Розподілене моделювання в EMS на основі архітектури HLA
Пропонується технологія інтеграції потужного формального апарата Е-мереж та ієрархічного агрегатного підходу, застосованого в системі імітаційного моделювання EMS, в архітектуру високого рівня HLA для проведення розподіленого моделювання з метою дослідження систем зі складною структурою....
Збережено в:
| Дата: | 2011 |
|---|---|
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Ukrainian |
| Опубліковано: |
Інститут проблем математичних машин і систем НАН України
2011
|
| Назва видання: | Математичні машини і системи |
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/83635 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Розподілене моделювання в EMS на основі архітектури HLA / В.В. Казимир, Г.А. Сіра // Мат. машини і системи. — 2011. — № 4. — С. 125-135. — Бібліогр.: 9 назв. — укр. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-83635 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-836352015-06-22T03:02:08Z Розподілене моделювання в EMS на основі архітектури HLA Казимир, В.В. Сіра, Г.А. Моделювання і управління великими системами Пропонується технологія інтеграції потужного формального апарата Е-мереж та ієрархічного агрегатного підходу, застосованого в системі імітаційного моделювання EMS, в архітектуру високого рівня HLA для проведення розподіленого моделювання з метою дослідження систем зі складною структурою. Предлагается технология интеграции мощного формального аппарата Е-сетей и иерархического агрегатного подхода, примененного в системе имитационного моделирования EMS, в архитектуру высокого уровня HLA для проведения распределенного моделирования с целью исследования систем со сложной структурой. The technology of integration of the powerful formal E-nets device and hierarchic aggregate approach which is used in the system of simulation use of EMS, in High Level Architecture (HLA) for distributed modeling applied by research of complex structure systems is proposed. 2011 Article Розподілене моделювання в EMS на основі архітектури HLA / В.В. Казимир, Г.А. Сіра // Мат. машини і системи. — 2011. — № 4. — С. 125-135. — Бібліогр.: 9 назв. — укр. 1028-9763 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/83635 004.94; 004.75 uk Математичні машини і системи Інститут проблем математичних машин і систем НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Ukrainian |
| topic |
Моделювання і управління великими системами Моделювання і управління великими системами |
| spellingShingle |
Моделювання і управління великими системами Моделювання і управління великими системами Казимир, В.В. Сіра, Г.А. Розподілене моделювання в EMS на основі архітектури HLA Математичні машини і системи |
| description |
Пропонується технологія інтеграції потужного формального апарата Е-мереж та ієрархічного агрегатного підходу, застосованого в системі імітаційного моделювання EMS, в архітектуру високого рівня HLA для проведення розподіленого моделювання з метою дослідження систем зі складною структурою. |
| format |
Article |
| author |
Казимир, В.В. Сіра, Г.А. |
| author_facet |
Казимир, В.В. Сіра, Г.А. |
| author_sort |
Казимир, В.В. |
| title |
Розподілене моделювання в EMS на основі архітектури HLA |
| title_short |
Розподілене моделювання в EMS на основі архітектури HLA |
| title_full |
Розподілене моделювання в EMS на основі архітектури HLA |
| title_fullStr |
Розподілене моделювання в EMS на основі архітектури HLA |
| title_full_unstemmed |
Розподілене моделювання в EMS на основі архітектури HLA |
| title_sort |
розподілене моделювання в ems на основі архітектури hla |
| publisher |
Інститут проблем математичних машин і систем НАН України |
| publishDate |
2011 |
| topic_facet |
Моделювання і управління великими системами |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/83635 |
| citation_txt |
Розподілене моделювання в EMS на основі архітектури HLA / В.В. Казимир, Г.А. Сіра // Мат. машини і системи. — 2011. — № 4. — С. 125-135. — Бібліогр.: 9 назв. — укр. |
| series |
Математичні машини і системи |
| work_keys_str_mv |
AT kazimirvv rozpodílenemodelûvannâvemsnaosnovíarhítekturihla AT síraga rozpodílenemodelûvannâvemsnaosnovíarhítekturihla |
| first_indexed |
2025-07-06T10:27:08Z |
| last_indexed |
2025-07-06T10:27:08Z |
| _version_ |
1836892950798270464 |
| fulltext |
© Казимир В.В., Сіра Г.А., 2011 125
ISSN 1028-9763. Математичні машини і системи, 2011, № 4
УДК 004.94; 004.75
В.В. КАЗИМИР, Г.А. СІРА
РОЗПОДІЛЕНЕ МОДЕЛЮВАННЯ В EMS НА ОСНОВІ АРХІТЕКТУРИ HLA
Анотація. Пропонується технологія інтеграції потужного формального апарата Е-мереж та
ієрархічного агрегатного підходу, застосованого в системі імітаційного моделювання EMS, в ар-
хітектуру високого рівня HLA для проведення розподіленого моделювання з метою дослідження
систем зі складною структурою.
