CC BY
39
М.А. ВОЛК канд техн наук, доц ХНУРЭ (г. Харьков
ПАРАДОКС МОМЕНТА МОДЕЛЬНОГО
ВРЕМЕНИ В РАСПРЕДЕЛЕННЫХ
ПОВЕДЕНЧЕСКИХ ИМИТАЦИОННЫХ МОДЕЛЯХ
В статье рассматриваютсэтроблемы управления: остоянием распределеннойшитационной моделипри зафиксированномюдельног/времени В качествеформальногсвппаратао писания распределенныимитационныхмоделеюыбраньпроцесснавалгебреи структурнаяреализации программногопредставленижоделей Предлагаются! ути достиженияоднозначностисо стояния моделю неизменный момент модельноговремент в момент отката модельногшр емени Библиогр: Юназв
Ключевыеслова распределеннывмитационныалодели процесснадалгебрэоткат модельного времени
Постановка проблемы Основной задачей поведенческого имитационногомоделированияявляетсяправильно® тображениш орядкаи временных отношений между изменениями в моделируемойсистеме на порядок выполнения событий в модели [1]. Управление временем в имитационныхсистемахявляетсжаиболеэштереснойсложной наукоемкой проблемой которая увеличивает свою сложность с применением распределенньимоделей то есть моделей функционирующих^ разных ресурсаж взаимодействующихмежду собой В статье рассматриваются некоторые составляющиепроблемы - управление состоянием модели в зафиксированнымоментмодельногсвременки в моментоткатамодельного временю прошлое
Анализ литературы Наиболее известными способами описания процессов в имитационных средах моделированияявляются структурно алгоритмический [2], на основе процессной алгебры [3 - 5], объектно ориентированный например на основе стандарта HLA (High Level Architecture) [6, 7]Всеониобладаютнедостаточноффективны|формальным аппаратом описания распределенных имитационных моделей систем моделирования и алгоритмов их взаимодействия Некоторые модели отражающие процесс функционирования распределенныхимитационных моделейприведеньв [8, 9]. Их общийн едостатокзаключаетсяв высоком уровнеабстракций который не позволяещостаточнсформализоватвроцесс построениямоделирующейредыс цельюсозданифаспределеннымоделей и автоматизацииуправленияими. В работе [10] приведен их анализ и предложено процессное представление состояний распределенных имитационныхмоделейс учетомспецификшх программнофеализации
Цель статьи - развить формальный аппарат представления имитационных моделей на основе процессной алгебры [2, 3], который позволит представить вычислительные процессу протекающие в имитационнойсистемалоделирования; естественной(программно$ точки зрения Рассмотреть парадокс момента модельного времен^ который заключаете» том, что в один и тот же моментмодельногевременимодель может иметь множество состояний возникающее в результате последовательности параллельногиспол ненижода модели(совокупности частных моделей Предложитьпути достиженияоднозначностисостояния модели в неизменный момент модельного времени и в момент отката модельнопвремени
Транзакционныемодели Наличиеу п рограммноймоделип окальных переменные которые не отражаютнапрямуюсостояниемодел1<1 приводитк обсуждению вопроса о необходимости их журнализации Действительнр например в подпрограмме» ктивностив цикле идет расчет суммы ряда значений ли о проезначенита множеств® ходных сигналов Переменная циклав этом случаеуказываетна номеритерацикв циклеи, фактически не отражается^ состоянии« од ели Для уменьшенижремені/вьіпол нениягакой активносп/переменнукцикламожнонесохранятыерезинтерфейщанных В таком случае с одной стороны мы получаемвыигрыш во времениработы активности с другой стороны теряем возможностьвосстановлени$работы моделкв любоймоментвремени
Отмети^ что активностьможет реализовыватвее операции^ данными черезинтерфейсданных В этом случае модельможет быть возвращенае тольков одно из состояний связанных: конкретным значениемиодельного времени но и влюбоесостояниа/іеждуизменениями/юдельногсвремені^то естьв любой моменти сполненияпрограммы на юторомпроизошегсбойили остано$. На практике такое свойство необходимо редко (например для обеспечениявысокойнадежностю реальноіюремені^, а повышениевремени исполненигактивностццелаетгакойподходнецелесообразным
Определений. Будем называтьактивносп? которая реал изуеработус данными через интерфейс данных нетранзакционной активностьк? активності? имеющую собственные внутренние нежурнализируемые переменные- транзакционновктивностыо
