Bilgisayar Haberlesmesi Bolum1 Modelleme Ve Simulasyon Wwwjavadilicom

Slide 1

© 2003 By Default!

BÖLÜM 1. MODELLEME VE SİMÜLASYON (M&S)TEORİSİ

7 Ekim, 2008 Yrd. Doç. Dr. Ahmet Zengin

Sakarya Üniversitesi Teknik Eğitim Fakültesi Elektronik ve Bilgisayar Eğitimi Bölümü

A Free sample background from www.powerpointbackgrounds.com

Slide 2

© 2003 By Default!

Simülasyon Nedir?  



  

Bir gerçek dünya prosesinin veya sisteminin çalışmasının zaman üzerinde taklididir. Bir sistemin yapay tarihini üretir ve bu yapay tarihe dayanılarak sistemin çalışması hakkında bir takım çıkarımlar yapılabilir. Bir simülasyon modeli – sistemde ele alınan nesneler (varlıklar) arasındaki etkileşimlerin matematiksel, mantıksal ve sembolik olarak formulize edilen sistemin çalışması göz önünde bulundurularak yapılmış bir takım varsayımlardır. Bir simülasyon kullandığı modeli kadar iyidir. Gerçek sistem çok iyi gözlenmiş olsa bile veri simülasyondan elde edilir. Simülasyon tarafından üretilen veri, sistemin performansını hesaplamak ve değerlendirmek için kullanılır.

A Free sample background from www.powerpointbackgrounds.com

Slide 3

© 2003 By Default!

 Sistem,

Sistem Nedir?

bir bütünü meydana getiren parçaların veya birbiriyle ilişkili nesneler topluluğudur.  Nesne(varlık), bulunduğu ortama  

    A Free sample background from www.powerpointbackgrounds.com

bağlı olarak değişken bir davranış sergileyen bir gerçek dünya varlığıdır. Karakteristik, varlığın sahip olduğu bir özelliktir. Etkileşim, belirli bir zaman diliminde gerçekleşen önceden tanımlı aksiyonlar. Durum, sistemi tanımlayan değişkenler topluluğu Olay, sistemin durumunu değiştirebilen bir ani oluş Model, sistemin belirli bir seviyede tanımlanmasıdır. Simülasyon, modelin davranışını üretebilen bir hesaplama sistemidir.

Slide 4

© 2003 By Default!

Model nedir?  





Gerçek bir sistemin soyutlanmış halidir. Sadece belirgin ve önemli olayları kapsayacak şekilde modelin basitleştirilmesi çözüm olanağı sunar. Modelin çıkışı, fiziksel sistemin yaklaşık olarak gerçek çıkışlarını verir. Simülasyon içinde, zaman ölçeği ihtiyaç halinde değiştirilir. – Olaylar seyrek olarak gerçekleşiyor ise zamanı hızlandır. – Olaylar hızla akıyor ise zamanı yavaşlat.

A Free sample background from www.powerpointbackgrounds.com

Slide 5

© 2003 By Default!

Modelleme and Simülasyon

M&S

Doğal Sistemler • Biyolojik • Genetik • Ekolojik

A Free sample background from www.powerpointbackgrounds.com

• Modeller yeni yöntemlere neden olur • Simülasyon deney yapmayı ve • test işlemini olanaklı kılar

Teknolojik Sistemler • AI • YSA • Bulanık sistem

Slide 6

© 2003 By Default!

Simülasyon ne zaman işe yarar?  

     

Kapalı bir sistemin içine erişimi mümkün kılar. Bilgi, organizasyon ve çevre tabanlı sistemlerdeki dinamikler simüle edilebilir ve değişimlerin etkisi model üzerinden takip edilebilir. Simülasyon üzerinden yapılan gözlemler sistemin davranışı hakkında derin bir bilgi verir Analitik çözümlerin sağlaması yapılabilir Simülasyon yeni tasarım ve politikalarla gerçek dünyada uygulamadan deney yapmayı mümkün kılar. Meslek eğitiminde masrafsız bir eğitim aracıdır. Animasyon sistemin çalışmasını takip etmeyi sağlar. Simülasyon sistemi çok karmaşık olduğunda, sistem sadece simülasyon aracılığıyla incelenebilir.

A Free sample background from www.powerpointbackgrounds.com

Slide 7

© 2003 By Default!

Simülasyonun Avantaj ve Dezavantajları Avantajları



   

 

Mevcut sistemlerle uğraşmadan yeni tasarım alternatiflerini araştırmak Yeni sistemleri masrafsız test etmek zaman ölçeği sıkıştırılabilir veya genişletilebilir Dahili değişkenler gözlemlenebilir Değişkenlerin duyarlılığı ve etkileşimi sistem davranışı üzerindeki etkilerini anlamak üzere izlenebilir. Tıkanıklık analizi yapılabilir. İhtimaller değerlendirilebilir.

