Классификация имитационных моделей - Имитационные модели информационных систем
Имитационные модели принято классифицировать по четырем наиболее распространенным признакам:
Типу используемой ЭВМ;
Способу взаимодействия с пользователем;
Способу управления системным временем (механизму системного времени);
Способу организации квазипараллелизма (схеме формализации моделируемой системы).
Первые два признака позволяют разделить имитационные модели на совершенно понятные (очевидные) классы.
По типу используемой ЭВМ различают аналоговые, цифровые и гибридные имитационные модели. Достоинства и недостатки моделей каждого класса общеизвестны. В дальнейшем будем рассматривать только цифровые модели.
По способу взаимодействия с пользователем имитационные модели могут быть автоматическими (не требующими вмешательства исследователя после определения режима моделирования и задания исходных данных) и интерактивными (предусматривающими диалог с пользователем в том или ином режиме в соответствии со сценарием моделирования). Моделирование сложных систем, относящихся, как уже отмечалось, к классу эргатических систем, как правило, требует применения диалоговых моделей.
Различают два механизма системного времени:
Задание времени с помощью постоянных временных интервалов (шагов);
Задание времени с помощью переменных временных интервалов (моделирование по особым состояниям).
При реализации первого механизма системное время сдвигается на один и тот же интервал (шаг моделирования) независимо от того, какие события должны наступать в системе. При этом наступление всех событий, имевших место на очередном шаге, относят к его окончанию.
Рис.2.1, а содержит иллюстрацию данного механизма. Так, для этого механизма считают, что событие наступило в момент окончания первого шага; событие - в момент окончания второго шага; события, , - в момент окончания четвертого шага (эти моменты показаны стрелками) и т. д.
При моделировании по особым состояниям системное время каждый раз изменяется на величину, соответствующую интервалу времени до планируемого момента наступления следующего события, т. е. события обрабатываются поочередно - каждое "в свое время". Если в реальной системе какие-либо события наступают одновременно, это фиксируется в модели. Для реализации этого механизма требуется специальная процедура, в которой отслеживаются времена наступления всех событий и из них выделяется ближайшее по времени. Такую процедуру называют календарем событий. На Рис.2.1, б стрелками обозначены моменты изменения системного времени.
Рис.2.1. Реализация механизмов системного времени: А) - с постоянным шагом; б) - с переменным шагом
Существует не столь распространенная разновидность механизма моделирования по особым состояниям, предусматривающая возможность изменения порядка обработки событий, так называемый механизм моделирования с реверсированием (обращением) шага по времени.
Согласно этому механизму, все события в системе разбиваются на два класса: фазовые и простые. К первым относят события, порядок моделирования которых нельзя изменять во избежание нарушения причинно-следственных связей в моделируемой системе. Остальные события относят к простым. Таким образом, сначала моделируют очередное фазовое событие, а затем все простые события до этого фазового, причем в произвольном порядке.
На Рис.2.2 приведены перечисленные способы управления системным временем.
Рис.2.2. Механизмы управления системным временем
Очевидно, что механизм системного времени с постоянным шагом легко реализуем: достаточно менять временную координату на фиксированный шаг и проверять, какие события уже наступили.
Метод фиксированного шага целесообразно применять в следующих случаях:
События в системе появляются регулярно;
Число событий велико;
Все события являются для исследователя существенными (или заранее неизвестно, какие из них существенны).
Важнейшим классификационным признаком имитационных моделей является схема формализации моделируемой системы (способ организации квазипараллелизма).
Наибольшее распространение получили пять способов:
Просмотр активностей;
Составление расписания событий;
Управление обслуживанием транзактов;
Управление агрегатами; синхронизация процессов.
Характеристика этих способов требует введения ряда понятий.
Для задания свойств объектов используются Атрибуты (Параметры).
Совокупность объектов с одним и тем же набором атрибутов называют Классом объектов. Все объекты делят на Активные (представляющие в модели те объекты реальной системы, которые способны функционировать самостоятельно и выполнять некоторые действия над другими объектами) и Пассивные (представляющие реальные объекты, самостоятельно в рамках данной модели не функционирующие).