Свойствотранзакционностиіодчеркиваетгот факт что, с точки зрения системымоделированьдактивностьдолжнавыполнитьвсе свои операцииот началадо конца, а фиксациясостояниятакой активности возможно до или послеееисполнения
Моделі? в которой все активности нетранзакционны сама является нетранзакционной Моделі? в которой хотя бы одна из активностей транзакционнэявляетеяранзакционной
При построениимоделкразработчиксам решаетвопросо реализации модели В отношениисвойствагранзакционностиможновыработатифитерий
рациональностиего применения Так, если время выполнения активности превышает(или соизмерим^) суммарноевремявыполнениявсех остальных активностеймодели а вероятноствсбояили откатаактивностивеликд можно рекомендоватьиспользованиенетранзакционнойактивности Если время выполненигактивностинезначительнао сравнениюс другими активностями модели лучшим решениеі^будетиспользованишранзакционнойактивности
Отмети^ что вполнедопустимоналичиев однойимитационноймодели активностейгранзакционногогсм нетранзакционногвипа
Парадокс момента модельноговремени В большинстве систем моделирования родвижениемиодельногсвременизанимаетсїуправляющая программа или отдельная подпрограмма частной модели а поведение имитационной модели состоит в изменении данных модели в зафиксированньїйнеизменньїкмоментвремени Следователь^® один и тот же моментмодельногсвременисуществуютдваразныхсостоянияданных
модели с/аг/* э (іп$к. Еслиактивностьнетранзакционногвипа, то таких
состоянийцанныхмоделииожетбытьнесколько
При реализациюткатамодельногсвремені/в такой ситуациивозникает закономерный вопрос о том, в какое из множества состояний модели зафиксированные журнале на момент времен^ к, необходимо вернуть модель
Определений. Состояние моделкв некоторый момент модельного времени ^ называется однозначные если с этим моментом времени
ассоциируетсяолькооднозначениес/Аг/*.
Утверждениеі. Алгоритмы синхронизациицолжны осуществлятиамп памяти моделип ибо да либо послевыполнениявсех активностей момент модельнопвремені/^дляоднозначногоопределенияостояниямоделкв этот моментвремени
Доказательсдт&ассмотримлножествовозможныхсостоянийиоделкв моментвремен^ при условиисуществованидвухактивностей изменяющих состояниа/юделкв эготмоментвремени
№п\к э сІггі$к, Д О Д сігц Осіщ дс/АГ^ э $5 с1т$к, ОД сіт^ Осіт
Возможныследующиестратегииосуществленидампапамяти
1 .Дамп памяти осуществляетсяередвыполнением<аждой активности реализу^такназываемретрефикснодействие
МЛ =А, амп Стк)А.
В^2 — ^амп(^/с )'^2‘
В этомслуча§согласно(1), в журналбудетвнесенсдваразныхзначения состояниямодели (ігг\к и . В случаевыполнени?Л/ активностей таких возможныхзначенийсостоянияиоделибудетсоответственнА/. В результатэ однозначного соответствия состояния модели моменту времени не достигается
2. Дамп памяти осуществляетсяюсле выполнения« аждой активности реализу^такназываемрвюстфиксноадействие
МА — А'Аіамп 0~к),
В^2 — ^2'Аіамп (^їг)-
В этом случае согласно(1), в журнал будетвнесенрцваразныхзначения состояниямодели сІпі$к и сІпі$к. В случаевыполненияЛ/ активностей таких возможныхзначенийсостоянияиоделибудетсоответственнА/. В результатэ однозначного соответствия состояния модели моменту времени не достигается
3. Дамп памятиосуществляетсдо выполненижсехактивностейм одели в момент временак. Введемдвадополнительных:остояниямодели сУ/г/^ и
с/аг$*, соответствующиеостояниякдо и послевыполненижсехактивностей Тогдаприусловиипрефиксногсдействия
Аіамп(^/с)-(А
согласно (1), возможны следующие трассы поведения модели
( с/аг/* ® (іп\к ® С/А4* ® СІггі}к ) или с/аг/* ® с/ат% ® с/ал[* ® с/аї$* .
Независимсвт трассу будетсохраненаголькоодносостояниа/юдели- сІігІк.
Увеличение<оличестваактивностейіриведеж увеличеникколичестваграсд но не повлияетна сохраненноесостояниеСледовательм® данном случае однозначноЕоответствидостигнуто
4. Дамп памяти осуществляетсяіосле выполнения всех активностей м одел 1<в моментвремени^. Тогдаприусловиипостфиксногсдействия
(414>)Д
амп (тк),
согласно (1), возможны следующие трассы поведения модели
( с/аг/* ® с/ал[* ® С/А4* ® Сіггі}к ) или с/аг/* ® с/ат% ® с/ал[* ® С/А7$* .
