Разработка моделей дискретно - событийных систем

Системы называются дискретно-событийными (или просто дискретными), если изменения переменных состояния в них происходят только в явно оп­ределенные моменты времени или под влиянием явно определенных собы-тий. Находясь в некотором состоянии, дискретная система сохраняет его (не изменяет своих характеристик) до наступления очередного события, под воздействием которого переменные системы (и, следовательно, ее состоя­ние) изменяются скачком. Например, при построении модели банка со-стояние системы может быть представлено количеством клиентов в поме­щении банка и числом занятых кассиров. Состояние системы изменяется, если только новый клиент входит в банк или когда освобождается кассир, аэто на некотором уровне абстракции можно считать мгновенными событиями, сопровождаемыми изменением состояния системы.

В данной главе мы рассмотрим примеры дискретно-событийных моделей и средства AnyLogic, позволяющие такие модели разрабатывать.

Порты и сообщения. Дискретная модель счетчика

Разработанная в предыдущей главе модель ContinuousCounter не является удовлетворительной. Действительно, при работе этого счетчика переменные генератора и разрядов растут бесконечно, что не соответствует реальной ра­боте счетчика. В реальном счетчике генератор посылает счетчику не значе-ние общего числа сигналов, а только сам сигнал ("тик"). Каждый разряд де­сятичного счетчика считает число пришедших на его вход "тиков" по модулю 10 и передает на свой выход сигнал переполнения после прихода на его вход каждого десятого сигнала.

При построении модели такого счетчика нужно использовать новые средст-ва, характерные для моделей дискретно-событийных систем. Здесь нам дос-таточно трех таких средств: (статического) таймера, порта и передаваемых

через порт сообщений. В данной главе мы не будем строить дискретную мо­дель счетчика сами. Вместо этого мы подробно рассмотрим уже разработан­ную модель с именем counter, находящуюся в папке Model Examples\Part II. Наша задача — объяснить различия между этой моделью и моделью

ContinuousCounter.

Рассматриваемые вопросы

В результате обсуждения модели Counter будут рассмотрены новые средства:

- порты и сообщения;

- действия при получении сообщений.

Структура модели

Структура модели counter совпадает со структурой модели ContinuousCounter. Их внешнее поведение также одинаково. Откройте мо­дель Counter и запустите ее. В этой модели определены три класса активных объектов: Gen (генератор импульсов), counter (одноразрядный десятичный счетчик) и Model (корневой объект, включающий генератор и три разряда счетчика).

Представление сигнала как сообщения

Генератор должен посылать сигналы с заданной частотой. Сигнал можно представить как сообщение, передаваемое между объектами через явно оп­ределенный интерфейс — порт. В качестве сообщения в AnyLogic можно передавать любой объект, фактически, экземпляр любого класса. Сообще­ния в AnyLogic (как и любой класс Java) должны наследоваться от базового класса object. В нашей модели счетчика важен только сам факт передачи или приема сообщений, а содержимое сообщений не важно. В таких случаях сообщения модели можно считать просто экземплярами базового класса object, поскольку это базовый класс Java и нам его не надо расширять спе­циальными переменными. Событие приема такого сообщения будет вызы­вать выполнение действия по изменению состояния системы (в нашем слу­чае это просто увеличение значения счетчика).

Генератор

Активный объект Gen должен посылать сообщения первому разряду счетчи­ка с заданной частотой. Новым элементом структуры активного объекта Gen в модели дискретного счетчика является порт. Порт — это основной низко­уровневый механизм AnyLogic в коммуникации объектов модели с помощью

передачи сообщений. Сообщения посылаются и передаются через порты. Порты являются двунаправленными, через них сообщения могут и посы­латься, и приниматься. Через порт, помещенный на границе прямоугольни­ка, ограничивающего активный объект, этот объект может посылать и при­нимать сообщения от других активных объектов.

У генератора определен порт с именем tick. Для того чтобы создать такой порт, нужно щелкнуть мышью на кнопке панели инструментов, а затем на границе прямоугольника, представляющего активный объект Gen. Вслед за этим в окне свойств порта нужно установить его параметры. Все парамет­ры порта tick, кроме имени, оставлены неизменными так, как они опреде­лены по умолчанию.

Генератор нашей модели периодически с частотой 1/ frequency должен вы­давать сообщения (т. е. экземпляры класса object) через порт tick. Внутри прямоугольника Gen помещена иконка статического таймера (рис. 6.1).

Справа в окне свойств таймера указано его предопределенное имя timer, а также параметры таймера: то, что он циклический, что он не срабатывает на старте и что период его срабатывания равен 1/frequency. В поле Действие при срабатывании указывается, что при каждом срабатывании таймера дол­жен делать генератор. Здесь это действие — посылка нового сообщения типа Object через выходной порт с именем tick. Это выражается в AnyLogic сле­дующей строкой:

tick.send(new Object());

Именно эта строка записана в поле Действие при срабатывании окна свойств таймера (рис. 6.1).

Разряд счетчика

Разряд десятичного счетчика представляется как и в модели continuouscounter активным объектом counter. Однако здесь он кроме целой переменной п, хранящей состояние разряда, включает не две ин­терфейсные переменные, а два порта: tick и overflow. Каждый раз, когда происходит событие получения сообщения в порте tick, переменная п должна увеличиваться на единицу по модулю 10 с извещением по порту overflow о переполнении, если оно наступило. Это значит, что если зна­чение п есть 9 и пришло новое сообщение по порту tick, то переменная п примет значение 0, а через выходной порт будет послан сигнал. В против­ном случае разряд счетчика увеличивает значение своей переменной п на 1. Именно это записано в поле Действие при получении вкладки Код порта tick (рис. 6.2).

В полях окна свойств порта любое пришедшее в этот порт сообщение дос­тупно по имени msg. В соответствии с данной записью, через порт overflow, таким образом, будет передаваться каждое десятое сообщение, полученное в порт tick.

Приведенная запись в окне Действие при получении окна свойств порта tick — это, в действительности, фрагмент программного кода на языке Java, выражающий логику нужных действий разряда счетчика при получении им сообщения по данному порту. Такую логику невозможно выразить с помо­щью только графических визуальных средств. Объединение визуальной раз­работки модели с фрагментами кода является очень удобным приемом, неизмеримо увеличивающим гибкость и мощность среды разработки моде­лей AnyLogic.

Корневой объект Model и анимация модели

Этот объект аналогичен соответствующему объекту модели Continuouscounter. Он включает один экземпляр генератора и три экземпляра разряда счетчика. Соединение портов включенных объектов выполняется точно так же, как и соединение интерфейсных переменных в модели counter. Чтобы связать интерфейсные переменные и порты не прямой линией, используется икон­ка панели инструментов. Строить связь с помощью этого графического

элемента нужно так, как строился переход в стейтчарте (рис. 4.16). Анима­ция модели counter построена точно так же, как анимация модели

ContinuousCounter.