Работа (Активность) представляется в модели набором операторов, выполняемых в течение некоторого времени и приводящих к изменению состояний объектов системы. В рамках конкретной модели любая работа рассматривается как единый дискретный шаг (возможно, состоящий из других работ). Каждая работа характеризуется временем выполнения и потребляемыми ресурсами.
Событие представляет собой мгновенное изменение состояния некоторого объекта системы (т. е. изменение значений его атрибутов). Окончание любой активности в системе является событием, так как приводит к изменению состояния объекта (объектов), а также может служить инициатором другой работы в системе.
Под процессом понимают логически связанный набор активностей, относящихся к одному объекту. Выполнение таких активностей называют Фазой процесса.
Различие между понятиями "активность" и "процесс" полностью определяется степенью детализации модели. Например, смена позиций мобильным объектом в одних моделях может рассматриваться как сложный процесс, а в других - как работа по изменению за некоторое время номера позиции.
Процессы, включающие одни и те же типы работ и событий, относят к одному классу. Таким образом, моделируемую систему можно представить соответствующим числом классов процессов. Между двумя последовательными фазами (работами) некоторого процесса может иметь место любое число фаз других процессов, а их чередование в модели, собственно, и выражает суть квазипараллелизма.
Способ просмотра активностей применяется при следующих условиях:
Все ФД компонента реальной системы различны, причем для выполнения каждого из них требуется выполнение некоторых (своих) условий;
Условия выполнимости известны исследователю заранее и могут быть заданы алгоритмически;
В результате ФД в системе наступают различные события;
Связи между ФД отсутствуют, и они осуществляются независимо друг от друга.
В этом случае имитационная модель состоит из двух частей:
Множества активностей (работ);
Набора процедур проверки выполнимости условий инициализации активностей, т. е. возможности передачи управления на реализацию алгоритма этой активности.
Проверка выполнимости условия инициализации работы основана либо на анализе значений параметров и/или переменных модели, либо вычислении моментов времени, когда должно осуществляться данное ФД.
После выполнения каждой активности производится модификация системного времени для данного компонента и управление передается в специальный управляющий модуль, что и составляет суть имитации для этого способа организации квазипараллелизма.
Составление расписания событий применяется в тех случаях, когда реальные процессы характеризуются рядом достаточно строгих ограничений:
Различные компоненты выполняют одни и те же ФД;
Начало выполнения этих ФД определяются одними и теми же условиями, причем они известны исследователю и заданы алгоритмически;
В результате ФД происходят одинаковые события независимо друг от друга;
Связи между ФД отсутствуют, а каждое ФД выполняется независимо.
В таких условиях имитационная модель, по сути, состоит из двух процедур:
Проверки выполнимости событий;
Обслуживания (обработки) событий.
Выполнение этих процедур синхронизируется в модельном времени так называемым списковым механизмом планирования.
Процедура проверки выполнимости событий схожа с ранее рассмотренными для просмотра активностей (напомним, что окончание любой работы является событием и может инициализировать другую активность) с учетом того, что при выполнении условия происходит не инициализация работы, а обслуживание (розыгрыш) события с последующим изменением системного времени для данного компонента.
Условия применимости транзактного способа организации квазипараллелизма были приведены при определении понятия "транзакт". Связь между приборами массового обслуживания устанавливается с помощью системы очередей, выбранных способов генерации, обслуживания и извлечения транзактов. Так организуется появление транзактов, управление их движением, нахождение в очереди, задержки в обслуживании, уход транзакта из системы и т. п. Событием в такой имитационной модели является момент инициализации любого транзакта.
Типовыми структурными элементами модели являются:
Источники транзактов;
Их поглотители;
Блоки, имитирующие обслуживание заявок;
Управляющий модуль.
Имитация функционирования реальной системы производится путем выявления очередной (ближайшей по времени) заявки, ее обслуживания, обработки итогов обслуживания (появления нового транзакта; поглощения заявки; изменения возможного времени поступления следующего транзакта и т. п.), изменения системного времени до момента наступления следующего события.
В случае построения имитационной модели с агрегатным способом организации квазипараллелизма особое внимание следует уделять оператору перехода системы из одного состояния в другое. Имитация производится за счет передачи управления от агрегата к агрегату при выполнении определенных условий, формирования различных сигналов и их доставки адресату, отработки внешних сигналов, изменения состояния агрегата и т. п. При этом в управляющем модуле осуществляется временная синхронизация состояний всех агрегатов.
