一种面向复杂系统并行仿真的组件式描述方法
【专利摘要】本发明公开了一种面向复杂系统并行仿真的组件式描述方法，包括如下步骤：建模仿真过程的确立；对元素模型进行描述；对复合模型进行描述。本发明的组件式描述方法能够解决复杂系统中定性与定量混合、连续与离散混合的并行仿真系统描述问题，其描述方式更接近于自然语言和数学语言，使程序易写易读，支持模块化建模，有利于模型的重用及维护；复杂系统建模仿真语言能使系统研究人员专注于复杂系统问题本身，使仿真用户从高级的抽象层次上专注于仿真问题的分析与分解，大大减少了建模仿真技术相关的软件编制和调试工作，使得仿真用户和仿真语言平台共同工作产生正确高效的并行仿真程序。
【专利说明】一种面向复杂系统并行仿真的组件式描述方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及组件式描述方法【技术领域】，特别是一种面向复杂系统并行仿真的组件式描述方法。
【背景技术】
[0002]复杂系统，指的是一类具有“系统组成关系复杂、系统机理复杂、系统的子系统间以及系统与其环境之间交互关系复杂和能量交换复杂、总体行为具有涌现、非线性，以及自组织、混沌、博弈等特点的系统”。仿真语言是一种面向问题的高级语言，其通常由编译器、模型库、描述语言、算法库和运行控制程序组成。仿真语言包括连续系统仿真语言、离散事件系统仿真语目和混合系统仿真语目，其中连续系统仿真语目如CSSL、ACSL和ICSL等；离散事件系统仿真语言如GPSS、SIMULA, ECSL、EXPRESS和GASP等；混合系统仿真语言如SLAM、IHSL和SIMAN等。但是，现有技术的仿真语言对复杂系统定性与定量混合、连续与离散混合的特点的支持不够，需要有一种描述方法对复杂系统的各方面性质进行全面的描述。另外，对于并行仿真问题，除了找到正确的仿真方法之外，程序员还必须在程序中对并行计算过程进行控制和协调。正是由于这个原因，并行仿真给用户带来了巨大的挑战。于是，设计并实现一种面向复杂系统并行仿真的描述方法变得尤为迫切。仿真用户应能从高级的抽象层次上专注于仿真问题的分析与分解，并且仿真语言和编译器应该时刻将这些高级抽象映射到具体的计算机底层细节上，使得仿真用户和仿真语言平台共同工作产生正确高效的并行仿真程序。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是针对现有技术的上述缺陷，提供一种面向复杂系统并行仿真的组件式描述方法。
[0004]本发明提供的面向复杂系统并行仿真的组件式描述方法包括如下步骤:
[0005]S1:建模仿真过程的确立；
[0006]S2:对元素模型进行描述；
[0007]S3:对复合模型进行描述。
[0008]优选地，所述步骤SI进一步包括如下子步骤:
[0009]S1.1:通过集成开发工具生成仿真语言文本；
[0010]S1.2:采用元素模型生成向导生成元素模型文本，在元素模型文本的基础上用高层建模工具的图形化建模方法生成复合模型。
[0011]优选地，所述仿真语言文本的类型包括元素模型和复合模型。
[0012]优选地，所述元素模型用于描述单一领域的仿真模型；所述复合模型用于描述模型实例间的连接关系。
[0013]优选地，所述仿真语言文本支持的元素模型为连续系统元素模型、离散系统元素模型和定性系统元素模型。[0014]优选地，每一种元素模型包含元素初始块、元素模型块和元素实验块。
[0015]优选地，所述元素初始块用于对成员变量进行声明，并指明其输入输出特性；所述元素模型块用于说明仿真过程中需要满足的各种规则；所述元素实验块用于说明对各领域系统的求解方法。
[0016]优选地，对于所述连续系统元素模型，输入输出变量为实型连续变量；对于所述离散系统元素模型，输入输出变量为事件变量；对于所述定性系统元素模型，输入输出变量为定性变量。
[0017]优选地，所述复合模型包括复合初始块、复合模型块和复合实验块。
[0018]本发明具有如下有益效果:
[0019](I)本发明的组件式描述方法能够解决复杂系统中定性与定量混合、连续与离散混合的并行仿真系统描述问题，其描述方式更接近于自然语言和数学语言，使程序易写易读，支持模块化建模，有利于模型的重用及维护；
[0020](2)复杂系统建模仿真语言能使系统研究人员专注于复杂系统问题本身，使仿真用户从高级的抽象层次上专注于仿真问题的分析与分解，通过仿真语言和编译器就可将这些高级抽象映射到具体的计算机底层细节上，大大减少了建模仿真技术相关的软件编制和调试工作，使得仿真用户和仿真语言平台共同工作产生正确高效的并行仿真程序。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1为仿真语言结构示意图；
[0022]图2为建模仿真过程示意图；
[0023]图3为元素模型与复合模型的示意图。
【具体实施方式】
[0024]下面结合附图及实施例对本发明的
【发明内容】
作进一步的描述。
[0025]本实施例提供的面向复杂系统并行仿真的组件式描述方法包括如下步骤:
[0026]S1:建模仿真过程的确立；
[0027]S2:对元素模型进行描述；
[0028]S3:对复合模型进行描述。
[0029]如图2所示,上述步骤SI进一步包括如下子步骤:
[0030]S1.1:通过集成开发工具生成仿真语言文本；
[0031]S1.2:采用元素模型生成向导生成元素模型文本，在元素模型文本的基础上用高层建模工具的图形化建模方法生成复合模型。
