23406

Імітаційне моделювання

Лекция

Информатика, кибернетика и программирование

Імітаційне моделювання – це метод конструювання моделі системи та проведення експериментів. Термін моделювання відповідає англійському тобто побудова моделі та її аналізу. Перш за все слід подати в моделі структуру системи тобто загальний опис елементів і зв’язків між ними потім визначити засоби відтворення в моделі поведінки системи.Розроблення концептуальної моделі.

Украинкский

2013-08-03

87.5 KB

26 чел.

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ,  МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ

ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ІНФОРМАЦІЙНО-КОМУНІКАЦІЙНИХ ТЕХНОЛОГІЙ

КАФЕДРА           інфокомунікацій____________

ЗАТВЕРДЖУЮ

Завідуючий кафедрою

_______________ Костік Б.Я.

       (підпис, прізвище)

“ ____ “  _________2012  року

Лекція №  3 

з навчальної дисципліни __моделювання компютерних мереж 

напряму підготовки _______інформаційні технології________

освітньо-кваліфікаційного рівня ____cпеціаліст_____________

спеціальності _____ компютерні системи та мережі_________

Тема     Імітаційне моделювання

                     (повна назва лекції)

Лекція розроблена стар. викладач каф. Інф. Срочинська Г.С.

(вчена ступінь та звання,  прізвище та ініціали автора)

Обговорено на засіданні кафедри (ПМК)

Протокол № __________

“ ____ “ _____________ 2012 року

Київ


Навчальні цілі: Вивчення основних понять ІМ, методів проектування. Програмна реалізація ІМ;

Виховні цілі: Формування у студентів інженерно-технічного кругозору, методами  імітаційного моделювання для побудови  комп’ютерних систем та мереж, вміння ставити та вирішувати складні інженерні задачі, проводити аналіз, аргументовано робити висновки.       

Час  90 хв.

ПЛАН ПРОВЕДЕННЯ ЛЕКЦІЇ ТА РОЗРАХУНОК ЧАСУ

Вступ                                                                                                    10  хвилин

Навчальні питання

1. Основні поняття                                                                             10  хвилин

(найменування питання лекції)

2. Методи проектування  ІМ                                                               30  хвилин

(найменування питання лекції)

3.Програмна реалізація ІМ                                                                  30 хвилин

(найменування питання лекції)

 

Заключення                                                                                            10  хвилин

ЛІТЕРАТУРА:

(рекомендована для студентів)

1. В.Г. Кривуца, В.В. Барковський, Л.Н. Беркман. Математичне моделювання телекомунікаційних систем: Навч. посібник. –К.: Звязок, 2007.

НАВЧАЛЬНО-МАТЕРІАЛЬНЕ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ

(наочні посібники, схеми, таблиці, ТЗН та інше)

Діапроектор, дидактичні слайди


НАВЧАЛЬНІ МАТЕРІАЛИ

Вступ. Основні поняття.

Імітаційне  моделювання – це  метод  конструювання  моделі  системи  та  проведення  експериментів.

Термін  «моделювання»  відповідає  англійському  , тобто  побудова  моделі  та  її  аналізу.  Англійський  термін   відповідає   прийнятому терміну  «імітаційне  моделювання»,  але  часто  вони  використовуються  разом,  коли  йдеться  про  технологічні  або  системні  етапи  моделювання,  пов’язані  з  прийняттям  рішень  за  допомогою  моделей.

Перш  за  все  слід  подати  в моделі  структуру  системи,  тобто  загальний  опис  елементів  і  зв’язків  між  ними,  потім  визначити засоби  відтворення  в  моделі  поведінки  системи.  Здебільшого  поведінку  системи  описують  за  допомогою  станів  і моментів  переходів  між  ними.  Стан  системи  в  момент  часу  .  Будь  яку  зміну  цих  значень  можна  розглядати  як перехід  до  іншого  стану.  І  врешті  решт,  імітаційна  модель  має  відобразити  властивості  середовища,  в  якому  функціонує  досліджувана  система.  Зовнішнє  середовище  задають  вхідними  впливами  на  модель.