Агрегатный способ прежде всего ориентирован на использование типовых математических схем (типовых агрегатов) для описания компонентов системы и организации их взаимодействия одним из перечисленных способов.
Процессный способ организации квазипараллелизма применяется в следующих случаях:
Все ФД компонентов реальной системы различны;
Условия инициализации ФД также различны;
В любой момент времени в данном компоненте может выполняться только одно ФД;
Последовательность ФД в каждом компоненте определена.
Принято считать, что процессный подход объединяет лучшие черты других способов: краткость описания активностей и эффективность событийного представления имитации.
Процессным способом можно организовать имитацию АИС любой сложности, но такой способ особенно эффективен в тех случаях, когда требуется высокий уровень детализации выполнения, а сама имитационная модель используется для поиска "узких" мест в работе системы.
Рис.2.3. Классификация имитационных моделей по способу организации квазипараллелизма
На Рис.2.3 представлена классификация способов организации квазипараллелизма.
Отметим, что в настоящее время для реализации всех перечисленных схем формализации моделируемой системы созданы специализированные программные средства, ориентированные на данный способ организации квазипараллелизма, что, с одной стороны, облегчает программную реализацию модели, но, с другой стороны, повышает ответственность исследователя за правильность выбора соответствующей схемы.
Похожие статьи
-
Разработка концептуальной модели АИС - Проектирование автоматизированной информационной системы
Любая деятельность компании отражается в документах, и, чтобы улучшить качество рабочих бизнес-процессов, необходимо улучшить документооборот, т. е....
-
Графическое отображение нелокальной нейронной сети в системе "Эйдос" Математический метод СК-анализа в свете идей интервальной бутстрепной робастной...
-
Классификация математических моделей - Теоретические основы информационных технологий
К классификации математических моделей можно подходить по-разному, положив в основу классификации различные принципы. 1) Классификация моделей по...
-
Классификация ИС. Жизненный цикл ИС и его модели - Теория экономических информационных систем
Классификация по масштабу По масштабу информационные системы подразделяются на следующие группы 1. одиночные;2. групповые;3. корпоративные. Одиночные...
-
Основные этапы имитационного моделирования - Имитационные модели информационных систем
Как уже отмечалось, имитационное моделирование применяют для исследования сложных экономических систем. Естественно, что и имитационные модели...
-
Для анализа производственных систем, которые очень сложны, разноплановы, не имеют исчерпывающего математического описания, а также проходят ряд этапов...
-
Классификация массивов - История создания и развития автоматизированных информационных систем
Организационная подборка сведений о каком-либо объекте или процессе либо о ряде однородных объектов или процессов называется массивом информации. 1. По...
-
По Р. Шеннону (Robert E . Shannon - профессор университета в Хантсвилле, штат Алабама, США ), "имитационное моделирование - Есть процесс конструирования...
-
Классификация корпоративных информационных систем - Корпоративные информационные системы
Корпоративные информационные системы можно разделить на два класса: финансово-управленческие и производственные. 1. Финансово-управленческие системы...
-
Учебный процесс в ННГАСУ сопровождается значительной информационной базой, развитием компьютерного парка и внедрением в образовательный процесс...
-
Оценка стоимости разработки программного обеспечения, или, в частности информационной системы, - один из самых важных, сложных и в то же время неизбежных...
-
Структурная схема терминов Структуру АИС составляет совокупность отдельных ее частей, называемых подсистемами. АС состоит из двух подсистем:...
-
Возрастающая сложность современных автоматизированных систем управления и повышение требовательности к ним обуславливает применение эффективных...
-
Имплементация нечетких моделей в информационные системы экономических объектов
Условия функционирования экономических объектов из года в год становятся все более сложными. Несмотря на улучшающуюся информационную поддержку принятия...
-
Вывод - Разработка объектно-ориентированной модели информационной системы предприятия ЗАО "ХРОМТАН"
Технология автоматизации бизнес-процессов в применении к управлению предприятием связана с автоматизацией административного труда и направлена на...
