Вычислительная и имитационная модели системы с управлением на Modelica

При моделировании сетевых протоколов является проблемой выбор модельного подхода и средства программной реализации. Специфика данной предметной области состоит в том, что для описания протоколов обычно используют дискретно-событийный подход. Однако дискретный модельный подход имеет ряд недостатков. Он плохо масштабируем, недостаточно хорошо подходит для описания динамических систем. Как альтернативу дискретному подходу обычно рассматривают непрерывный подход. Но при моделировании дискретных событий непрерывное описание становится излишне сложным и тяжеловесным. События принимают форму некоторых ограничений на непрерывную систему, которые зачастую не входят явно в непрерывную модель, а имеют форму дополнительных семантических описаний. Авторы предлагают использовать при моделировании подобных систем гибридный (непрерывно-дискретный) подход. В рамках гибридного подхода дискретная система записывается в непрерывном виде, а события принимают вид присущих подходу дискретных переходов. Кроме того, если брать за основу именно описание событий, на основе гибридного подхода можно получить и имитационную модель. В работе демонстрируется применение гибридного подхода для описания системы с управлением на примере взаимодействия протокола TCP и алгоритма RED. Демонстрируется простота создания как вычислительной, так и имитационных моделей системы. В качестве языка реализации используется язык Modelica.

Computational and Simulation Models of the Control System on Modelica

When modeling network protocols, the choice of a model approach and a software implementation tool is a problem. The specificity of this subject area is that for the description of protocols usually the discrete-event approach is used. However, the discrete model approach has several disadvantages. It is poorly scalable, not well suited for describing dynamic systems. As an alternative to the discrete approach, a continuous approach is usually considered. But when modeling discrete events, continuous description becomes unnecessarily complicated and heavy. Events take the form of some restrictions on the continuous system, which are often not explicitly included in the continuous model, but have the form of additional semantic descriptions. The authors propose to use a hybrid (continuous-discrete) approach when modeling such systems. In the framework of the hybrid approach, the discrete system is recorded in a continuous form, and the events take the form of discrete transitions inherent in the approach. In addition, if it is based on the description of events, a simulation model can be obtained on the basis of a hybrid approach. This paper demonstrates the use of a hybrid approach to describe systems with control by the example of the interaction of the TCP protocol and the RED algorithm. The simplicity of creating both computational and simulation models of the system is demonstrated. The Modelica language is used as the implementation language.