Независимоот трассы будете охраненотолько одно состояниемодели-сІпі$к. Увеличение<оличестваактивностейіриведеж увеличеникхоличества
трасд но не повлияетна сохраненноесостояние Следователь^® данном случаеоднозначно«;оответствидостигнуто
5. Выполнениедампапамятидо ипослевыполненияктивностей
Аіамп(^/с)-(А ■Діамп(7/с) приводитк существованикдвухзначенийсостоянияиоделі/в один и тот же моментвремени сІігІк и с/лті^. Таким же образоіуі выполнениедампапамяти
дои после выполнения активностей приводитк увеличеникк оличества сохраненныхюстоянигё один и тот же моментмодельнопвремени
Следствием Для реализациимеханизмор позволяющих выполнять неоднократныедампып амятив один и тот же момент времени порядок выполнения дампов не п озволяетрешить задачу однозначного состояния моделкв фиксированный/юментвремени
Следствий. При наличии двухи болеедамповпамятив некоторый моментмодельногсвремені/їк не существуетоднозначностю определении состояниям одел кв этотмоментмодельнопвремени
Согласнсвведенны)активностейзохраненизданныхмодели существует еще одна активность-/АфИК({с//7?, &). фиксирующаяізменениєнастид анных модели Во времяработыповеденческойактивноститакихизмененийможет бытьнесколько в связис чем еереализаццяв общемслуча? гораздосложнее дампап амятии может потребоватьналичиян екоторогоатрибуту который будетупорядочиватваписив порядкеих совершенияЕслимы имеемделос последовательной/юделью (или последовательнойастной моделыфэ та упорядоченностьвозникаетс ама собой Для того, чтобы модели которая прошлаграссуизмененийхгстояния
сіпу в сИув сіту ... э ^еГ^'^® с/аг? ',
вернутьв первоначальноеостоянир необходимсвыполнитьупорядоченную обратнуюпоследовательносвктивностей
СІЩ -'в ... скфз Щ^вФ’® (Шуе #‘ёо(8^)® СІГЦ.
Реализациятакой трассы возможна в случае если поведенческие активности подмодели выполняются последовательней данные разных частныхмоделейне пересекаются случаепараллельногфаспределейного выполнения частных моделей или, если данные разных частных моделей пересекаютоя требуются более сложные алгоритмы управленияданными требующиедополнительнойлужебноСмнформации
Пусть в моментмодельногсвремен^ произошло^. запусковактивности
Афж^гп,^). Введем« ножествсметоШ = {1....°°} и активностьменеджера
памятиЛде(п(1), котораявыдаеточередношеубывающеаначениетОМ при ее вызове(применениеактивностиЛде(п(0) приведек получению текущего значенияп):
dir] s drrfV m. (2)
Новое значением сохраняетсявместес новым значением: остояния моделей становитьсяатрибутом измененныхданных модели Очередное значением можетвычислятьсяю разньїмзаконаїуі например
1. Неубывающая последовательность mnej(f > mnextA. Достоинства все записи упорядочен^ наименьшеевремя определенияметки Недостатки сложность алгоритмов поиска нужной запису особенно если необходим просмотризмененийголько одной структуры данных сложностьреализации дампапамятив прошлом
2. Неубывающая последовательностьв пределах одного момента
модельнопвремени rrfnkext > rrftextA, =1.
3. Неубывающаяпоследовательнортвписаннаяв пункте 2, формируется для каждой распределеннонастной моделкв случаедецентрализованного менеджераіамяти Образованноеем самыммножествопоследовательностей дляорганизациизинхронизацииможетпотребоватюведениздополнительных атрибутов фиксирующихпродвижениетоведенческижвойствподмод ел міри пересекающихсданныхмодели
Утверждение 2. Наличие атрибута последовательності/изменения данных позволяет вернуть модель в любое из прошедших состояний в текущий момента од ельнопвремени
Доказад77Єльсд77в£Ірименениеірефикснойактивності4 предшествующей сохраненикизмененияюдмножестваданных(2), приводитк формированию м ножествазаписейгипа
{{ dir], 1}, { dn%, 2}.{dirj-',rrft.
ОднократновіримененибактивностиА’фі1К({С//Г7, tk) приводитк выборуиз этого множествазаписис номероіуі на единицуменьшимтекущегозначения т, то естьмодельперейдев предыдущежостояние Применениєактивности А’фж^гп, tk) возможногл— 1 раз послечегомодел ьперейдев состояниес/АГ}, пройдявсе состояния: меткамиот тдо 1.
Следствием Наличие упорядоченногомножества изменений данных модели drr] за счет примененияметки из множества/W, позволяетвернуть модельв прошло?непосредственн0спользужомерметки1<щзи< т, минуя промежуточнывсостояниуданны* находящихса/іежду агьиИ т
Аналогично дампу памяти для достижения однозначностисостояния моделкв момент мод ел ьноговремені^^ н еобходимовыбратьиз множества измененийданныхмоделиоднр соответствующеед ной метке из множества М. Как правилр это минимальное или максимальноезначение меткц связанное с tk. Таким образом аналогично дампу памяти при откате модельноговремениосуществляетсвыборкаданных drr], сохраненныхдо либо после выполнения всех активностей модели Следует ОТМЄТИТІ? что
последнееправилодействуетвне зависимостиот того фактд являетсяли модельгранзакционнойїли нет.
