离散事件系统建模与仿真研究

《离散事件系统建模与仿真》

课程学习报告

课程名称 离散事件系统建模与仿真

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学生学号 2012

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离散事件系统建模与仿真

摘 要

离散事件系统仿真是现代仿真技术的主要研究热点之一。离散事件系统是一类在工程技术、经济、军事等领域常见的系统，它们的状态在一些不均匀的离散时刻发生变换且状态变换的内部机制比较复杂，往往无法用常规的数学方法来描述。离散事件系统仿真是当前研究这一类系统的最有用处的方法之一。要对系统进行仿真研究，首先需要建立系统的仿真模型。笔者比较详细地探讨了离散事件系统仿真建模的核心——仿真流程管理、离散事件系统的三种仿真建模策略，即：事件调度法、活动扫描法、进程交互法。

关键词：离散事件系统，仿真建模，仿真策略，系统仿真，事件调度法

1 基本概念

1.1 系统仿真与系统

系统仿真是以相似原理、系统技术、信息技术及其应用领域有关专业技术为基础，以计算机和各种专用物理效应设备为工具，利用系统模型对真实的或假想的系统进行动态研究的一门多学科的综合性技术口]。相似论是系统仿真的主要理论依据。

系统仿真研究的对象是系统。系统是指具有某些特定功能、按照某些规律结合起来、互相作用、互相依存的所有事物的集合或总和。

任何系统都存在三方面需要研究的内容，即实体、属性和活动。实体是存在于系统中的每一项确定的物体。属性是实体所具有的每一项有效的特性。活动是导致系统状态发生变化的一个过程。活动是在一段时间内发生的情况，活动反映了系统的变化规律。存在系统内部的实体、属性和活动组成的整体称为系统的状态。处于平衡状态的系统统称为静态系统，状态随时间不断变化着的系统为动态系统。

实验二 离散事件系统仿真实验

目录实验题目.................................................................................................................1一、实验目标.........................................................................................................1二、实验原理.........................................................................................................11. 排队系统的一般理论.................................................................................12. 离散系统常用的仿真策略.........................................................................23. 本实验采用单服务台模型.........................................................................34. 仿真运行方式.............................................................................................3三、理论分析.........................................................................................................41. 涉及的基本概念.........................................................................................42. 仿真的总体规划设计.................................................................................5四、建模过程.........................................................................................................71. 思路分析.....................................................................................................72. 仿真策略.....................................................................................................73. 事件列表.....................................................................................................84. 变量定义.....................................................................................................85. 系统流程框图.............................................................................................9五、仿真源程序（Matlab）...............................................................................10六、结果分析.......................................................................................................12七、感受及建议...................................................................................................15实验题目

第18卷增刊1 系 统 仿 真 学 报© Vol. 18 Suppl.2 2006年8月 Journal of System Simulation Aug., 2006

