Společná simulace - Co-simulation

v co-simulace, odlišný subsystémy které tvoří spojený problém jsou modelovány a simulované distribuovaným způsobem. Proto je modelování se provádí na úrovni subsystému, aniž by se myslelo na spojený problém. Kromě toho se spojená simulace provádí spuštěním subsystémů v a Černá skříňka způsob. Během simulace se budou vyměňovat subsystémy data. Co-simulaci lze považovat za společnou simulaci již dobře zavedené nástroje a sémantika^{[nutná disambiguation ]}; když jsou simulovány s jejich vhodnými řešitelé.^[1] Co-simulace dokazuje svou výhodu při validaci multidoménového a kybernetického fyzického systému tím, že nabízí flexibilní řešení, které umožňuje zohlednění více domén s různými časovými kroky současně. Vzhledem k tomu, že výpočetní zátěž je sdílena mezi simulátory, umožňuje simulace také možnost posouzení systému ve velkém měřítku.^[2]

Abstrakční vrstvy koimulačního rámce

Následující úvod a strukturování je navrženo v.^[3]

Zavedení společné simulace rámec může být náročný a složitý úkol, protože vyžaduje silný úkol interoperabilita mezi zúčastněnými prvky, zejména v případě vícenásobný formalismus společná simulace. Harmonizace, přizpůsobování a případně změny skutečně zaměstnaných standardy a protokoly v jednotlivých modelech je třeba udělat, aby bylo možné se integrovat do holistický rámec. Obecná vrstva strukturování co-simulačního rámce ^[3] zdůrazňuje průnik domén a problémy, které je třeba vyřešit v procesu navrhování koimulačního rámce. Obecně se simulační rámec skládá z pěti abstrakce vrstvy:

Strukturování koimulačního rámce
Abstrakční vrstva	Popis	Související problémy
Pojmový	Nejvyšší úroveň, kde jsou modely považovány za černé skříňky, a úroveň se týká reprezentace koimulačního rámce.	Obecná struktura rámce; Meta-modelování komponent.
Sémantický	Úroveň se týká významu a role simulačního rámce s ohledem na otevřené otázky zkoumaného systému a studovaného jevu.	Označení jednotlivých modelů; Interakční graf mezi modely; Význam každé interakce.
Syntaktický	Úroveň se týká formalizace rámce společné simulace.	Formalizace jednotlivých modelů v příslušných doménách; Specifikace a řešení rozdílu mezi formalismem a jiným.
Dynamický	Úroveň se týká provedení simulačního rámce, synchronizačních technik a harmonizace různých modelů výpočtu.	Pořadí provedení a kauzalita modelů; Harmonizace různých modelů výpočtu; Řešení možného konfliktu při souběžnosti akcí.
Technický	Úroveň se týká podrobností implementace a vyhodnocení simulace.	Distribuovaná nebo centralizovaná implementace; Robustnost simulace; Spolehlivost a účinnost simulace.

Z koncepční strukturace je definována architektura, na které je vyvinut koimulační rámec, a formální sémantické vztahy / syntaktická formulace. Podrobná technická implementace a synchronizační techniky jsou pokryty v dynamických a technických vrstvách.

Problem Partitioning - Architecture of co-simulation

Postup rozdělení identifikuje proces prostorového oddělení spojeného problému do více rozdělených subsystémů. Informace se vyměňují prostřednictvím ad-hoc rozhraní nebo prostřednictvím mezipaměti řízené hlavním algoritmem. Hlavní algoritmus (pokud existuje) je odpovědný za instanci simulátorů a za řízení výměny informací (simulátor-simulátor nebo simulátor-orchestrátor).^[3]

Spojovací metody

Metody koimulační vazby lze rozdělit na provozní integraci a formální integraci v závislosti na vrstvách abstrakce. Obecně se provozní integrace používá v ko-simulaci pro konkrétní problém a zaměřuje se na interoperabilitu v dynamických a technických vrstvách (tj. Výměna signálů). Na druhou stranu formální integrace umožňuje interoperabilitu v sémantickém a syntaktický úroveň pomocí modelového nebo simulátorového spojení. Formální integrace často zahrnuje hlavní federaci, která organizuje sémantické a syntaktický interakce mezi simulátory.

Z dynamického a technického hlediska je nutné zvážit: synchronizace techniky a komunikační vzorce v procesu implementace.

Komunikační vzory

Existují dva hlavní komunikační vzory pro master algoritmy. Varianty Gauss-Seidel a Jacobi. Názvy těchto dvou metod jsou odvozeny od strukturálních podobností s numerickými metodami pod stejným názvem.

Důvodem je to, že Jacobiho metodu lze snadno převést na ekvivalentní paralelní algoritmus, zatímco u metody Gauss-Seidel je obtížné to udělat.^[4]

Gauss-Seidel (seriál)

Sekvence Gauss-Seidel pro dva subsystémy

Jacobi (paralelní)

Jacobiho sekvence pro dva subsystémy

Reference

^ Steinbrink, Cornelius (2017). „Ověření inteligentních sítí založené na simulaci - současný stav a trendy budoucího výzkumu“. Průmyslové aplikace holonických a multiagentních systémů. Přednášky z informatiky. 10444. 171–185. arXiv:1710.02315. doi:10.1007/978-3-319-64635-0_13. ISBN 978-3-319-64634-3. S2CID 10022783.
^ Andersson, Håkan (11. září 2018). Co-simulační přístup pro hydraulické bicí jednotky. Linköping University Electronic Press. ISBN 978-91-7685-222-4.
^ ^A ^b ^C Nguyen, V.H .; Besanger, Y .; Tran, Q.T; Nguyen, T.L. (29. listopadu 2017). „K koncepční struktuře a spojovacím metodám koimulačních rámců při ověřování kyberfyzikálních energetických systémů“. Energie. 10 (12): 1977. doi:10,3390 / cs10121977. Materiál byl zkopírován z tohoto zdroje, který je k dispozici pod a Mezinárodní licence Creative Commons Attribution 4.0.
^ Heath, Michael T. Vědecké výpočty: úvodní průzkum. SIAM.

[1] Steinbrink, Cornelius (2017). „Ověření inteligentních sítí založené na simulaci - současný stav a trendy budoucího výzkumu“. Průmyslové aplikace holonických a multiagentních systémů. Přednášky z informatiky. 10444. 171–185. arXiv:1710.02315. doi:10.1007/978-3-319-64635-0_13. ISBN 978-3-319-64634-3. S2CID 10022783.

[2] Andersson, Håkan (11. září 2018). Co-simulační přístup pro hydraulické bicí jednotky. Linköping University Electronic Press. ISBN 978-91-7685-222-4.

[VHN-3] A ^b ^C Nguyen, V.H .; Besanger, Y .; Tran, Q.T; Nguyen, T.L. (29. listopadu 2017). „K koncepční struktuře a spojovacím metodám koimulačních rámců při ověřování kyberfyzikálních energetických systémů“. Energie. 10 (12): 1977. doi:10,3390 / cs10121977. Materiál byl zkopírován z tohoto zdroje, který je k dispozici pod a Mezinárodní licence Creative Commons Attribution 4.0.

[4] Heath, Michael T. Vědecké výpočty: úvodní průzkum. SIAM.

[1]

[2]

[3]

[4]