Вся  інформація  про  імітаційну  модель  загалом  має  логіко – математичний  характер  і  подається  у  вигляді  сукупності  алгоритмів,  які  описують  процес  функціонування  системи. Отже,  імітаційною  моделлю  є  її  програмна  реалізація  на  комп’ютері,  а  імітаційне моделювання  зводиться  до  проведення  експериментів  з  моделлю  шляхом  багаторазового  прогону  програми  з  деякою  множиною даних – середовищем  системи.  Під  час  імітаційного  моделювання  може  бути  задіяно   не  тільки програмні  засоби,  але  й  технічні  засоби,  люди  та  реальні  системи.

З  математичної  точки  зору  імітаційну  модель  можна  розглядати  як  сукупність  рівнянь, які  розв’язують  з  використанням  чисельних  методів  у разі  кожної  зміни  модельного  часу.  Окремі  рівняння  можуть  бути  простими,  але  їх  кількість  і  частота  розв’язання – дуже  великими.  Розв’язання  таких  рівнянь  під  час  імітаційного  моделювання  означає  встановлення  хронологічної  послідовності  подій,  які  виникають  у  системі  і  відображують  послідовність  її  станів.  Отже,  імітаційна  модель  функціонує  так  само,  як  система.

Переваги застосування  імітаційного  моделювання  найбільш     помітно  виявляються  у  разі  моделювання  виробничих  і  технологічних  процесів, у  логістиці,  а  також  під  час  проведення  бізнес -  планування,  екологічних  і  соціологічних  досліджень.

Цінність  імітаційного  моделювання  полягає  в  тому,  що  воно  ґрунтується  на  методології  системного  аналізу  і  дає  змогу досліджувати  проектовану  систему  з  використанням  технології операційного  дослідження,  яка  включає  такі  взаємопов’язані  етапи.

1.Формулювання  проблема  і  змістовна  постановка  задачі.

2.Розроблення  концептуальної  моделі.

3. Розроблення і  програмна  реалізація  імітаційної  моделі.

4.Перевірка  правильності  та  достовірності  моделі.

5.Організація  та  планування  проведення  експериментів.

6.Прийняття  рішень  за  результатами  моделювання.


І. ТЕКСТ ЛЕКЦІЙ


Методи  проектування  імітаційних  моделей

 Перш  ніж  розпочати  побудову  моделі,  потрібно  мати  певну  схему  її  проектування за  якою  визначають  основні  принципи  і  методи  розроблення  імітаційної  моделі.  Сукупність  правил  виявлення  та  застосування  системних  принципів  і  методів  визначає  методологію  проектування.  За  допомогою  вибраних  програмних  засобів  визначають  реалізації  імітаційної  моделі  визначають  і  можливі  методи  їх  застосування.  Так,  наприклад,  вибір  за  основу  імітаційної  моделі  мереж  СМО  або  Петрі  заздалегідь  визначає  метод  побудови її  у  вигляді  формальних  схем  цих  мереж.

Отже,  перш  ніж  розпочати  проектування  імітаційної  моделі,  необхідно  вибрати  засоби  програмування.  Однак  існують  загальні  методи  побудови  програмних  реалізацій  імітаційних  моделей,  які  не  залежать  від  вибраних  програмних  засобів.

 Варіантний  метод.  Під  час  проектування  імітаційної  моделі  варіантний   метод  є найпростішим  та  широко  застосованим.  Він  передбачає  виконання ітераційної  процедури,  під  час  якої  проектувальник  корегує  вже  розроблені  частини  імітаційної  моделі,  доки  не  буде  впевненим,  що  модель  відповідає  цілям  моделювання,  або  не  відмовиться  від  неї.

Це  так  звана  послідовна  схема  проектування,  згідно з  якою вибір  варіанта  імітаційної  моделі  є  суб’єктивним   і  залежить  від    рівня  знань  проектувальника  про  систему.

 Ітераційний  метод. Суть  цього  методу  полягає  в тому,  що шляхом  багатьох ітерацій  спроектована  спочатку  модель  перетворюється  в таку, яка відповідає  цілям  моделювання.  Цей  метод  передбачає  послідовні циклічні  зміни,  у  результаті  чого отримують  модель,  яка  задовольняє  вимогам  точності  та  адекватності.  Циклічний  ітераційний  метод проектування потребує  розгляду  послідовності  процедур  прийняття  рішень  у  процесі  проектування.  Крім  того,  весь хід проектування  та  остаточний  результат  значною  мірою  залежить  від  вибору  початкової  імітаційної моделі. Загальну  схему  такого  моделювання  зображено  на  рис.1.

