изменение состояния таких систем при их функционировании происходит г~в Часть! К Современные парадигмы а имитационном моделировании в дискретные моменты времени при возникновении таких событий, как выборка заявки из входной очереди для обслуживания, окончание обслуживания и т. п. Процесс работы СМО обычно представляет собой случайный процесс с дискретными состояниями и непрерывным временем. В некоторых очень ограниченных случаях, при простейших потоках заявок и простых правилах обслуживания возможно аналитическое решение прямых задач в СМО.
В то же время фактически любые задачи, относящиеся к проблемам СМО, могут быть сравнительно легко решены с помощью непосредственного имитационного моделирования в АпуЕоя(с. Это показывает пример модели операционного зала банка в разд. б.4. Упомянутая модель была разработана на основе библиотеки Епгегрг(зе 1лЬгагу, однако она использует лишь малую часть возможностей, предоставляемых библиотекой. Далее ' мы рассмотрим несколько более сложные примеры дискретных событийных моделей, разработка которых существенно упрощается с ее использованием. 14.4.
Библиотека Ел$егрпзе ЫЬгагу Мьг уже рассматривали данную библиотеку в главах б и 9, где были использованы некоторые ее блоки для построения простых моделей систем массового обслуживания. Здесь мы кратко охарактеризуем другие блоки этой библиотеки. Библиотека предоставляет палыователю высокоуровневый интерфейс для быстрого создания моделей дискретных событийных систем массового обслуживания и стиле потоковых диаграмм. Блоки библиотеки — это активные объекты, построенные из стандартных средств визуального языка АпуЕоя)с разработки моделей (порты, стейтчарты, таймеры).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