·116·基于Agent的建模与仿真和离散事件仿真的集成应用研究 李 昊，戴金海 （国防科技大学航天与材料工程学院，湖南长沙 410073） 摘 要：基于Agent的建模与仿真（ABMS）和离散事件仿真（DES）同属先进的建模仿真模式，都具备一定处理复杂系统问题的能力。ABMS继承面向对象思想，擅长从微观角度着手分析复杂系统；DES沿用传统的面向过程思想，能对复杂系统整体的宏观行为进行分析。二者在功能上具有互补性。在对两种模式深入分析的基础上，本文提出将二者集成应用的思想，扩展了传统DES事件表的结构，提出将ABMS和DES集成应用的完整框架，并实现了一个支持此框架实现的软件平台——absimlib，充分发挥了两种仿真模式的优势，弥补了单独使用其中任何一种的不足，增强了对复杂系统的建模与仿真能力，且结构简单、易于实现和向分布式环境下扩展。最后以一个防空作战的例子证明此方法的有效性。 关键词：基于Agent的建模与仿真；Agent；离散事件仿真；事件 中图分类号：TP391.9 文献标识码：A 文章编号：1004-731X (2006) S2-0116-04 Study on Integrated Usage of Agent-based Modeling and Simulation and Discrete Event Simulation LI Hao, DAI Jin-hai (College of Astronautics and Material Engineering, NUDT., Changsha 410073, China) Abstract: Agent-based Modeling and Simulation (ABMS) and Discrete Event Simulation (DES) are all advanced modeling and simulation paradigms, and they have abilities for analysis of the problems about complex systems. ABMS follows the object-oriented ideas, so it can work well in the micro aspect of systems; and DES adopts progress-oriented ideas, so it can work well in the macro aspect. Therefore, they can amend each other on the functions. By analyzing them in details, the idea was proposed to integrate them for using, which extends the structure of event list in DES, brings out a full architecture for integrated usage of ABMS and DES, and realizes a software platform, absimlib, to support the realization of the architecture. All the efforts bring into playing the advantages of the two simulation paradigms, avoid the shortages incurred by using one of them alone, and increase the abilities for studying on complex systems. Furthermore, the architecture is simple, and easy to realize and extend to distributed environments. At last, an air-defense system was given out to show the effectiveness of the idea as an example. Key words: agent-based modeling and simulation; agent; discrete event simulation; event 引 言 基于Agent的建模与仿真[1]（ABMS）是当前最为活跃的一个研究领域，以Agent模型[2]为核心的建模仿真思想自上世纪80年代初被提出后，历经20余年的发展，已形成一套较为完善的建模与仿真模式，被广泛应用于社会科学、生物科学、经济学、军事等诸多领域。ABMS打破传统研究复杂系统“自顶向下”的模式，从模型的基本单元“Agent”着手，然后通过多个Agent间的交互获得系统所涌现的宏观特性，这是一种“自底向上”的思想，在对复杂系统详细分析研究中具有不可替代的作用[3]。另外，Agent还可具有人的属性，因此ABMS对当前迫切需要解决的人工系统[4]诸多问题的分析研究中也占据重要地位。但是，ABMS并没有给出建模与仿真应用的完整框架，最有代表性的问题是没有给出仿真 收稿日期：2006-03-29 修回日期：2006-05-28 基金项目：国防预研基金(51420010303KG01) 作者简介：李昊(1978-)，男，辽宁盖县人，博士生，研究方向为复杂系统建模与仿真，基于Agent的建模与仿真方法，卫星系统建模与仿真；戴金海(1943-)，男，河北昌黎人，教授，博导，研究方向为飞行器系统建模与仿真，飞行器动力学、制导与控制，武器系统及运用工程。 运行的时序逻辑。 离散事件仿真[5-6]（DES）作为一种有效的建模仿真方法，已被广泛用于工业、军事、学术研究等领域，已形成一套完整的支持DES的理论。但传统的DES具有某些先天缺陷。第一，DES是按过程对系统进行分析的。DES用状态来描述系统，通过在时间轴上按一定规律发生的事件实现对系统状态的改变。这样，系统中实体的概念并没有被突出，尤其是当系统中含有具有适应性的主动个体时。第二，DES对事件的调度是基于马尔可夫过程的，即不具有记忆性，更不具备学习能力，这无法满足当前人工系统仿真研究的某些要求。第三，DES主要支持系统中物质流和能量流的运动，对信息流在系统中的运动过程的表示能力很有限，这无法满足当前某些领域（军事对抗）的要求。第四，DES的模型结构使其向分布式应用扩展受到很大限制。 通过对ABMS和DES的分析，会发现二者在功能上有很强的互补性，这就自然会产生将它们综合运用的想法。但将ABMS和DES作为两种独立的建模仿真模式，有着独立的看待问题的视角，且具有不同的建模仿真框架，因此综合第18卷增刊1 Vol. 18 Suppl.2 2006年8月 李 昊, 等：基于Agent的建模与仿真和离散事件仿真的集成应用研究 Aug., 2006

计算机工程与设计ＣｏｍｐｕｔｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ａｎｄＤｅｓｉｇｎ　２０１１，Ｖｏ１．３２，Ｎｏ．３　９０５　

离散事件驱动的流程建模方法与系统实现　

贾　艳，　李世其，　李晋航　

（华中科技大学机械科学与工程学院，湖北武汉４３００７４）　

摘　要：在仿真建模中，为了使建模工具简单易用、仿真运行高效，建立了三层仿真元模型体系结构，并在流程定义分析的　

基础上，结合扩展有向图建模方法，针对模型层研究了离散事件驱动的流程建模方法。基于该流程建模方法及ＸＭＬ文档形　

式化描述及数据传递技术，采用面向对象的设计方法，开发了适用于离散事件驱动的流程建模系统。该系统提供了简单的　可视化流程建模工具，简化了建模流程，易于对模型的理解与交流。　

关键词：扩展有向图；离散事件驱动；流程建模；元模型；ｘＭＬ（可扩展标记语言）　

中图法分类号：ＴＰ３９１．９　文献标识码：Ａ　文章编号：１０００．７０２４（２ｏｌ１）０３—０９０５—０５　

Ｍｏｄｅｌｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄ　ａｎｄ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｄｉｓｃｒｅｔｅ　ｅｖｅｎｔ—ｄｒｉｖｅｎ　ｐｒｏｃｅｓｓ　

ＪＩＡ　Ｙａｎ．ＬＩ　Ｓｈｉ—ｑｉ．ＬＩ　Ｊｉｎ—ｈａｎｇ　

（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈｕａｚｈｏｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆＳｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｗｕｈａｎ　４３００７４，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｍｅｅｔ　ｓｉｍｐｌｅ　ｕｓｅ　ｏｆ　ｍｏｄｅｌｉｎｇ　ｔｏｏｌ　ａｎｄ　ｈｉｇｈ　ｒｕｎｎｉｎｇ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ｏｆ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ，ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｍｅｔａ　ｍｏｄｅｌ　ｉｓ　ｂｕｉｌｔ　ｗｉｔｈ　ｔｈｒｅｅ—ｌａｙｅｒ　ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ．Ｔｈｅｎ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ，ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ　ｗｉｔｈ　ｅｘｔｅｎｄｅｄ—ｄｉｒｅｃｔｅｄ　ｇｒａｐｈ，ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