A Free sample background from www.powerpointbackgrounds.com

  



Dezavantajları Model geliştirme özel bir eğitim gerektirir Simülasyon yazılımı pahalı olabilir Simülasyon paketlerinin öğrenilmesi çok uzun sürebilir Sonuçların yorumlanması zor olabilir

– sonuçlar gerçekten sistemin davranışını mı yansıtıyor? – Sistemin gerçek gözlemimi yoksa rasgele elde edilmiş sonuçlar mı? – Genellikle simülasyon sonuçları random girişlerden üretilir.

Slide 8

© 2003 By Default!

Modelleme ve Simülasyon Kavramları

 Doğrulama,

bir simülatörün modeli doğru bir şekilde simüle edip etmemesidir.

 Geçerleme,

bir modelin sistemi temsil etme derecesidir.

A Free sample background from www.powerpointbackgrounds.com

Slide 9

© 2003 By Default!

Deneysel Çerçeve Modeli işleten araç Gerçek Dünya

Simülator

Veri: Giriş/Çıkış çiftleri Modelleme ilişkisi - geçerleme

Simülasyon İlişkisi - doğrulama

Model

Gerçek dünya davranışını üreten yapı Ref: Prof. B. Zeigler (ACIMS) A Free sample background from www.powerpointbackgrounds.com

Slide 10

© 2003 By Default!

GERÇEK DÜNYA

MODEL

Gerçek-Dünya Varlığı

Temel Model

HEDEFLER

sadece deneysel ortamdaki davranışın çalışılması

Sistem (S)

Model (M)

ortam ile deney yapılması Deney esnasında Gözlenen Veri

geçerleme

A Free sample background from www.powerpointbackgrounds.com

Model hakkında temel ön bilgi

Modelin simüle edilmesi = sanal deney Simülasyon Sonuçları

Modelleme ve Simülasyon Süreci

Slide 11

© 2003 By Default!

Modelleme ve Simülasyondan (M&S) Faydalanma Test & Değerlendirme

Politika Belirleme Eğitim

Araştırma, Geliştirme ve Mühendislik

Kavram Analizi

Simülasyon Model ve Veri Algoritmaları Kütüphaneleri Ortak Araçlar İşbirliği Desteği İletişim araçları

Kaynak: NRC Modeling and Simulation, Vol. 9, National Academy Press, 1998

A Free sample background from www.powerpointbackgrounds.com

M&S Altyapısı Ortak Yazılım Modülleri

Operasyon & kontrol

Slide 12

© 2003 By Default!

Modelleme ve Simülasyon Aşamaları Bilgi Kaynakları

Aktiviteler Deneysel Çerçeve Tanımlanması

Temel ön bilgi

parametrik model adayları

Yapının Karakterizasyonu parametrik model Modelleyenin ve deneyi gerçekleştirenin hedefleri

Parametre Hesaplama uygun parametreli model

Simülasyon Deney gözlem (ölçüm yoluyla) verisi

simüle edilen ölçümler

Geçerleme geçerlenmiş model A Free sample background from www.powerpointbackgrounds.com

Slide 13

© 2003 By Default!

Deneysel Çerçeve  Deneysel

Çerçeve, sistemin gözlemleneceği ve çalıştırılacağı deneysel şartları tanımlar. – Gerçek bir sistem veya bir simülasyon aracılığıyla model üzerinde deneyler yapan kişinin / modelleyicinin hedeflerini yansıtır.

A Free sample background from www.powerpointbackgrounds.com

Slide 14

© 2003 By Default!

Deneysel Aygıtlar

Test altındaki devre

Osilloskop

IC

Voltmetre

Signal Jeneratörü

Deneysel Çerçeveler Veri üreteci Giriş

Analiz edilen Model birleşim

Onaylayıcı Çalışma Kontrolü

Model 1 Model 2 Model 3

A Free sample background from www.powerpointbackgrounds.com

Dönüştürücü İstatistikler

Slide 15

© 2003 By Default!

Soyutlama Seviyeleri ve Formalizmler Simülatör: Tekrarlanan Algoritma

Sistem

DTSS: fark denklemi DEVS: ayrık olay

DESS: diferansiyel denklem

DTSS modeli:

q(t+1) = a*q(t)+ b*x(t)

Sistem

Simülatör: Nümerik İntegratör

Sistem

Simülatör: Olay proses

DEVS modeli DESS modeli:

dq/dt = a*q +bx A Free sample background from www.powerpointbackgrounds.com

Bir sonraki olay zamanı, Bir sonraki olay durumu ...

Slide 16

© 2003 By Default!

DEVS M&S metodolojisi 

The DEVS (Discrete EVent System Specification) Modelleme ve simülasyon yaklaşımı: – Sistemleri bileşenlerin birbirine bağlanması yoluyla tanımlar. – İletişim portlarını kullanarak bileşenler arasında karşılıklı etkileşimi olanaklı kılar. – İki bileşen türü kullanır: atomik ve birleşik model.