-
Инфологические и даталогические модели данных - Теория экономических информационных систем
СУБД должна предоставлять доступ к данным любым пользователям, включая и тех, которые практически не имеют и (или) не хотят иметь представления о: -...
-
ИЕРАРХИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ДАННЫХ ИМД основана на понятии деревьев, состоящих из вершин и ребер. Вершине дерева ставится в соответствие совокупности атрибутов...
-
Технология как строго научное понятие означает определенный комплекс научных и инженерных знаний, воплощенный в способах, приемах труда, наборах...
-
Статическая модель -- это как бы одномоментный срез информации по объекту. Например, обследование учащихся в стоматологической поликлинике дает картину...
-
Введение - Информационные модели
Человечество в своей деятельности (научной, образовательной, технологической, художественной) постоянно создает и использует модели окружающего мира....
-
Модели транзакций - Банки и базы данных. Системы управления базами данных
Под транзакциями понимаются действия, производимые над базой данных и переводящие ее из одного согласованного состояния в другое согласованное состояние....
-
Физическая защита Безопасность информационной системы зависит от окружения, в котором она функционирует. Необходимо принять меры для защиты зданий и...
-
Последовательность действий при принятии решения о внедрении корпоративной информационной системы С чего начать разработку решения? Любая промышленная...
-
Методы внедрения системы. - Примение информационных технологий в управлении
Компания, собирающаяся внедрить компьютерную систему управления, как правило, дает следующую установку: система должна начать действовать как можно...
-
Связь типов информационных систем с задачами принятия решений - Системы поддержки принятия решений
Применяются отдельные модели и методы для принятия оптимальных решений. Отметим, что в существенной мере характер всех поколений систем и их концепций...
-
Взаимодействие между информационными технологиями и организациями очень комплексно и подвержено влиянию большого числа факторов, включая структуру...
-
- Подключение к исходной базе данных пользователей внешних информационных систем; - Отказ в доступе к желаемому ресурсу, если пользователем не пройдена...
-
1. Общие сведения 1.1 Наименование Система информационной безопасности ФГБОУ ВПО "Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет" 2....
-
Выводы - Системная теория информации и семантическая информационная модель
Интервальные оценки сводят анализ чисел к анализу фактов и позволяют обрабатывать количественные величины как нечисловые данные. Это ограничивает...
-
Классификация АИС по функциональному признаку Функциональный признак определяет назначение подсистемы, а также ее основные цели, задачи и функции....
-
Наиболее распространенная форма - ЭВМ. Раньше чаще использовались вычислительные центры (ВЦ). Вычислительный центр - организуется и специализируется на...
-
Из универсальных языков программирования сегодня наиболее популярны следующие: Бейсик (Basic), Паскаль (Pascal), Си++ (C++), Ява (Java). Для каждого из...
-
Физическая модель базы данных определяет способ размещения данных в среде хранения и способ доступа к этим данным, которые поддерживаются на физическом...
-
Классификация компьютерных сетей - Теоретические основы информационных процессов и систем
Для классификации компьютерных сетей используются разные признаки, выбор которых заключается в том, чтобы выделить из существующего многообразия такие,...
-
Жизненный цикл (ЖЦ) - одно из базовых понятий методологии проектирования ИС. Это непрерывный процесс, который начинается с момента принятия решения о...
-
Информационно-логические модели данных, Иерархическая модель - Система управления базами данных
Иерархическая модель Иерархическая структура представляет совокупность элементов, связанных между собой по определенным правилам. Графическим способом...
-
Разработка логической модели АИС - Проектирование автоматизированной информационной системы
Логическая модель данных является начальным прототипом будущей базы данных. Логическая модель строится в терминах информационных единиц, но без привязки...
-
Информационные модели - 3D моделирование
У всех людей есть разные образы, которые возникают как реакция на одни и те же объекты и явления. Именно поэтому образная модель является индивидуальной...
-
Инфологическое проектирование Стандартным способом представления концептуальной модели базы данных являются диаграммы "сущность-связь" (ERD),...
-
Уровни и типы моделей БД - Банки и базы данных. Системы управления базами данных
Любая БД отражает информацию об определенной предметной области. В зависимости от уровня абстракции, на котором представляется предметная область,...
Классификация имитационных моделей - Имитационные модели информационных систем