 

Рис.1.Схема  циклічного  ітераційного  процесу

Вибір рівня,  на  якому  корегуватиметься  модель  та  локалізуватимуться  причини невідповідності,  є  скоріше  мистецтвом,  ніж  наукою,  і  успішний  результат залежить  від  досвіду,  знань  та  інтуїції  проектувальника.

Параметричне  налагодження   імітаційної  моделі  вимагає  пошуку  оптимальних  параметрів, при  яких  ступінь  невідповідності  між  моделлю  та  системою  буде  мінімальним.

Ієрархічні  методи. Незалежно  від  того,  який  метод  використовується – варіантний  чи  ітераційний  існують  два  принципово  відмінних  підходи  до  проектування  імітаційних  моделей. Згідно  з  першим   підходом  проектування  здійснюється  за  схемою  згори  вниз   (так  зване  ієрархічне  або  низхідне  проектування),  згідно  з  другим   - знизу  догори  (висхідне  проектування).

Низхідне  проектування. 

В  основі  методів  низхідне  проектування імітаційних  моделей  лежить  принцип  послідовної  деталізації,  рекомбінації.  Він  полягає  у  поступовому  уточнюванні  абстрактного  опису  системи,  у  процесі  якого  на  кожному  етапі  побудови  моделі  задається  певний  рівень  деталізації  відображення  системи.  Отже,  в  імітаційній  моделі  один  і  той  самий  компонент  системи  може  бути  описаний  з  різним  рівне  деталізації.  Під  час  переходу  від  одного  рівня  деталізації  до  іншого  потрібно  обов’язково перевіряти  ,  чи  задовольняє  модель  функціональним  вимогам.

 Висхідне  проектування

Загальну  схему   висхідного  проектування  імітаційних  моделей  засновано  на  поступовому  відображенні  елементів  системи  в  моделі,  починаючи  з  найнижчого  рівня  системи  з  наступним  переходом  до  вищого.  Такий  підхід  має  істотний  недолік,  пов'язаний  з  тим,  що,  розглядаючи  окремі  елементи  системи  та  намагаючись  відобразити  їх  якомога  детальніше  в  моделі,  проектувальник  може  не  бачити  систему  в  цілому.  Для  усунення  цього  недоліку  потрібно  повертатись  до  моделей  нижчих  рівнів,  що може  перетворити  проектування  на  малоефективний  та  довготривалий  процес.  

3. Програмна  реалізація  імітаційної  моделі

Програмна  реалізація  імітаційної  моделі  може  бути  створена  за  допомогою:

  •  алгоритмічних  мов  загального  призначення;
  •  спеціальних  мов  моделювання;
  •  пакет  прикладних  програм  для  моделювання;
  •  засобів  автоматизації  програмування  імітаційних  моделей;
  •  діалогових  і  візуальних  систем  моделювання;
  •  інтелектуальних  систем  моделювання.

Перш  ніж  розпочати  розробку  структурної  схеми  імітаційної  моделі,  необхідно  вибрати  мову  програмування,  якою буде  реалізовано  модель.

Об’єкт  моделювання  остаточно  формалізується  у вигляді  абстрактної  системи.  Для  цього  необхідно  описати  структуру  системи  та  сукупність  математичних  описань  усіх  її  елементів,  зовнішніх  впливів  і  взаємодій  між  усіма елементами  в  процесі  функціонування  систем.

У  разі  реалізації  імітаційної  моделі  алгоритмічною  мовою  загального  призначення  на  структуру  імітаційної  моделі  істотно  впливає  підхід  до  реалізації  імітаційного  алгоритму.  Уразі  вибору  об’єктно – орієнтованої  мови  описують  класи  та  підкласи  для  статичних  та  динамічних  об’єктів  задають  інтерфейси,  методи  класів  та  властивості  об’єктів.