Ключові слова: розподілене моделювання, система EMS, Е-мережі, ієрархічний агрегатний підхід,
архітектура HLA.
Аннотация. Предлагается технология интеграции мощного формального аппарата Е-сетей и
иерархического агрегатного подхода, примененного в системе имитационного моделирования
EMS, в архитектуру высокого уровня HLA для проведения распределенного моделирования с целью
исследования систем со сложной структурой.
Ключевые слова: распределенное моделирование, система EMS, Е-сети, иерархический агрегат-
ный подход, архитектура HLA.
Abstract. The technology of integration of the powerful formal E-nets device and hierarchic aggregate
approach which is used in the system of simulation use of EMS, in High Level Architecture (HLA) for dis-
tributed modeling applied by research of complex structure systems is proposed.
Keywords: distributed modeling, EMS system, E-nets, hierarchic aggregate approach, HLA architecture.
1. Вступ
Роль моделювання як методу наукових досліджень та методу рішення технічних задач
завжди оцінювалась досить високо. Особливого значення моделювання набуває в сучасних
умовах прискорення науково-технічного прогресу – досить часто постає потреба прове-
дення дослідження складних систем за умов обмеженості часових, трудових, енергетичних
та матеріальних ресурсів.
Сучасні тенденції в галузі інформаційних технологій ставлять на порядок денний
питання створення розподілених систем імітаційного моделювання, здатних на новій тех-
нологічній основі реалізовувати додаткові переваги моделювання як методу дослідження
складних систем.
Застосування розподіленого моделювання дозволить:
– зменшити час реалізації імітаційних експериментів;
– збільшити об’єм пам’яті для рішення задачі;
– об’єднати різнорідні системи імітаційного моделювання, моделі для яких розроб-
лені та протестовані, в єдину розподілену середу імітаційного моделювання;
– використовувати географічно розподілені компоненти;
– інтегрувати програми моделювання, реалізовані різними розробниками;
– зменшити вплив збоїв у роботі комп’ютерів на процес моделювання в цілому;
– здавати в «оренду» не використані в даний момент часу обчислювальні ресурси;
– вести одночасну розробку декільком дослідникам однієї моделі.
Перспективною на сьогоднішній день є технологія розподіленого моделювання ви-
сокого рівня High Level Architecture (HLA) [1]. Вона була розроблена Міністерством обо-
рони США в кінці 90-х років з метою забезпечення взаємодії всіх типів моделей і підтрим-
ки їх багаторазового використання і визначається стандартами IEEE 1516, 1516.1, 1516.2.
«Високий рівень» у назві означає, що компонентами моделювання є не об’єкти або логічні
процеси, як в послідовному та розподіленому імітаційному моделюванні, а самі імітаційні
моделі. HLA являє собою сукупність методик та стандартів для побудови розподілених
126 ISSN 1028-9763. Математичні машини і системи, 2011, № 4
систем, включаючи забезпечення взаємодії учасників моделювання різних типів. Однак,
поряд з даними перевагами, HLA орієнтована на використання об’єктних мов високого рі-
вня, що ускладнює можливість її застосування, зокрема, для роботи з мережевими іміта-
ційними моделями. Крім того, в HLA залишаються відкритими питання детального відп-
рацювання формальних методів і практичних рішень, що приймаються під час реалізації
розподілених моделей.
Виходячи із важливості викладеної проблеми, нами була розроблена система розпо-
діленого імітаційного моделювання E-net Modeling System (EMS) [2]. Для створення моде-
лей у системі EMS застосовується потужний формальний апарат Е-мереж [3] та ієрархіч-
ний агрегатний підхід. EMS має зручний web-інтерфейс, який забезпечує можливість геог-
рафічно віддаленим користувачам сумісно одночасно працювати з однією імітаційною мо-
деллю. Е-мережі дозволяють відображувати не лише потоки управління, а й потоки даних,
проводити їх кількісну обробку на переходах мережі, надають зручні механізми маршру-
тизації розвитку процесів, значно перевищують інші мережеві методи в реалізації логічних
функцій. У свою чергу, використання ієрархічного агрегатного підходу дозволяє підійти
до дослідження складних систем з позицій системного аналізу. Поряд з цим залишаються
відкритими питання застосування даного формального апарата для проведення розподіле-
ного моделювання на базі архітектури HLA.
