Сопоставление схем событий и процессов в системах информационного обеспечения диспетчерской службы на внутренних водных путях

Список литературы

1. Сикарев И. А. Методика оценки электромагнитной защищенности информационных каналов автоматизированных информационных систем на ВВП при воздействии взаимных помех / И. А. Сикарев // ТССиС на морских и внутренних водных путях: межвуз. сб. науч. тр. / СПГУВК. — СПб., 2004. — Вып. 5.

2. Айвазян С. А. Прикладная статистика: Основы моделирования и первичная обработка данных / С. А. Айвазян, И. С. Енюков, Л. Д. Мешалкин. — М.: Финансы и статистика, 1983. — 471 с.

3. Сикарев А. А. Оптимальный прием дискретных сообщений / А. А. Сикарев, А. И. Фаль-ко. — М.: Связь, 1978. — 328 с.

4. Вишневский Ю. Г. Поля поражения сигналов и электромагнитная защищенность информационных каналов в АСУ ДС / Ю. Г. Вишневский, А. А. Сикарев. — СПб.: Судостроение, 2006. — 356 с.

5. Сикарев И. А. Обеспечение безопасности телекоммуникационных систем / А. А. Сикарев. — СПб.: СПГУВК, 2005. — 10 с.

УДК 681.3 О. И. Кутузов,

д-р техн. наук, профессор, СПбГЭТУ

СОПОСТАВЛЕНИЕ СХЕМ СОБЫТИЙ И ПРОЦЕССОВ В СИСТЕМАХ ИНФОРМАЦИОННОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ДИСПЕТЧЕРСКОЙ СЛУЖБЫ НА ВНУТРЕННИХ ВОДНЫХ ПУТЯХ COMPARISON OF SCHEMES OF EVENTS AND PROCESSES IN THE SYSTEMS INFORMATION FOR CONTROL SERVICES ON INLAND WATERWAYS

Предлагается подход к сравнению числа обращений к календарю событий, который используется при реализации моделирующих алгоритмов, выполненных по схеме событий и по схеме процессов в системах диспетчерской службы автоматизированного управления движением судов на ВВП.

The treatment of comparison of the number of references to a calendar of the events is offered. The calendar is in use at the time of realization of the modeling algorithms. This algorithms are run under the scheme of events and under the scheme of processes systems in an automated monitoring service vessel traffic on GDP.

Ключевые слова: моделирующий алгоритм, схема событий, схема процессов, календарь событий.

Key words: modeling algorithm, scheme of event, scheme ofprocesses, calendar of the event.

СИСТЕМАХ имитационного моде- событийное моделирование и мультиагент-

лирования потоков, обеспечиваю- ный подход [1-5].

щих комплексную информационную В дискретно-событийноммоделировании

безопасность и выбор аппаратного обеспече- функционирование системы представляется

ния в центрах управления движением судов как хронологическая последовательность собы-

на ВВП, возможны два подхода: дискретно- тий [1; 2]. Событие происходит в определенный

Выпуск 4

¡Выпуск 4

момент времени и знаменует собой изменение состояния системы. Продвижение системного времени реализуется посредством программирования симулятора — «движителя», который с минимальными затратами машинного ресурса воспроизводит во времени движение (смену состояний) объекта моделирования, отображая действие механизма причинно-следственных связей на смену состояний.

Мультиагентное моделирование — метод, исследующий поведение децентрализованных агентов и то, как такое поведение определяет поведение всей системы в целом. Агенты — это объекты модели, интерпретируемые как независимые активные сущности [3; 4]. Поведение агентов определяется на индивидуальном уровне, а глобальное поведение возникает как результат деятельности множества агентов (моделирование «снизу вверх»). Агент — это, по сути, процесс — последовательность событий и работ, описывающая поведение во времени какого-либо объекта в моделируемой системе. Действия агентов имитируются в модели точно так же, как и любые другие события — как прямые следствия из достигнутого состояния системы. И модельное время продвигается симулятором строго вперед, в точном соответствии с механизмом причин и следствий.

Таким образом, при моделировании стохастических систем парадигма имитационного моделирования включает две составляющие: симулятор — «движитель», реализующий продвижение системного времени, и метод Монте-Карло, обеспечивающий разыгрывание «случайностей». В совокупности эти две составляющие и строят траектории — реализации функционирования моделируемой системы. Обе составляющие наличествуют в обоих методах дискретного ИМ стохастических систем.

