Моделирование дискретных событийных систем в SimEvents

Не так давно я рассказывал о том, каким образом Stateflow помогает нам моделировать событийные системы в Simulink. Stateflow покрывает потребности целого класса задач, связанных с теорией конечных автоматов и логикой переключения между состояниями. Однако, есть еще одна область дискретных событийных систем (часто по-английски они называются DES от Discrete Event Systems), которые относятся к теории массового обслуживания или теории очередей. SimEvents - это инструмент, который позволяет нам решать именно такие задачи.

Чем отличается симуляция динамических систем от симуляции событийных систем?

Динамические системы представляют собой системы, меняющиеся во времени. Симуляция таких систем обычно заключается в решении дифференциальных или конечно-разностных уравнений, характеризующих систему. Simulink является графической средой для моделирования динамических систем и предоставляет множество решателей для таких типов уравнений.

Событийные системы характеризуются тем, что в системе происходят асинхронные события, по которым система переходит из одного состояния в другое. SimEvents предоставляет ядро для симуляции дискретных событийных систем ("календарь") и для обработки событий в системе. Кроме того, SimEvents предоставляет библиотеку компонентов для дискретно-событийного моделирования в Simulink, таких как запросы на обслуживание и генераторы событий, очереди, серверы, переключатели, часы, различная статистика. Все это представлено в виде библиотечных блоков Simulink.

SimEvents одинаково применим в разных областях знаний, где применяется теория массового обслуживания. Это может быть производственная линия или анализ свойств трафика в сетях, управление парком транспортных средств или диспетчеризация самолетов в воздухе или на взлетной полосе, управление процессами и логистика, разработка архитектуры многоядерных процессоров и многое другое.

SimEvents помогает анализировать и оптимизировать задержки, пропускную способность, потери пакетов и другие характеристики производительности информационной системы.

Информационные объекты или запросы на обслуживание с настраиваемыми атрибутами позволяют гибко представлять пакеты, задачи и сущности в удобном виде.
Эти информационные объекты движутся по линиям, соединяющим блоки в модели. Это существенно отличается от того, каким образом представлены обычные сигналы в Simulink.

Это позволяет вам быстро создавать такие модели, как лента конвейера, где каждый объект представляет собой предмет, перемещающийся по ленте конвейера и который может либо находиться в очереди, либо быть направленным на выход, а также должен быть представлен в соответствии со своими атрибутами.

Или, например, смоделировать протокол связи по Ethernet и оценить такие характеристики системы как задержки пакетов, пропускная способность и загрузка канала.

Во время симуляции вы можете визуализировать поведение системы для лучшего понимания её свойств, а также более наглядного представления симуляции. Вы можете использовать встроенную статистику по блокам для получения задержек, пропускной способности, средней длины очереди и других метрик. А также использовать анимацию, чтобы видеть, как объекты и события ведут себя по время симуляции.

Полная интеграция SimEvents с MATLAB/Simulink/Stateflow позволяет нам осуществлять мультидисциплинарное моделирование сложных систем. Например, если мы говорим про управление воздушным трафиком, то мы можем моделировать диспетчеризацию самолетов на взлетной полосе при помощи SimEvents, а траекторию самолета при взлете при помощи Simulink. При помощи Stateflow мы можем моделировать режимы работы самолета - например, реакцию на ошибки (если два самолета находятся слишком близко друг к другу на взлетной полосе). Это дает нам по-настоящему сильный инструмент системного моделирования.

С использованием других продуктов из семейства Simulink вы можете создавать трехмерные анимации ваших моделей (Simulink 3D Animation), запускать симуляции в параллели (Parallel Computing Toolbox) и использовать алгоритмы для оптимизации (Simulink Design Optimization) процессов и решения задач по маршрутизации, планированию, выделению ресурсов и задач сетевой оптимизации.

Чтобы получить больше информации о SimEvents, вы можете обратиться к странице продукта на сайте MathWorks. В разделе Videos & Examples есть много примеров, демонстрирующих возможности SimEvents.