Якщо  модель  реалізовано   мовою  моделювання  ,  то  структура  моделі  подається  у  вигляді  блок – схеми, що  складається  з  блоків  різних  типів.

Якщо  імітаційною  моделлю  СМО,  то  її  структуру  можна  зобразити  у  вигляді  схеми,  на  якій  є  генератори  вимог,  що  надходять  до  системи  ,  буферів  або  черг,  пристроїв  для  обслуговування,  які  реалізують  затримку  вимог  у  системі.  Черги  до  якого – небудь  ресурсу  утворюються  через  його  зайнятість.  Якщо імітаційна  модель  будується  як  мережа  Петрі,  то  структуру  мережі  зображується  у вигляді  орієнтованого  графу.

 


                                 Заключення

Програмну  реалізацію  імітаційної  моделі  рекомендується  будувати  за  модульним  принципом.  Це  дає  змогу  удосконалювати  модель  за  допомогою  ітераційного  методу,  додаючи  до  неї  модуль  за  модулем.  У  процесі  налагодження  та  експлуатації  окремі  модулі  можуть  бути  замінено,  що  не  призведе  до  істотних  змін  в  усій  моделі.  Програмування  та  налагоджування  моделі  доцільно  провадити  поетапно,  з  наступним  збільшенням  програмних  модулів.  Для  оцінки   правильності  функціонування  програмної  реалізації  імітаційної  моделі  проводяться  експерименти  (тестування  моделі),  в  яких  широко  використовуються  налагоджувальні  засоби  вибраної  системи  моделювання

Створення  імітаційної  моделі  -  складне  завдання. Недарма  Шенон  ставить  програмістів,  які  створюють  програмні  реалізації  імітаційних  моделей,  вище,  ніж системних  програмістів.  Перші  мислять  просторово  - часовими  образами.  Для  спрощення   процесу  створення  імітаційних  моделей  розробляються  засоби  автоматизації,  які  дають  змогу  не  тільки вилучати  проміжну  ланку  між  аналітиком  і  людиною,  що  приймає  рішення,  а  й під  час  створення  моделі  використовувати  терміни  предметної  галузі,  в  якій  працює  аналітик.

У  1968р.  на  одній  з  конференцій  НАТО  з     проблем  розробки  програмного  забезпечення  було  вжито  термін  ,  який  перекладається  як  комп’ютерна  інженерія.  Так  було  названо  нову  наукову  дисципліну,  об’єктом  дослідження  якої  є  велику  комп’ютерні  системи  і  проблеми, що  виникають  під  час  їх  створення.

У  наш  час  продовжують  розвиватись  різні  методи  розробки  складного програмного  забезпечення. Кожний  новий  підхід  передбачає  свою  систему,  яка  схожа  на  інші,  але  має  деякі  нюанси.

        


II. МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

           Дисципліна “ Моделювання комп’ютерних мереж”- це теоретичні основи принципів вивчення основних понять імітаційного моделювання, ознайомлення з поняттями системи та моделі, співвідношенням між моделлю та системою, класифікацією  моделей,  видами  моделей, технологію моделювання; побудовою  імітаційної моделі персонального комп’ютера; технологічних етапів випробування та експлуатації імітаційних моделей.

Основні форми поточного контролю – спостереження за діями студентів, проведення модульного контролю.

Самостійна робота студента по підготовці до поточних занять, модульного контролю в межах відведеного часу планується особисто кожним студентом.

III. ВИКОРИСТАНА ЛІТЕРАТУРА

1. В.Г. Кривуца, В.В. Барковський, Л.Н. Беркман. Математичне моделювання телекомунікаційних систем: Навч. посібник. –К.: Звязок, 2007.

Розробник лекції   старший викладач кафедри інфокомунікацій

___                          Срочинська Г.С.

(підпис, прізвище)

“ ____ “  _____________  2012  року

Так

Ні

Внесення  змін  у модуль

Кінець

Чи задовольняє  модель  вимогам?