При построении «движителя» применяют две основные схемы построения алгоритмов моделирования — схему событий и схему процессов [6]. Схема событий используется при дискретно-событийном моделировании, а схема процессов — при мультиагентном моделировании.

И в той и другой схеме для продвижения системного времени применяется при-

нцип особых моментов [2]. Чтобы ЭВМ могла вычислить очередной особый момент, используется календарь, в котором для каждого типа события указан ближайший момент, когда такое событие произойдет. По календарю определяется очередной особый момент. Это наименьший из моментов, записанных в календаре.

Сопоставим схему событий и схему процессов, поскольку их можно считать конкурирующими.

Схема событий более стройная: события не пересекаются, за один шаг имитируется одно событие, события имитируются в хронологическом порядке, алгоритм шага делится на этапы с четким функциональным назначением (имитация события, пополнение статистик, планирование новых событий). Однако в сложных случаях довольно трудно сформировать перечень типов событий и правильно разработать соответствующие им части алгоритма. Схема процессов не требует при разработке алгоритма учитывать сразу все, что может происходить в системе, а допускает раздельную разработку отдельных процессов. У1 схема процессов не позволяет выделить функционально различные части алгоритма: пополнение статистик и планирование событий исследуют с операциями смены состояний в рамках одной фазы процесса. Это чревато упущениями при разработке алгоритма. Подводя итоги, можно оказать, что на этапе начального обучения моделирования и при моделировании простых систем целесообразно применять схему событий, а при моделировании сложных систем предпочтительнее схема процессов.

Дополним приведенное сопоставление этих двух схем построения моделирующего алгоритма количественной характеристикой на примере модели виртуального канала (ВК).

ВК представляет собой коммутационный канал, обеспечивающий транспортировку пакетов между двумя портами сети, то есть является некоторым маршрутом в сети (рис. 1), состоящим из последовательности п узлов коммутации (УК) и (п - 1) КС, по которому осуществляется передача информации из узла источника УК1 в узел — адресат УКп.

Выходы фоновых потоков Рис. 1

Особенностью имитационной модели ВК является отображение фоновых потоков, циркулирующих по сети и влияющих на процесс прохождения пакетов по выделенному (моделируемому) пути.

Узлы в моделирующей программе ВК представляются тремя модулями. Первый обеспечивает возникновение требований к передаче пакетов; второй реализует коммутацию пакетов; третий — передачу пакетов следующему узлу.

Положим , пакет выделенного потока поступил в устройство в момент , и спланирован момент ¿у +1 очередного следующего поступления пакета выделенного потока через интервал у.

Интервалы между поступлениями пакетов выделенного потока есть реализации случайной величины, распределенной экспоненциально с параметром X

Помимо выделенного потока на тот же вход устройства поступает фоновый пуассо-новский поток с параметром Хф.

В календаре событий записываются моменты времени поступлений транзактов обоих потоков.

Если за интервал у между моментами ¿у и + 1 поступлений транзактов выделенного потока не поступало транзактов фонового потока, то для продвижения транзакта +1 (взятия на обслуживание, постановки в очередь и т. п.) потребуется однократное обращение к календарю. Вероятность отсутствия поступления транзактов фонового потока на интервале (¿у, ¿у + х) есть

Р(1) =

ы°

О!

1ФУ.

е

Соответственно если на интервал (¿у. £у + і) поступает п транзактов фонового потока, моменты поступлений которых опережают момент £у +1, то в такой ситуации для продвижения транзакта выделенного потока ¿у + ] потребуется (п + 1) обращений к календарю. Вероятность такого количества обращений есть

М

Р(п + 1) =--------------—е

п\

-ЪфУ

Условное математическое ожидание числа обращений к календарю для продвижения одного транзакта выделенного потока в одном устройстве при наличии фонового потока определим как

(хЛ

^)=е:„(" + 1№)=1+е:0«“-^=1+^.

Усредняя по у, получим среднее значения числа обращений к календарю для продвижения одного транзакта выделенного потока в одном устройстве при наличии фонового потока в виде

ї' = 1

О Л в шяшл

Положим, типовая операция продви-^^12*^ жения транзактов выделенного потока осуществляется в многофазной системе, какой является модель виртуального канала. Пусть модель включает N узлов. Тогда виртуальный календарь такой многофазной системы для

Выпуск 4

¡Выпуск 4

продвижения транзакта по первому выделенному узлу будет содержать

гі=лг.

