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1.系統(tǒng)仿真

系統(tǒng)仿真的理論基礎(chǔ)是控制論、系統(tǒng)論、相似性原理，以信息技術(shù)作為支撐，把計(jì)算機(jī)和專用無線設(shè)備作為工具，憑借系統(tǒng)模型的動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)來研究設(shè)想中或?qū)嶋H的系統(tǒng)而開發(fā)出來的一門技術(shù)。為了進(jìn)一步的實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的研究、分析和設(shè)計(jì)，必須進(jìn)行更為深入的實(shí)驗(yàn)。因此，人們更傾向于在模型上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，隨之而發(fā)展的就是建模技術(shù)。人們在不斷地實(shí)驗(yàn)與應(yīng)用中得出了針對(duì)不同對(duì)象而設(shè)計(jì)的仿真模型以及其描述形式。

2.離散事件仿真

2.1離散事件仿真的概念

離散事件仿真(DiscreteEventSimulation)是一種建模方法學(xué)，通過一系列的離散事件表示其物理系統(tǒng)狀態(tài)的變化過程。系統(tǒng)僅僅在隨機(jī)時(shí)間點(diǎn)上發(fā)生狀態(tài)變化，該系統(tǒng)也被稱為離散系統(tǒng)。實(shí)體、屬性、間隔、時(shí)刻、活動(dòng)、事件、狀態(tài)、進(jìn)程、仿真時(shí)鐘是離散系統(tǒng)的基本要素。

2.2離散事件仿真系統(tǒng)中的仿真時(shí)鐘推進(jìn)方法

在系統(tǒng)仿真的實(shí)現(xiàn)過程中要充分考慮到系統(tǒng)仿真時(shí)鐘的推進(jìn)方法，也就是如何推進(jìn)時(shí)間。通常有兩種方法推進(jìn)時(shí)間：事件調(diào)度法和固定增量推進(jìn)法。事件調(diào)度法：事件表是按事件發(fā)生時(shí)間的先后順序安排事件的，時(shí)間控制部件能夠從事件表中選出最早發(fā)生的事件并記錄下來，進(jìn)而修改仿真鐘修成為事件的發(fā)生時(shí)刻。每類事件還有相對(duì)應(yīng)的事件子程序，在事件的子程序中，時(shí)間控制部件會(huì)處理該事件并提供因事件發(fā)生而造成的狀態(tài)變化，而條件事件則是在事件子程序中先進(jìn)行條件測試，判斷該事件的發(fā)生條件是否滿足，不滿足的話就推遲或取消。這樣事件的選擇與處理不斷交替進(jìn)行，仿真時(shí)鐘不停地從一個(gè)事件的發(fā)生時(shí)間推進(jìn)到最鄰近的下一個(gè)事件的發(fā)生時(shí)間，直至仿真的結(jié)束。固定增量推進(jìn)法：確定合適的仿真時(shí)鐘時(shí)間推進(jìn)的增量（一般以單位T），每當(dāng)時(shí)間推進(jìn)一步完成以下步驟，如無事情發(fā)生則繼續(xù)推進(jìn)單位時(shí)間T，若該步內(nèi)有事件發(fā)生，則在該步結(jié)束時(shí)處理這些事件，用戶可以自行定義各類事件處理的優(yōu)先權(quán)。固定增量推進(jìn)法適用于具有較強(qiáng)時(shí)間周期性的系統(tǒng)事件發(fā)生模型。

2.3離散事件仿真系統(tǒng)中的仿真策略

通常情況下，一個(gè)層次復(fù)雜的離散事件系統(tǒng)包含了較多的實(shí)體，實(shí)體相互之間有著密切的聯(lián)系，但是他們活動(dòng)的發(fā)生都在統(tǒng)一的時(shí)間點(diǎn)上，離散事件系統(tǒng)仿真建模方法學(xué)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵就是推進(jìn)仿真時(shí)間的方法，從而構(gòu)建各個(gè)實(shí)體之間的邏輯聯(lián)系，這種方法也被稱作仿真算法或仿真策略。事件調(diào)度法，活動(dòng)掃描法，進(jìn)程交互法和三階段法是四種當(dāng)前應(yīng)用比較廣泛的仿真策略。