Метою статті є викладення особливостей реалізації розподіленого моделювання в
системі EMS, а також опис технології інтеграції Е-мережевих ієрархічних моделей в архі-
тектуру високого рівня HLA.
2. Система імітаційного моделювання EMS
2.1. Архітектурні особливості системи
E-net Modeling System (EMS) являє собою web-систему імітаційного моделювання, основу
архітектури якої (рис. 1) складають декілька серверів, які, взаємодіючи між собою,
дозволяють створювати, редагувати, відлагоджувати моделі та проводити експерименти у
розподіленому середовищі.
Рис. 1. Архітектура системи EMS
Завдяки наявності зручного web-інтерфейсу системи, розробленого на основі
технології Vaadin [4], вдається спростити та прискорити розробку складних моделей
географічно-віддаленим користувачам. Тобто, використовуючи лише браузер, користувач
має можливість створювати, запускати на виконання та отримувати результати роботи мо-
делей. Можливість забезпечення багатокористувацького режиму роботи з системою пот-
ребує наявності декількох web-серверів, навантаження між якими рівномірно розподіля-
ється за допомогою серверу балансування навантаження. Створення імітаційної моделі,
завантаження та збереження моделі, формування експерименту та опрацювання його ре-
ISSN 1028-9763. Математичні машини і системи, 2011, № 4 127
зультатів забезпечуються підсистемою інтерфейсу, що виконується виключно на web-
серверах. Імітаційні моделі потребують великої кількості обчислювальних ресурсів, що
може призвести до перенавантаження web-серверу. Таким чином, для забезпечення ефек-
тивного використання ресурсів і надійної роботи web-серверів необхідно використовувати
окремий сервер виконання моделей, в задачі якого не входить безпосередня обробка запи-
тів користувачів. Підсистеми серверу виконання моделей показані на рис. 2.
Рис. 2. Структура серверу виконання моделей
Сервер задач, у свою чергу, виконує рівномірний розподіл задач між окремими сер-
верами виконання моделей. У БД моделей, що доступна всім web-серверам системи, збері-
гаються імітаційні моделі, створені користувачами, результати проведених імітаційних ек-
спериментів, а також дані про користувачів системи.
2.2. Формальний апарат
Основу формального представлення моделей в EMS складають Е-мережі, які є найбільш
потужним розширенням мереж Петрі [3].
Е-мережа визначається п’ятіркою
>=< oOITPE µ,,, ,
де >=< rPPsP , – кінцева множина позицій мережі, що складається із множин Ps – прос-
тих позицій та rP – вирішальних позицій; множини не перетинаються;
T – кінцева непуста множина переходів;
{ }10TPI ,: →× – вхідна функція, що задає відображення позицій у переходи, тобто ви-
значає для кожного Tt ∈ множину його вхідних позицій ( )tI . Якщо існує дуга, що веде з
Pp ∈ в Tt ∈ , то ( ) 1tpI =, , в іншому випадку ( ) 0tpI =, ;
{ }10TPO ,: →× – вихідна функція, що задає відображення переходів мережі в позиції,
тобто визначає для кожного Tt ∈ множину його вихідних позицій ( )tO . Якщо існує дуга,
що веде з Tt ∈ в Pp ∈ , то ( ) 1tpO =, , в іншому випадку ( ) 0tpO =, ;
{ }10Pso ,: →µ – функція початкового маркування мережі.
Динамічні властивості Е-мережі визначаються зміною маркування мережі і зале-
жать від значень компонентів управляючого відображення. Маркуванням управляючої Е-
мережі будемо називати вектор ))(),...,(),(( 21 npMpMpMM = , де SPn ==== . Позиція
Si Pp ∈∈∈∈ називається вільною (не містить мітку), якщо 0)( =ipM , в іншому випадку, при
128 ISSN 1028-9763. Математичні машини і системи, 2011, № 4
Рис. 3. Структура пірамідально зростаючої
агрегатної моделі
1)( =ipM , позиція вважається зайнятою. Для заданого маркування M множину маркіро-
ваних позицій будемо визначати як }0)(|{ >∈= pMPpP SM .
