Статистическое имитационное моделирование

Процесс имитационного моделирования системы включает следующие основные этапы:

• построение математической модели;

• машинная реализация модели;

• получение и интерпретация результатов моделирования.

Содержательное описание процессов, происходящих в исследуемом объекте, и, возможно, существующее их математическое описание, представленные в качестве исходной информации для моделирования, носят название концептуальной модели.

Концептуальная модель предъявляет свои требования к системе моделирования, на которой она будет реализована, и, наоборот, система моделирования оказывает влияние на терминологию, используемую при описании концептуальной модели.

Математическая модель реальной системы является тем формальным описанием объекта, изучение которого возможно математическими методами, в том числе и с помощью имитационного моделирования.

Переход от концептуальной модели к математической называется формализацией.

Процесс построения математической модели включает ряд этапов, при выполнении которых формулируется проблема, анализируются задачи моделирования, определяются требования к исходной информации и организуется ее сбор. На различных этапах моделирования проверяется достоверность модели, составляется техническая документация по отдельным этапам.

Для имитационного моделирования характерно воспроизведение явлений, описываемых математической моделью, с сохранением их логической структуры, последовательности чередования во времени при помощи средств вычислительной техники. Поэтому не обязательно записывать математическую модель в виде системы уравнений относительно искомых величин. Достаточно описать алгоритмы имитации отдельных подпроцессов, характеризующих систему и алгоритмы связи этих подпроцессов.

Наиболее рационально строить модель функционирования системы по блочному принципу. При этом могут быть выделены три группы блоков такой модели. Блоки первой группы представляют собой имитацию воздействий внешней среды на систему; блоки второй группы являются собственно моделью процесса функционирования исследуемой системы; блоки третьей группы – вспомогательными и служат для машинной реализации блоков двух первых групп, а также для фиксации и обработки результатов моделирования.

Типовой моделью функционирования элементов информационно-управляющих систем: абонентских пунктов, процессоров, устройств памяти, устройств ввода-вывода является система массового обслуживания (СМО).

Пусть математическая модель системы задана в виде СМО, и основная задача состоит в машинной реализации этой модели и ее исследо-вании.

Информационные и вычислительные системы функционируют при действии множества случайных факторов. Поэтому при исследовании таких систем используется метод статистического моделирования.

Под статистическим моделированием понимают процесс создания и исследования на ЭВМ алгоритмических вероятностных моделей, учитываю-щих случайный характер внешних воздействий и внутренних законов функ-ционирования объектов моделирования.

Рис. Схема взаимодействия блоков статистической модели

Статистическая имитационная модель объекта представляется в виде моделирующей программы для ЭВМ, которую условно можно разделить на три блока.

В блоке имитации процессов функционирования объекта реализуется основная часть алгоритмической модели. Здесь воспроизводится логика и динамика взаимодействия элементов модели, организуется отсчет модельно-го времени, обеспечивается сбор данных моделирования, необходимых для расчета оценок характеристик функционирования объекта.

Блок имитации случайных воздействий служит для воспроизведения параметров случайных явлений и процессов. В его состав входят генераторы базовых случайных величин, а также генераторы случайных воздействий с требуемыми свойствами. В блоке статистической обработки данных модели-рования рассчитываются как текущие значения характеристик, так и итого-вые характеристики, составляющие результаты экспериментов с моделью.