мест для записи особых моментов.

При реализации обращений по выделенному первому узлу параллельно выполняются обращения к общему календарю для продвижения транзактов и по другим узлам ВК. Можно принять, что в этом случае для каждого последующего у-го узла размер календаря как бы «сужается» и принимает значение

У = 1,ЛТ

Полагаем, что относящиеся к отдельному какому-либо узлу (узлы считаем идентичными) моменты особых состояний распределены равновероятно в ряде общих мест календаря. Тогда среднее число обращений к общему календарю при продвижении транзакта на

у-м узле, обеспечивающее выборку / = 1+Н/

/ Лв

значений, можно оценить формулой

1 в;-(<-1)ву-С-2) Ш]

^=-рт И Е к Е

% ] Щ -1 т2 -т ] +1 т,-=т,-_1+1

где gj определяется формулой (3).

Таким образом, по схеме событий для продвижения транзакта выделенного потока на один шаг по цепочке (ВК) из N узлов потребуется выполнить в среднем следующее число обращений к общему календарю м _

л =!л/ .

7=1 7

Итак, при продвижении транзакта выделенного потока в многофазной системе (ВК), состоящей из N узлов, оценку среднего числа обращений к общему календарю при построении алгоритма моделирования по схеме событий дает формула (5) и соответственно формула (2) при построении алгоритма моделирования по схеме процессов. Соотношение этих средних

а=Д

можно рассматривать как частный количественный критерий эффективности одной схемы построения алгоритма моделирования по отношению к другой.

В таблице представлены некоторые численные значения а анализируемого сопоставления названных схем

Таблица

N 3 5 7 9

1 1,00 1,00 1,00 1,00

2 1,55 1,97 2,40 2,84

3 2,60 3,53 4,47 5,42

4 4,05 5,60 7,19 8,78

128]

Таким образом, в имитационной модели, алгоритм которой построен по схеме событий, на каждом очередном шаге выполняется то особое состояние, время наступления которого ближайшее к текущему моменту. При этом на каждом шаге возможен переход к любому из программных модулей, реализующих моделирующий алгоритм. А это, в свою очередь, влечет вызов другой структуры данных, соответствующий типу особого состояния.

Схема процессов обеспечивает переход к нужному модулю и позволяет выполнять несколько последовательных особых состояний при очередном переходе к определенному модулю, что, как показывают приведенные расчеты, существенно сокращает число обращений к календарю событий и тем самым ускоряет процесс моделирования.

Схема процессов удобно реализуется с использованием объектно-ориентированного подхода, который широко применяется при построении мощных инструментальных систем моделирования, таких, например, как система AnyLogic [4].

Список литературы

1. Шрайбер Т. Дж. Моделирование на ОР88 / Дж. Т. Шрайбер; пер. с англ. В. И. Гаргера, И. Л. Шмуйловича; ред. М. А. Файнберг. — М.: Машиностроение, 1980. — 592 с.

2. Советов Б. Я. Моделирование систем: учебник для вузов / Б. Я. Советов, С. А. Яковлев. — М.: Высш. шк., 2001. — 343 с.

3. Борщев А. В. Практическое агентное моделирование и его место в арсенале аналитика / А. В. Борщев // Exponenta Pro. — 2004. — № 3-4 (см. также: http://www/gpss.ru/index-h.html).

4. Карпов Ю. Г. Имитационное моделирование систем. Введение в моделирование с Any-Logic 5 / Ю. Г. Карпов. — СПб.: БХВ-Петербург, 2009. — 400 с.

5. Имитационное моделирование. Теория и практика (ИММ0Д-2011): материалы IV Всерос. конф., 19-21 окт. 2011 г. — СПб.: ОАО «ЦТиС». — Т. 1. — 448 с.; — Т. 2. — 400 с.

6. Кутузов О. И. Имитационное моделирование сетей массового обслуживания: учеб. пособие: [текст] / О. И. Кутузов, В. Н. Задорожный, С. И. Олзоева. — Улан-Удэ: Изд-во ВСГТУ, 2001. — 228 с.

Выпуск 4