Основні особливості Е-мереж, що, фактично, визначають їх як клас обчислюваль-
них мереж, полягають у розширених можливостях використання маркерів, позицій та пе-
реходів.
Кожній мітці, що знаходиться в позиції Е-мережі, ставиться у відповідність кортеж
числових атрибутів, який визначає інформаційний зміст мітки ),...,,...,,( 21 iNijiii ddddd = , де
ijd – значення j -го атрибута i -й мітки. Під час переміщення міток по мережі значення їх
атрибутів можуть змінюватись. При виконанні мережі мітки можуть переходити з вхідних
позицій переходів у вихідні, змінюючи маркування мережі.
При моделюванні систем зі складною структурою також необхідно вирішити про-
тиріччя між простотою опису взаємодії учасників моделювання та необхідністю врахуван-
ня широкого спектра особливостей їх функціонування. Рішення даної проблеми пропону-
ється в [5], завдяки спільному використанню Е-мереж та агрегатного підходу, в основі яко-
го лежить поняття агрегатної системи, що складається з певним чином пов’язаних між со-
бою агрегатів, виділених на етапі декомпозиції системи. З точки зору моделювання, агре-
гат виступає як достатньо універсальний оброблювач інформації, який може приймати
вхідні та видавати вихідні сигнали. Функціонування системи в цілому складається з авто-
номних процесів роботи окремих
агрегатів, внутрішня структура
яких описується за допомогою Е-
мереж, та обміну сигналами між
ними.
Зазначимо, що в системі
EMS запропоновано апарат піра-
мідально зростаючих агрегатних
моделей. Тобто, з однієї сторони,
до складу кожного агрегату може
входити декілька інших агрега-
тів, що дозволяє створювати мо-
делі шляхом їх поступового
ускладнення. На рис. 3 зображена
структура пірамідально зростаю-
чої агрегатної моделі.
Також в EMS введено по-
няття типу агрегату, що продик-
товано можливістю використання
в різних моделях агрегатів з од-
наковою структурою, але з різними параметрами. Введення поняття типу агрегату як суку-
пності всіх агрегатів з однією структурою надає можливість зберігати опис структури один
раз. Крім того, у разі необхідності, можлива миттєва зміна в різних моделях усіх агрегатів
одного типу, якщо під час розробки моделі користувачем були внесені корективи в його
структуру. Для створення моделей в EMS розроблено спеціальний графічний редактор, що
дає можливість розроблювати легко сприймані моделі та позбавляє від необхідності ви-
вчення спеціальної мови програмування, чим значно спрощує процес моделювання систем
зі складною структурою. Розроблені моделі зберігаються в форматі XML-файлів, з підтри-
мкою стандарту PNML [6], який був нами розширений з урахуванням таких особливостей
використання Е-мереж:
– наявність переходів та черг різних типів;
ISSN 1028-9763. Математичні машини і системи, 2011, № 4 129
Рис. 4. Схема процесу наповнення
інерційної капсули
– можливість визначення функцій на кожному переході;
– наявність різних типів атрибутів міток;
– наявність пірамідально зростаючих агрегатів.
У розширеному стандарті PNML кожному типу агрегату відповідає один файл з
безпосереднім описом структури та XML-файл спеціально розробленого формату з описом
відмінностей (початкове маркування, значення функцій на переходах, параметри) між різ-
ними агрегатами одного типу. В свою чергу, використання стандарту PNML для зберіган-
ня моделей на основі Е-мереж дозволяє EMS підтримувати сумісність з іншими системами
імітаційного моделювання, що використовують формальний апарат мереж Петрі.
2.3. Створення моделей
Детально розглянемо створення моделей у
системі EMS на прикладі моделювання про-
цесу заповнення інерційної капсули, який
описаний у [7]. Особливість даного процесу
полягає в тому, що заповнення капсули по-
рошком повинно проходити поступово з од-
ночасним струшуванням та нагрівом капсули.
При цьому температура капсули під час напо-
внення повинна підтримуватись у заздалегідь
визначених умовах. Структурна схема даного
процесу наведена на рис. 4.