DEVS aşağıdaki problemleri çözebilir; – – – –

Karşılıklı çalışabilirlik ve yeniden kullanım Melez sistemlerin tanımlanması Otomatik görevler yerine getiren araçlar Yüksek performanslı paralel / dağıtık simülasyon

A Free sample background from www.powerpointbackgrounds.com

Slide 17

© 2003 By Default!

DEVS Formalizmi

DEVS

Sürekli Sistemler • Analog • Kontrol Teorisi • Lineer/Lineer olmayan

A Free sample background from www.powerpointbackgrounds.com

Ayrık Sistemler • Sayısal • Bilgisayar Bilimi • Algoritmalar

Slide 18

© 2003 By Default!

DEVS M&S Metodolojisinin Avantajları            

Bileşenler arası sağlam bağlantı Hiyerarşik Tasarım Olay-tabanlı verimli simülasyon Nesneye-yönelik uyarlama Düşük tasarım zamanı Gelişmiş Test => daha kaliteli modeller Kolay deney yapma Otonom paralel/gerçek-zamanda çalışma Doğrulama/Geçerleme Karşılıklı Çalışabilirlik ve yeniden kullanım Birden fazla yöntem kullanarak modelleme Yüksek Performans

A Free sample background from www.powerpointbackgrounds.com

Slide 19

© 2003 By Default!

Temel DEVS Modelleri 



Atomik: en düşük seviyeli model, yapısal dinamikleri içerir.

Birleşik: bir veya daha fazla atomik ve/veya birleşik modelden oluşur

A Free sample background from www.powerpointbackgrounds.com



giriş olayları



çıkış olayları



durum değişkenleri



durum geçiş fonksiyonları



çıkış fonksiyonu



zaman fonksiyonu



bileşenler



bağlantılar – Dahili Bağlantılar – Harici giriş bağlantıları – Harici çıkış bağlantıları

Slide 20

© 2003 By Default!

Atomik Model Tanımı DEVS = < X, S, Y, δint, δext, δcon, ta, λ > X: giriş olayları kümesi Y: çıkış olayları kümesi S: durum kümesi ta: S → R+0, ∞ zaman ilerleme fonksiyonu

δ int: S → S dahili geçiş fonksiyonu δ ext: Q x Xb → S harici geçiş fonksiyonu δ con: Q x Xb → S çakışma geçiş fonksiyonu Q = {(s,e) | s ∈S, 0 ≤ e ≤ ta(s)} λ : S → Y çıkış fonksiyonu A Free sample background from www.powerpointbackgrounds.com

Slide 21

© 2003 By Default!

Harici Geçiş Fonksiyonu x s’ = δext (s, e, x)

s

e

ta(s)

DEVS = < X, S, Y, δint, δext, δcon, ta, λ > A Free sample background from www.powerpointbackgrounds.com

Slide 22

© 2003 By Default!

Dahili Geçiş Fonksiyonu/Çıkış Fonksiyonu y

λ (s)

s

ta(s)

s’ = δint (s)

DEVS = < X, S, Y, δint, δext, δcon, ta, λ > A Free sample background from www.powerpointbackgrounds.com

Slide 23

© 2003 By Default!

Çakışma Geçiş Fonksiyonu x s’ = δcon (s, ta(s), x)

s

e

ta(s)

DEVS = < X, S, Y, δint, δext, δcon, ta, λ > A Free sample background from www.powerpointbackgrounds.com

Slide 24

© 2003 By Default!

Birleşik Model Tanımı CM = < X, Y, D, {Mi}, EIC, EOC, IC, Seçim> X, Y : giriş ve çıkış kümeleri D : birleşik modelin bileşenler kümesi Mi :atomik veya birleşik olabilen bir DEVS modeli her i∈D, EIC, harici giriş bağlantısı EOC, harici çıkış bağlantısı IC, dahili bağlantı Seçim: eşitlik fonksiyonudur. A Free sample background from www.powerpointbackgrounds.com

Slide 25

© 2003 By Default!

Birleşim Altında Kapalılık

DN < X , Y, D, {Mi }, {Ii }, {Zi,j }>

DEVS < X, S, Y, δint, δext, δcon, ta, λ >

A Free sample background from www.powerpointbackgrounds.com

DEVS < X, S, Y, δint, δext, δcon, ta, λ >

Her DEVS birleşik modeli bir DEVS atomik model karşılığına sahiptir.

Slide 26

Hiyerarşik Modelleme AB A

A1

D

D

A2 A Free sample background from www.powerpointbackgrounds.com

B

© 2003 By Default!

Slide 27

Dağıtık Simülasyon Mimarisi

© 2003 By Default!

Katılımcılar arasında işbirliğini destekleme

İşbirliği

Uygulamada karar verme

Karar

Tasarım araştırmaları ve değerlendirme

Araştırma

Model karakteristikleri ve dinamikleri

Modelleme (DEVS)

modelleri çalıştıran simülatörler

Simülasyon

Dağıtık servisler sağlar

Özel Yazılım (HLA)

m&s donanım desteği

Ağ

A Free sample background from www.powerpointbackgrounds.com