Два принципа моделирования дискретных процессов во времени

Имитационное моделирование — это процесс создания компьютерной поведенческой модели реального физического процесса. Цель имитационного моделирования — проводить дешевые эксперименты с моделью вместо дорогих и порой опасных экспериментов с самой физической системой. Например, построив адекватную реальным процессам модель экономического развития страны при переходе от плановой экономики к рыночной и проиграв на ней различные варианты этого перехода, можно было бы избежать многих ошибок. Разумеется, построить такую глобальную модель очень сложно.

При имитационном моделировании реализующий имитацию алгоритм воспроизводит процесс функционирования исследуемой системы во времени и в пространстве.

В зависимости от способа отображения реального времени в моделирующем алгоритме различают моделирование по интервалам времени и моделирование по событиям. (Напоминаю, событием наз. переход моделируемой системы, например, СМО, из одного состояния в другое). Имитация реального времени в моделирующем алгоритме (в моделирующей системе) называется модельным временем и измеряется оно, как правило, в некоторых условных единицах (уев). Масштаб, устанавливающий отношение реального времени к модельному, определяется исследователем в процессе постановки задачи моделирования.

Идея алгоритма моделирования по интервалам времени состоит в том, что при переходе системы к следующему шагу моделирования модельное время увеличивается на некоторое постоянное значение, обычно на 1 уев. При этом, очевидно, далеко не на каждом шаге моделирующего алгоритма в системе происходят события и, следовательно, при отсутствии событий шаги моделирующего алгоритма становятся «холостыми», так как в эти моменты времени с системой ничего не происходит. Достоинство метода моделирования по интервалам времени состоит в простоте реализации алгоритма и, соответственно, программы, а недостатком его является потеря быстродействия моделирующей программы, связанная с имитацией моментов времени, в которых система не меняет состояния.

Идея алгоритма моделирования по событиям основана на поиске следующего события, ближайшего к текущему времени. А поскольку события происходят в системе в случайные моменты времени, то при переходе системы моделирования к очередному шагу модельное время увеличивается на некоторое, заранее не известное время. Для поиска следующего ближайшего во времени события в алгоритме моделирования предусмотрено создания списка событий, их упорядочение (сортировка) по времени, по приоритетам и по другим параметрам. Естественно, эти действия связаны с определенными затратами процессорного времени работы моделирующей программы, что снижает быстродействие за счет усложнения алгоритма (сортировка — одна из наиболее затратных процедур), но этот недостаток в большой степени компенсируется выполнением шагов моделирования только при появления событий в моделируемой системе.

GPSS (General Purpouse Simulate System) — это система моделирования общего назначения. Она предназначена для моделирования дискретных систем (ДС) на уровне структуры и информационных (или материальных) потоков в системе. Моделирование ДС — это имитация на ЭВМ процесса функционирования ДС во времени как совокупности переходов ДС из одного состояния в другое. 

Модель ДС представляет собой последовательность операторов или, по терминологии GPSS — блоков, отображающих структуру и задающих или регулирующих условия перемещения элементов потока (заявок – в системах массового обслуживания, или транзактов — в GPSS ). Физическому времени, в котором работает реальная система (ДС), ставится в соответствие модельное время. В моделирующей системе это время задается с помощью таймера. Изменение модельного времени происходит в соответствии с принципами событийного моделирования, которые изложены ниже.

Механизм задания модельного времени — событийный, с переменным шагом. Изменения в реальной системе приводят к появлению событий. Для имитации событий в GPSS предусмотрены средства, обеспечивающие следующие действия: поступление заявки в систему (порождение транзактов), постановка заявки в очередь, занятие устройства обслуживания, выход из очереди, завершение обслуживания заявки и другие.