Дамо короткий опис модельованого
процесу. У вихідному стані капсула пуста,
клапан наповнення закрито. Після встановлення та фіксації капсули на вібраторі вмикаєть-
ся нагрівач. При досягненні нижньої границі температури вмикається вібратор, потім відк-
ривається клапан наповнення. Якщо під час наповнення капсули порошком температура
досягне верхньої границі, нагрівач відключається і вмикається знову при досягненні ниж-
ньої границі температури. В той час, як капсула заповниться порошком, клапан закрива-
ється і не раніше, ніж через 1 хвилину, вимикається нагрівач і зупиняється мотор
вібратора.
Представимо модель даного процесу, розроблену в системі EMS, у вигляді трьох
взаємодіючих агрегатів (рис. 5).
Рис. 5. Агрегатна модель процесу наповнення капсули
Два агрегати представляють елементи управління: перший агрегат (HEATER) за-
безпечує управління нагріванням, другий (VALVE&MOTOR) – клапаном наповнення та
130 ISSN 1028-9763. Математичні машини і системи, 2011, № 4
мотором вібратора. Третій агрегат (CAPSULE) моделює капсулу, що нагрівається та запо-
внюється порошком. Використовуючи графічний редактор системи EMS, спроектуємо фо-
рмалізовані Е-мережеві схеми агрегатів (рис. 6–8).
Рис. 6. Е-мережева модель управління нагрівачем
Рис. 7. Е-мережева модель управління клапаном наповнення та мотором
У початковому стані жодна з позицій даного агрегату не маркірується. Мітка посту-
пає в позицію Р0 після включення нагрівача.
Рис. 8. Е-мережева модель капсули
ISSN 1028-9763. Математичні машини і системи, 2011, № 4 131
Даний агрегат імітує стан капсули під час роботи алгоритмів управління. В почат-
ковому стані маркірована позиція Р14 – агрегат готовий до роботи з нагрівачем. Мітки по-
ступають від агрегату «HEATER» в позицію Р7 (після включення нагрівача) та в позицію
Р0 (після відключення нагрівача), а також від агрегату «VALVE&MOTOR» в позиції Р19
(після відкривання клапану наповнення) та в позицію Р21 (після відключення нагрівача,
мотора та закриття клапана).
3. High Level Architecture: концепція та основні переваги використання
Технологія розподіленого моделювання високого рівня HLA поєднує системи, побудовані
для різних цілей у різні періоди часу та з різною структурою, продукти та платформи різ-
них фірм, дозволяє їм взаємодіяти в єдиному синтетичному оточенні. Можливість вклю-
чення окремих елементів, тренажерів, керованих персоналом, цілих систем обладнання
(верстатів, машин, контролерів, плат тощо) в цикл моделювання не тільки позбавляє від
необхідності імітації роботи складних технічних пристроїв та поведінки людей, але й зни-
жує ймовірні похибки в моделюванні фізичних процесів, що в значній мірі підвищує на-
дійність одержуваних результатів.
Ключовими поняттями в HLA є федерація (Federation) та RTI (Run-Time Infrastruc-
ture) [8]. Федерація – це сукупність компонентів імітаційного моделювання, які називають-
ся федератами (federates), що співпрацюють для вирішення деякої конкретної задачі. В різ-
них експериментах одні й ті самі федерати можуть входити до складу різних федерацій.
Технологія HLA не накладає обмежень на внутрішню структуру федератів, але визначає
стандарт для опису інформації про об’єкти імітаційного моделювання – шаблон об’єктних
моделей (Object Model Template – OMT). Даний стандарт забезпечує взаємодію федератів
та дає можливість їх багаторазового використання незалежно від внутрішньої структури в
різних федераціях для проведення моделювання. Таким чином, усі об’єкти федерації по-
винні бути описані на основі OMT. RTI забезпечує взаємодію федерацій і федератів, міс-
тить у собі загальнодоступні сервіси для координування взаємодії учасників моделювання,
а також підтримує різні способи синхронізації всередині федерації.
В HLA інформація, якою обмінюються федерати, може бути двох типів:
1) атрибут об’єкта;
2) інтеракція.
Кожен об’єкт у будь-який момент часу характеризується своїм станом, що визнача-
ється набором поточних значень його атрибутів. Федерат, управляючий даним об’єктом
(атрибутом об’єкта), може змінити його стан, змінивши значення атрибута. За допомогою
сервісів RTI федерат передає нове значення атрибута іншим федератам – федерат оновлює
атрибут; федерат, що приймає нове значення, відображає атрибут.