Вибір (проектування ) початкової  імітаційної моделі


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

20561. Принцип оптимальности Беллмана 40.5 KB
  При применении принципа оптимальности критерий эффективности зависит от х0: 1 2 3 Обозначим через 4. формулировкой принципа оптимальности для дискретных процессов.
20562. Звільнення України від німецько-фашистських загарбників. Участь України в створенні ООН 25 KB
  Звільнення України від німецькофашистських загарбників. Участь України в створенні ООН. Після перемоги під Сталінградом радянське командування силами Південного ПівденноЗахідного та Воронезького фронтів почало визволення України від німецьких окупантів.Новий етап визволення України розпочався влітку 1943 р.
20563. Україна після другої світової війни. Перехід до мирного будівництва 25.5 KB
  Особлива увага приділялась відродженню важкої промисловості і залізничного транспорту вугільної промисловості республіки.Відбудова промисловості відбувалася виключно за рахунок зусиль населення і примусових заходів уряду щодо нього. була проведена грошова реформа що мала на меті примусове вилучення коштів у населення на відбудову промисловості.
20564. Повоєнний сталінський режим в Україні, репресії 40-50 рр 56 KB
  В цей же час сотні тисяч селян України інших республік вмирали від голоду. Поряд із цим у повоєнному розвитку України існувало чимало проблем. Серйозною проблемою для влади стала колективізація в селах Західної України котра викликала масовий спротив місцевого населення. Малося на увазі зокрема добровільне переселення українців Закерзоння назва походить від лінії Керзона за якою знаходилися землі Лемківщини Надсяння Холмщини та Підляшшя до радянської України.
20565. Національне питання в Радянській Україні в 60-х першій половині 80-х років. Дисидентський рух і його придушення 52.5 KB
  Через самвидав громадськість України СРСР закордону познайомилася з творами І. Так починався в СРСР рух який згодом одержав назву правозахисного й охопив переважно інтелігенцію. Метою правозахисного руху було: захист прав людини і прав народів СРСР боротьба проти русифікації боротьба за незалежну Україну та національне відродження. Першою в СРСР легальною організацією що виступила на захист прав людини була ініціативна група захисту прав людини в СРСР до якої належав харків'янин Г.
20566. Курс на перебудову: плани та реальності його здійснення в Україні 43.5 KB
  Перш ніж горбачовські реформи дійшли до України тут сталася катастрофа глобального значення: 26 квітня 1986 р. Величезна радіоактивна хмара незмірне більша ніж хіросимська покрила багато районів України Росії Білорусії а згодом поширилася на землі Польщі та Скандинавії. Компартію України очолив С. Постали Українська республіканська партія Демократична партія України партія зелених та ін.
20567. Проголошення незалежності України. Розпад СРСР 38 KB
  Проголошення незалежності України. Прийняття Верховною Радою УРСР _Декларації про державний суверенітет України Криза союзних структур політичне протиборство погіршення економічної ситуації зростання національної самосвідомості неухильно посилювали потяг до суверенності відновлення незалежної української держави. було ухвалено закон про економічну незалежність України. Консерватори в союзних структурах активно протидіяли зростанню суверенності й самостійності національних республік у тому числі й України.
20568. Визнання Української держави світовим співтовариством. Міжнародне співробітництво незалежної України. Взаємодія з членами СНД 66 KB
  Міжнародне співробітництво незалежної України. Швидке визнання державної незалежності України десятками країн світу певною мірою породжувало ілюзію того що труднощі пов'язані з перехідним періодом будуть розв'язані безболісно і в короткий термін. Політичні партії і рухи України обстоювали різні нерідко полярні позиції в питаннях зовнішньої політики. Основним документом який визначав принципові засади розбудови державотворчих процесів у тому числі в сфері зовнішньої політики став Акт проголошення незалежності України прийнятий 24 серпня...
20569. Відродження української національної свідомості у першій половині XIX ст 40 KB
  24 березня 1847 року за участь у КирилоМефодіївському товаристві заарештований і засланий солдатом до Орської фортеці Оренбурзького окремого корпусу. КирилоМефодіївське товариство Твори молодого поета згуртували навколо нього університетську молодь. Прагнення звільнити народ від кріпацтва і привело їх до участі в КирилоМефодіївському товаристві 1845 1847 назване на честь слов'янських просвітителів Кирила і Мефодія створенню якого сприяло загальне духовне піднесення українського народу. Соціальний склад КирилоМефодіївського...