[0032]上述步骤S1.1中，仿真语言文本的类型包括元素模型和复合模型。其中，元素模型用于描述单一领域的仿真模型；复合模型用于描述模型实例间的连接关系。
[0033]上述步骤S1.2中，复合模型对其成员模型的初始参数进行设置，并对成员模型进行连接组合。
[0034]如图3所示,上述步骤S2中，仿真语言文本的基本单元是元素模型,在本实施例中，仿真语言文本支持的元素模型为连续系统元素模型、离散系统元素模型和定性系统元素模型。每一种元素模型文本支持相应领域模型的建模与仿真，具有本领域特有的语言要素，包括关键词和数据类型等，以适应该领域模型的建模方式。每一种元素模型包含元素初始块、元素模型块和元素实验块。元素初始块用于对成员变量进行声明，并指明其输入输出特性。对于连续系统元素模型，输入输出变量为实型连续变量；对于离散系统元素模型，输入输出变量为事件变量；对于定性系统元素模型，输入输出变量为定性变量。元素模型块用于说明仿真过程中需要满足的各种规则，对于连续系统元素模型，元素模型块由若干方程组成；对于离散系统元素模型，元素模型块由若干状态组成；对于定性系统元素模型，元素模型块由若干定性规则组成。元素实验块用于说明对各领域系统的求解方法。元素模型作为仿真中的最小元素单位，不能够再被分解，对其进行编译能够生成元素组件，元素组件由并行仿真引擎驱动进行仿真，并行仿真引擎为仿真语言的支撑工具。
[0035]上述步骤S3中，复合模型用于完成对多个元素模型的组合封装和连接，并提供对外接口。复合模型具有层次化结构，即多个低层次的复合模型可以嵌套组合为一个高层次的复合模型，仿真语言不限制复合模型的层数，这种层次化结构有利于用户对仿真模型的重用。
[0036]复合模型包括复合初始块、复合模型块和复合实验块。复合初始块包含成员模型实例的声明，复合初始块的成员模型为元素模型或复合模型，并且在对成员模型声明时可以对成员模型的初始化参数进行指定。复合模型块包含各成员模型间的连接关系。在本实施例中，仿真语言支持的连接关系包括连续一连续连接、连续一离散连接、离散一连续连接、离散一离散连接、定量一定性连接、定性一定量连接、数学一实物连接、实物一数学连接，上述连接关系都采用connect语句作为连接语句。仿真语言的编译器可以由输入输出端口类型自动对连接类型进行识别。复合实验块对成员模型所处的状态进行设置，或对成员模型的求解方法进行设置。仿真编译器对复合模型进行编译时，会对复合模型进行扁平化，即将层次结构的复合模型通过聚合展开，最后生成各元素组件实例间扁平化的连接关系及各元素组件的初始化参数配置文件。
[0037]如图1所示，仿真语言文本规范决定了仿真语言中模型与实验的描述形式，其本质上是仿真语言所采用的系统建模方法的具体文本化体现。复杂系统建模仿真语言应通常采用组件式的可扩展语言结构，由初始块、模型块和实验块三大部分组成。
[0038]应当理解，以上借助优选实施例对本发明的技术方案进行的详细说明是示意性的而非限制性的。本领域的普通技术人员在阅读本发明说明书的基础上可以对各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
【权利要求】
1.一种面向复杂系统并行仿真的组件式描述方法，其特征在于，包括如下步骤: 51:建模仿真过程的确立； 52:对元素模型进行描述； 53:对复合模型进行描述。
2.根据权利要求1所述的面向复杂系统并行仿真的组件式描述方法，其特征在于，所述步骤SI进一步包括如下子步骤: S1.1:通过集成开发工具生成仿真语言文本； S1.2:采用元素模型生成向导生成元素模型文本，在元素模型文本的基础上用高层建模工具的图形化建模方法生成复合模型。
3.根据权利要求2所述的面向复杂系统并行仿真的组件式描述方法，其特征在于，所述仿真语言文本的类型包括元素模型和复合模型。
4.根据权利要求3所述的面向复杂系统并行仿真的组件式描述方法，其特征在于，所述元素模型用于描述单一领域的仿真模型；所述复合模型用于描述模型实例间的连接关系O
5.根据权利要求2所述的面向复杂系统并行仿真的组件式描述方法，其特征在于，所述仿真语言文本支持的元素模型为连续系统元素模型、离散系统元素模型和定性系统元素模型。
6.根据权利要求5所述的面向复杂系统并行仿真的组件式描述方法，其特征在于，每一种元素模型包含元素初始块、元素模型块和元素实验块。
7.根据权利要求6所述的面向复杂系统并行仿真的组件式描述方法，其特征在于，所述元素初始块用于对成员变量进行声明，并指明其输入输出特性；所述元素模型块用于说明仿真过程中需要满足的各种规则；所述元素实验块用于说明对各领域系统的求解方法。
8.根据权利要求7所述的面向复杂系统并行仿真的组件式描述方法，其特征在于，对于所述连续系统元素模型，输入输出变量为实型连续变量；对于所述离散系统元素模型，输入输出变量为事件变量；对于所述定性系统元素模型，输入输出变量为定性变量。
9.根据权利要求2所述的面向复杂系统并行仿真的组件式描述方法，其特征在于，所述复合模型包括复合初始块、复合模型块和复合实验块。
【文档编号】G06F17/50GK103810335SQ201410041511
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2014年1月28日 优先权日:2014年1月28日
【发明者】迟鹏 申请人:北京仿真中心