Інтеракції, на відміну від стану об’єктів, не підтримуються в системі постійно, вони
мають миттєву природу і являють собою дію, що виконується об’єктом федерата та спри-
чиняє можливі зміни стану об’єкта іншого федерата. Наприклад, постріл (миттєва дія) із
знаряддя (об’єкт, що виконує дію) по цілі (об’єкт, на стан якого може вплинути дія).
Як було зазначено вище, весь обмін даними між федератами відбувається через RTI.
Механізм обміну реалізовано у вигляді «підписки», тобто федерат, зацікавлений в отри-
манні певних атрибутів, повинен підписатися на них за допомогою сервісів RTI. Слід за-
значити, що з метою зниження завантаження каналів RTI відслідковує тільки змінення да-
них. Як результат, інтеракції передаються завжди, а атрибути тільки при зміні їх значень.
Таким чином, можна сказати, що в моделюванні HLA відіграє ту саму роль, що і та-
кі відомі технології, як CORBA, COM+, DCOM та ін. Детальне порівняння HLA з іншими
технологіями розподіленого моделювання проведено в [9], на основі якого можна зробити
висновок, що використання розподіленої архітектури HLA надає такі переваги:
132 ISSN 1028-9763. Математичні машини і системи, 2011, № 4
Рис. 9. Взаємодія федератів EMS в
архітектурі HLA
– об’єднання різнорідних систем імітаційного моделювання, моделі для яких вже
розроблені та протестовані;
– інтеграція програм моделювання, реалізованих різними розробниками;
– проведення одночасної сумісної розробки географічно віддаленим користувачам з
однією імітаційною моделлю;
– вибір різноманітних схем управління часом у процесі моделювання, зокрема, ре-
жиму реального часу;
– використання географічно розподілених компонент однієї моделі;
– використання різних даних для однієї моделі в залежності від мети моделювання
(завдяки відокремленню в HLA даних від архітектури);
– вибірковий розподіл інформації між взаємодіючими моделями, що, у свою чергу,
дає можливість для ефективного масштабування систем;
– модифікація механізмів розподіленого моделювання для забезпечення їх відпові-
дності конкретним задачам (завдяки використанню відкритих стандартів);
– взаємодія всіх типів моделей завдяки універсальності об’єктної ідентифікації та
об’єктних зв’язків.
4. Інтеграція формального апарата EMS в архітектуру HLA
Кожна імітаційна модель EMS розглядається як один з федератів, що, у свою чергу, відно-
ситься до федерації – сукупності моделей системи, яка досліджується.
Для забезпечення взаємодії імітаційних
моделей, створених у системі EMS, у рамках
архітектури HLA були розроблені спеціальні
модулі – Connect Module (CM), що виконують
єднальну функцію між моделями та RTI під час
моделювання. CM приймає атрибути та інтера-
кції, які надходять від інших федератів, передає
атрибути федератам згідно з механізмом підпи-
ски та синхронізує локальний час виконання
кожного федерата згідно з глобальним часом
роботи всієї федерації. Таким чином, модель,
розроблена в системі EMS, взаємодіє з RTI HLA
через модуль CM (рис. 9).
Невід’ємною складовою процесу моделювання є збір статистичних даних. Під час
проведення розподіленого моделювання задача збору статистичних даних для кожної імі-
таційної моделі покладається на підсистему експерименту моделі. Зібрана статистика та-
кож передається через модуль CM.
Взаємодія з сервісами RTI забезпечується завдяки наявності в CM унікальних вхо-
дів та виходів (RTIInput, RTIOutput відповідно) і на основі використання методів основних
інтерфейсів RTI: RTIAmbassador та FederateAmbassador. При потраплянні мітки на вхід
RTIInput спрацьовує метод settoken, що встановлює в атрибутах мітки Е-мережі новий ат-
рибут, прийнятий від іншого федерата, або оновлює атрибут. Також при необхідності мо-
жуть бути змінені значення вхідних змінних (параметрів) мережі. В CM реалізована мож-
ливість формування черг (списків) повідомлень. Дана особливість продиктована необхід-
ністю синхронізації роботи федератів. Так як кожен федерат працює в своєму локальному
часі, який, звичайно, не співпадає з локальним часом іншого федерата, виникає необхід-
ність формування списків повідомлень та зберігання часу їх отримання й необхідного ви-
конання, щоб не втратити повідомлення з часовою міткою, більшою за модельний час фе-
дерата та не пропустити ті, в яких часова мітка менша. Таким чином, під час передачі по-
відомлення, крім значень атрибутів та змінних, передається часова (як атрибут мітки) міт-
ISSN 1028-9763. Математичні машини і системи, 2011, № 4 133
ка, що вказує час виконання оновлення атрибутів і синхронізує роботу федератів. Відпові-
дно, при потраплянні мітки на вихід RTIOutput метод settoken перевизначається для пере-
дачі повідомлень у RTI.