Выводы В данной работе получил развитие формальныйаппарат представленияпрограммных распределенныхимитационных моделей на основепроцесснойалгебры Рассмотреньбазисныеактивностижурнализации сточки зрениядостиженияэднозначноспсостояниямоделкв фиксированный моментмодельнопвремени
Практическаувначимостфаботызаключаетсж возможнойунификации программныхимитационныхмоделей упрощении^ ускорении процессаих построения на основе простого интерфейсу основанного на управлении даннымим одели возможности автоматизации на базе менеджерапамяти алгоритмоЕуправленияиодельньі№ременеіуів частностиоптимистически)м консервативныхалгоритмовсинхронизациираспределенныжшитационных моделей
В дальнейшем планируется реализовать известные алгоритмы управлениямодельнымвременеш терминахпредставленногслроцессного описания
Список литературы 1. Окольнишников В.В. Представление времени в имитационном моделирований В ..ВЭкольнишникоё! Вычиспительныегехнологии - Сибирское отделение РАН. - 2005. -Т. 10. -№5. -С. 57-77.2. МаксимейИ.В. ИмитационноеиоделированиваЭВМ.
I И.В. МаксимеО - М.: Радио и связь 1988. - 222с. 3. Хоар Ч. Взаимодействующие последовательньироцессы Пер с англ / Ч. Хоар - М.: Мир, 1989. - 264с. 4. A Calculus for Communicating Systems, LNCS92, 1980. - 175.pThe Space and Motion of Communicating Agents, to appear, Cambridge University Press, 2009. - 2СЮ (£EE STD 1278.1-1995. IEEE Standard for Distributed Interactive Simulation - Application Protocols. - N.Y.: Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc., 19957. Allen R. Formal modeling and analysis of the HLA component integration standard R. Allen, D. Garlan, J. IveiM Proc. of the 6th ACM SIGSOFT Intern. Symp. on Foundations of Software Engineering. - 1998. - P. 70-B9.Вознесенская.В. Математическаяиодельдля анализа производительности распределенных систем имитационного моделирования / Т.В. ВззнесенскаЯ ИскуственныйинтеллектЩонец^. - 2002. -№2. -С. 74-78.9. МиковА.И. Программныесредства)птимизацифаспределенногамитационногсвкспериментг( АИ. Микод Е.Б Замятина А.А. Козлов // Научный сервис в сети Интернет масштабируемость параллельностыэффективностьТруды Всероссийскойсуперкомпьютерной<онференции(21-26 сентября2009 г., г. Новороссийск - М.: Изд-во МГУ, 2009. - 524с. 10. ВолкМА. Процессное представлениесостояний распределеннымшитационных моделей с учетом специфики их программной реализации / М.А Волк II Вісник Національного технічного університету "Харківський політехнічнийінститут1'. Тематичними пуск Інформатика моделювання-Харків:
НТУ "ХПІ". - 2009. -№ 13. -С. 23-33.
СтатьяіредставленАт.н проф каф ЭВМХНУРЭ УдовенкоС.Г.
УДК 681.324
Парадоксмоментумодельногаасув розподіленияоведінковихмітаційнихмоделях / ВолкМ.О. II Вісник НТУ "ХПІ". Тематичними пуск Інформатика моделювання-Харків:
НТУ "ХПІ". - 2010. -№21. -С. ЗО - 37.
У статті розглядаютьсяіроблемикеруваннястаномрозподілено'іімітаційної моделі при зафіксованомуиодельномушсі. Як формальнишпаратопису розподілениямітаційних моделей обрані процесна алгебра і структурна реалізації програмного представлення моделей
Пропонуються шляхи досягненняоднозначностістану моделів незмінний момент модельного часуй у моментвідкотумодельногонасу Бібліогр: 10 назв
Ключовісловарозподіленімітаційні моделі процеси аапгебрзвідкіт модельногоіасу.
UDC 681.324
The paradox of the model time in distributed behavioral simulation model / Volk M.A.
// Herald of the National Technical University "KhPI". Subject issue: Information Science and Modelling.
- Kharkov: NTU "KhPI". - 2010. ■№. 21. - P. 30 - 37.
The problems of controlling the state of distributed simulation model for a fixed time model. As the formal apparatus of the description of distributed simulation models of selected process-algebra and the structural implementation of the program representation model. The ways to achieve the uniqueness of the state of the model in a constant time model time and time rollback modeling time. Refs: 10 titles. Keywords distributed simulation models, process algebra, rollback model time
Поступипт редакциюі5.04.2010