2.3.1事件調(diào)度法。

事件調(diào)度法能夠按照下一個(gè)事件的發(fā)生時(shí)刻來觸發(fā)仿真時(shí)鐘的時(shí)間推進(jìn)。大多數(shù)事件并不是在某個(gè)固定的、預(yù)先得知間隔的兩個(gè)相鄰事件間發(fā)生的，而是在隨機(jī)的時(shí)間間隔的事件中發(fā)生的，因此事件調(diào)度法是一種交步長法。當(dāng)事件發(fā)生時(shí)，若利用事件調(diào)度法，按照時(shí)間的先后排序的事件中，只有掃描事件表中最早發(fā)生的事件的時(shí)間來確定時(shí)間推進(jìn)的間隔尺度。也就是說仿真時(shí)鐘是按照被仿真的事件的發(fā)生時(shí)間推進(jìn)的。

2.3.2活動(dòng)掃描法。

活動(dòng)掃描法是使仿真事件按確定的時(shí)間間隔推進(jìn)的，每推進(jìn)一步就將所有的鄰近的將要發(fā)生的事件的產(chǎn)生時(shí)刻和條件掃描一次，判斷其產(chǎn)生時(shí)刻是否大于當(dāng)前時(shí)刻以及是否產(chǎn)生滿足的事件的條件。若是產(chǎn)生，則允許仿真該事件，反之就繼續(xù)向前推進(jìn)仿真時(shí)鐘，以此類推。

2.3.3進(jìn)程交互法。

在進(jìn)程交互法的系統(tǒng)中有許多實(shí)體，它們以各自進(jìn)程的形式存在并按時(shí)間流動(dòng)。各個(gè)實(shí)體之間通過事件實(shí)現(xiàn)相互間的交流。通過判斷事件是否被延遲，確定是存儲(chǔ)在未來事件表FEL中還是當(dāng)前事件表CEL中。模仿人的思維方式，在進(jìn)程交互法中將預(yù)先發(fā)生的事件和與之相關(guān)的其它事件相結(jié)合，這種方法繼承了事件調(diào)度和活動(dòng)掃描法所具有的優(yōu)點(diǎn)。

2.3.4離散事件仿真三階段法。

由于虛擬實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)需要處理隨機(jī)并發(fā)事件，簡單的線性順序的方式已經(jīng)無法處理各實(shí)體的流程。由于在所有的虛擬實(shí)驗(yàn)中，所有的事件不可能在同一時(shí)間點(diǎn)發(fā)生，有時(shí)候在同一時(shí)間點(diǎn)可能會(huì)有多個(gè)事件一并發(fā)生，事件的發(fā)生也會(huì)連同帶來系統(tǒng)狀態(tài)和實(shí)體狀態(tài)的改變，有時(shí)候甚至?xí)鹌渌录挠|發(fā)。所以，離散事件仿真模型適用于實(shí)驗(yàn)處理模塊。同時(shí)，也適用于在隨機(jī)時(shí)間點(diǎn)上發(fā)生離散變化的仿真系統(tǒng)。當(dāng)下，事件調(diào)度法，活動(dòng)掃描法，進(jìn)程交互法和三階段法是應(yīng)用較為廣泛的仿真策略。由于系統(tǒng)必須滿足處理靈活、執(zhí)行高效、操作簡單這三要素，而三階段法操怍簡單，執(zhí)行效率高，因此常被用來進(jìn)行系統(tǒng)的仿真。在三階段仿真法中，系統(tǒng)中的活動(dòng)可分為可預(yù)先安排的B活動(dòng)(Book-keepingActivities可預(yù)先安排的活動(dòng))和不可預(yù)先安排的c活動(dòng)(ConditionalActivities條件活動(dòng))。B活動(dòng)在符合發(fā)生事件的條件時(shí)就能直接執(zhí)行，C活動(dòng)卻要在滿足其它實(shí)體及系統(tǒng)的條件的情況下執(zhí)行。三階段法的仿真分為A，B，C三階段進(jìn)行，其中A，B階段與事件調(diào)度法相類似，C階段與活動(dòng)掃描法相類似。三階段法是事件掃描法和活動(dòng)掃描法的綜合體，大大提升了仿真效率，操作簡單易行。

作者：冉翠翠 李艷峰 單位：河南農(nóng)業(yè)職業(yè)學(xué)院電子工程系