5. Реалізація інтерфейсів HLA
Для забезпечення виконання розроблених у системі EMS моделей у розподіленому середо-
вищі необхідно реалізувати методи інтерфейсів, специфікації яких надають стандарти
HLA, та використати доступні сервіси RTI.
Для RTI нами було обрано програмну реалізацію PORTICO, що є відкритою та на-
дає сервіси для управління федерацією, деклараціями, об’єктами, правом доступу, розпо-
діленням даних та часом. Особливість використання PORTICO полягає в необхідності ви-
користання конфігураційного файла RTI.RID (Run-Time Infrastructure Declaration), в якому
знаходяться всі основні налаштування, що використовує RTI під час запуску. Зазначимо,
що даний файл повинен знаходитись у директорії, де виконується федерат. Альтернативою
даного рішення є встановлення системної змінної RTI_RID_FILE.
Взаємодія та обмін даними між федератами відбувається за допомогою сервісів RTI
з використанням двох основних інтерфейсів:
1. RTI Ambassador – забезпечує виклик функції під час запиту сервісу RTI федера-
том. Даний інтерфейс знаходиться в бібліотеці LibRTI.
2. Federate Ambassador – надає необхідні функції (зворотного виклику – callback
functions), що застосовує RTI під час відправлення повідомлень та відповідей до федерата.
Всі callback functions реалізовані в федераті як підклас класу FederateAmbassador, що зна-
ходиться в бібліотеці LibRTI.
Розглянемо реалізацію методів головних інтерфейсів HLA в системі EMS на прик-
ладі роботи одного федерата, життєвий цикл якого складається з таких етапів:
1. Створення Federate Ambassador та RTI Ambassador для федерата, під час якого
необхідно вказати як параметри назву федерації та файл, що містить об’єктну модель фе-
дератів:
File fom = new File ("ModelFed.xml");
rtiAmb.createFederationExecution("ModuleFederation";
fom.toURI().toURL()).
2. Включення в федерацію. В функцію передається назва федерата, назва федерації,
в яку включають федерат та об’єкт класу Ambassador даного федерата:
rtiAmb.joinFederationExecution(fedName,"CapsuleFederation",fedAmb).
3. Синхронізація роботи федерата з роботою федерації за допомогою точки синхро-
нізації:
rtiAmb.registerFederationSynchronizationPoint(syncPoint, null);
while( fedAmb.isAnnounced == false )
{
rtiAmb.tick();
}
rtiAmb.synchronizationPointAchieved(syncPoint).
Як параметр передається назва точки синхронізації (syncPoint), яку створює перший
федерат у новоствореній федерації.
4. Очікування виконання синхронізації інших федератів даної федерації:
log("Achieved sync point: "+syncPoint+ ", waiting for federation...");
while( fedAmb.isReadyToRun == false )
{
rtiAmb.tick();
}
У разі успішного завершення синхронізації значення глобальної змінної
isReadyToRun стане true під час відповіді функції зворотного виклику.
134 ISSN 1028-9763. Математичні машини і системи, 2011, № 4
5. Публікація та підписка класів і атрибутів:
private static void publishAndSubsribe() throws RTIexception{
int classHandle = rtiAmb.getObjectClassHandle( "ObjectRoot.Model1" );
int paHandle = rtiAmb.getAttributeHandle( "atr1", classHandle );
AttributeHandleSet attributes = RtiFactoryFactory.getRtiFactory().
createAttributeHandleSet();
attibutes.add( paHandle );
//can use with time
rtiAmb.publishObjectClass( classHandle, attributes );
rtiAmb.subscribeObjectClassAttributes(classHandle, attributes);}.
6. Реєстрація екземплярів класів та їх атрибутів:
private int registerObject() throws RTIexception
{
intobjectHandle=rtiAmb.getObjectClassHandle("objectRoot.Capsule");
return rtiAmb.registerObjectInstance(objectHandle).
