Основы имитационного моделирования

Суть имитационного моделирования

Имитационное моделирование - использование компьютерных технологий для имитации различных процессов и операций, выполняемых реальными устройствами. Рассматриваемое устройство или процесс обычно называется системой. Для научного исследования системы прибегают к определенным допущениям, касающихся ее функционирования. Эти допущения, записанные в виде математических отношений, составляют модель поведения соответствующей системы.

Основные понятия

Система - совокупность объектов, функционирующих и взаимодействующих друг с другом для достижения определенной цели.

Состояние системы - совокупность переменных, необходимых для описания системы на определенный момент времени в соответствии с задачами исследования.

Дискретно-событийное моделирование

Дискретно-событийное моделирование используется для построения модели, отражающей развитие системы во времени, когда переменные состояния системы меняются мгновенно в конкретные моменты времени. В такие моменты времени происходят события.

Механизм продвижения времени

Динамическая природа дискретно-событийных имитационных моделей требует слежения за текущим значением имитационного времени по мере функционирования имитационной модели. Необходим правильный перевод времени от текущего значения к следующему. Переменная, хранящая текущее значение модельного времени называется часами модельного времени. Существует два основных подхода к продвижению модельного времени: продвижение времени от события к событию и продвижения времени с постоянным шагом. При использовании первого подхода изначально часы модельного времени устанавливаются в 0 и, определяется время возникновения будущих событий. Далее модельное время переводится на момент возникновения ближайшего события, и в этот момент обновляется состояние системы и сведения о времени возникновения будущих событий. Затем часы переводятся на момент возникновения следующего (нового) события и все повторяется. При таком подходе изменения в системе происходят только во время возникновения событий, периоды бездействия системы просто пропускаются. При продвижении времени с постоянным шагом такие периоды не пропускаются, что приводит к большим затратам компьютерного времени.

Компоненты дискретно-событийной имитационной модели

Любая дискретно-событийная имитационная модель с продвижением времени от события к событию включает следующие компоненты:

• состояние системы - совокупность переменных, отражающих состояние системы в определенный момент времени;
• список событий - список, содержащий время возникновения следующих событий;
• статистические счетчики - переменные, предназначенные для хранения статистической информации о работе системы;
• программа инициализации - подпрограмма, устанавливающая систему в исходное состояние;
• синхронизирующая программа - подпрограмма, которая находит следующее событие в списке событий и переводит модельное время на момент его наступления;
• программа обработки событий - подпрограмма, изменяющая состояние системы после наступления события. Для каждого типа событий существует своя подпрограмма;
• основная программа - подпрограмма, которая вызывает синхронизирующую программу, для того, чтобы определить следующее событие и передать управление соответствующей событийной подпрограмме.