}
7. Виконання роботи моделі (федерата):
ModelExample example = new ModelExample();
example.main(null).
8. Знищення зареєстрованих об’єктів:
rtiAmb.deleteObjectInstance(objectHandle, generateTag()).
9. Вихід з федерації:
rtiAmb.resignFederationExecution(ResignAction.NO_ACTION).
На рис. 10 зображена загальна архітектура федерації розглянутої вище моделі інер-
ційної капсули. Кожний агрегат представлено як федерат, що, взаємодіючи з іншими фе-
дератами розподіленої моделі, утворює федерацію. Крім розглянутої вище структури агре-
гатів, представленої у вигляді Е-мережі, кожен федерат містить у собі CM, за допомогою
якого відбувається взаємодія моделей з RTI.
Файл ModelFed.xml містить шаблон об’єктних моделей федерації та федератів. Да-
ний файл використовується RTI при створенні федерації. В ньому визначена вся структура
обміну даними між федератами.
Рис. 10. Загальна структура федерації
Дана модель може бути використана для оцінки параметрів, які дозволять детально
дослідити систему за різних умов роботи. Результати проведення експериментів відобра-
жаються в формі графіків, таблиць та гістограм. На рис. 11 наведені результати моделю-
вання, представлені у вигляді таблиці, які, поряд з іншими даними, відображають середню
кількість спрацювання клапана (перехід T3), мотора моделі (перехід T5), а також, скільки
разів вмикався нагрівач під час проведення моделювання (перехід J2).
ISSN 1028-9763. Математичні машини і системи, 2011, № 4 135
Рис. 11. Статистичні дані проведення експерименту
6. Висновки
Наведена технологія інтеграції потужного формального апарата Е-мереж та ієрархічного
агрегатного підходу з архітектурою HLA дозволяє застосувати розподілену схему викори-
стання системи імітаційного моделювання EMS з усіма притаманними цій схемі перевага-
ми. Додаткові модулі, що реалізують інтерфейси федерацій, забезпечують синхронізацію
моделей та збір статистичних даних стандартними засобами RTI, а графічний інтерфейс та
його XML- інтерпретація додають необхідної універсальності процесу створення й дослі-
дження моделей.
Описана технологія та інструментальні засоби можуть бути в подальшому викорис-
тані для побудови синтетичного оточення інформаційних систем з метою виявлення й уто-
чнення їх властивостей та характеристик, у тому числі і за допомогою методу напівнатур-
ного моделювання.
СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ
1. Fujimoto R.М. Distributed Simulation Systems / Fujimoto R.М. – NY: A Wiley-Interscience publica-
tion, 2000. – 303 p.
2. Казимир В.В. Розподілена система імітаційного моделювання EMS / В.В. Казимир, Г.А. Сіра,
І.І. Мушкетик // Вісник Чернігівського державного технологічного університету. – 2011. – № 3. –
С. 144 – 153.
3. Nutt G. Evaluation Nets for Computer Systems Performance Analysis / G. Nutt // FJCC, AFIPS
PRESS. – 1972. – P. 279 – 286.
4. Gronroos М. Book of Vaadin: 4th Edition / Gronroos М. – NY: VaadinLtd, 2011. – 434 p.
5. Казимир В.В. Моделирование синтетического окружения для реактивных систем / В.В. Казимир
// Математичне моделювання. – 2003. – № 2 (10). – С. 24 – 32.
6. The Petri Net Markup Language: Concepts, Technology and Tools [Електронний ресурс] / J. Billing-
ton, S. Christensen, Kees van Hee [et al.]. – Режим доступу: http://xml.coverpages.org/
PNML200303.pdf.
7. Казимир В.В. Модельно-ориентированное управление интеллектуальными производственными
системами: дис. … доктора техн. наук: 05.13.06 / Казимир Владимир Викторович. – К., 2006. –
301 с.
8. Замятина Е.Б. Современные теории имитационного моделирования: Программа специального
курса / Замятина Е.Б. – Пермь: ПГУ, 2007. – 119 с.
9. Современные технологии построения распределенных программных систем / А.П. Афанасьев,
А.И. Ваньков, А.И. Волошинов [и др.]. – М.: Проблемы системного анализа и управления, 2001. –
53 с.
Стаття надійшла до редакції 19.10.2011
|