CN112765766B - 一种动态交互的细粒度离散事件系统时序推进方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种动态交互的细粒度离散事件系统时序推进方法，属于协同仿真时序一致技术领域。本发明对于基于事件的时序推进算法进行改进，通过解耦事件响应与交互处理两个部分，设计交互表实现对交互的动态管理，形成一种粒度更细的交互方式。在本发明中，对发生事件设计了合理而高效的响应逻辑，在每个事件发生的时间点上，对被交互子系统状态进行检测，并据此做出事件响应决策；同时设计了与之相对应的交互处理与子系统仿真推进逻辑，引入工作点保存进而实现仿真回退，使得离散事件系统之间产生的交互更加精准，仿真精度更高。本发明所提出的时序推进方式更适合随机性较强、交互较复杂的离散事件系统协同仿真。

Description

一种动态交互的细粒度离散事件系统时序推进方法

技术领域

本发明属于协同仿真时序一致技术领域，特别提出一种动态交互的细粒度离散事件系统时序推进方法。

背景技术

随着工业4.0的到来，建模仿真成为支撑复杂产品设计研发的重要手段。然而对于不同仿真应用场景下的复杂产品，往往是由多个不同来源的异构模型构成的。若要实现全系统建模与协同仿真，必须将各个异构模型进行互联集成。而在互联集成过程中极为关键的一步，则是在仿真推进过程中不同系统之间的时序一致性维护。

从系统特性来划分，异构模型可分为连续系统与离散事件系统。对于仅包含连续系统的复杂产品模型，已经有许多较为成熟的时序推进算法，例如联合仿真步算法、收敛积分步算法等等，均可以在维持系统间时序一致性的前提下保证仿真精度。而对于仅包含离散事件系统的复杂产品模型，传统的不需要人为定制的时序推进算法仅包含两种方式。一为基于时间的推进方式，这种方式与连续系统类似，需要在仿真开始前设定定步长，之后仿真每推进一个步长则检测此时各个子系统是否有交互事件发生。若有交互事件发生，则在此仿真点上进行交互。这种方式简单易行，使得任意子系统之间的所有交互都发生在仿真步长的整数倍时间点上。但它的仿真粒度较粗，会产生交互滞后，更适用于事件发生时间较有规律性的仿真系统，对于随机性较强且仿真精度要求较高的系统并不适用。另外这种方式中的步长往往也需要制定特定的策略进行确定，主观性较强，若步长设定不合理会导致精度大大降低。第二种方式则是基于事件的推进方式。在这种方式中，各子系统以自己的事件表进行推进，每次推进当前仿真时间最小的子系统。在每个仿真推进点上，判断此时发生的事件是否为交互事件，若为交互事件则进行交互。由于整体系统可能是由多个异构系统构成，且交互的发生会对子系统后续的事件表产生影响，因此不同子系统的事件表无法直接融合，交互会发生在被交互子系统事件表的时间点上。所以这种方式同样可能会导致交互提前或滞后，产生交互系统与被交互系统当前仿真时间点相差越远，则误差会越大。

发明内容

本发明的目的是为克服已有技术的不足之处，提出一种动态交互的细粒度离散事件系统时序推进方法。本发明对于基础的基于事件的时序推进算法进行改进，引入工作点保存进而实现仿真回退，并设置交互表实现对交互的动态管理。本发明对发生事件设计了合理而高效的响应逻辑，在每个事件发生的时间点上，对被交互系统状态进行检测，并据此做出事件响应决策；同时设计了与之相对应的交互处理与子系统仿真推进逻辑，本发明在保证多个离散事件系统时序一致性的同时，使得离散事件系统之间产生的交互更加精准，仿真精度更高。

本发明提出一种动态交互的细粒度离散事件系统时序推进方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)选取待仿真的复杂产品模型，该复杂产品模型由离散事件系统(S₁，...，S_n)组成；

其中，所述离散事件系统共包含n个子系统，每个子系统S_i均有对应的事件表，每个子系统中每一步的仿真时间由对应事件表中产生的下一个事件确定；

其中，所述离散事件系统共包含n个子系统，每个子系统S_i均有对应的事件表，每个子系统中每一步的仿真时间由对应事件表中产生的下一个事件确定；

对该离散事件系统设置交互表L，所述交互表为n*n的元胞数组型结构；在该交互表中，每个元素L(i，j)均包含对应的交互位interact_i，j和交互发生时间点t_i，j；其中，该元素的交互位interact_i，j表示子系统S_j对子系统S_i的0-1交互变量；若interact_i，j取1，则表示子系统S_j对子系统S_i存在保留交互；若interact_i，j取0，则表示子系统S_j对子系统S_i不存在保留交互；当interact_i，j取0时，该元素L(i，j)不存在对应的t_i，j；

设置交互表中每个元素包含的交互位interact_i，j初始值全部为0，将该交互表L记为当前交互表；

2)设置该复杂产品模型的仿真停止时间为t_stop；仿真开始后，首先使所有子系统均按其各自的事件表推进一步，然后选取当前仿真时间最小的子系统，将该子系统记作S_m；

3)对于S_m，首先保存对应当前仿真工作点，记作O_m，记此时S_m的当前仿真时间点为t_m；然后根据S_m的事件表向前推进一个仿真时间点，到达S_m对应事件表中下一个事件e的发生时间点t_e，并将t_e作为S_m新的当前仿真时间点；

4)在S_m的当前仿真时间点进行交互处理；具体步骤如下：

4-1)检查当前交互表中是否存在interact_m，j取值为1的情况：

4-1-1)若不存在，则进入步骤5)；

4-1-2)若存在，则将所有取值为1的interact_m，j按照其对应的t_m，j从小到大的顺序进行排序，记排序结果为

分别对应子系统

对S_m所保留的交互，p代表保留的交互的总数，其中

选取交互事件发生时间点最小的

对应的交互进行处理，将该交互作为当前交互；

然后判断当前仿真时间点t_e与

的关系：

4-1-2-1)若

则不作任何响应，保留S_m对应的当前交互及之后的所有交互，然后进入步骤5)；

4-1-2-2)若

则调用当前交互对应的事件处理子程序，之后清零交互位

清空交互相关数据，进入步骤5)；

4-1-2-3)若

则首先利用O_m进行仿真回退，使得当前仿真时间点倒回至t_m；然后将子系统S_m直接推进至

凋用当前交互对应的事件处理子程序，之后清零交互位

清空交互相关数据，进入步骤6)；

5)进行事件e的响应流程；具体步骤如下：

5-1)判定事件e是否是与其他子系统产生交互的交互事件：

5-1-1)若不是，则调用事件e对应的事件处理子程序，结束事件响应，然后进入步骤6)；

5-1-2)若是，则对事件e对应的每个被交互子系统的状态进行判定；记任一被交互子系统为S_a，该子系统对应的当前仿真时间为t_a；判定方法如下：

5-1-2-1)若t_a≥t_e，则调用e对应的事件处理子程序，在子程序中更新产生交互子系统(即S_m)与被交互子系统(即S_a)的系统状态，结束事件响应，然后进入步骤6)；

5-1-2-2)若t_a＜t_e，则保留交互，将当前交互表中被交互子系统S_a与产生交互子系统S_m所对应的交互位interact_a，m置为1，保存交互发生时间点t_e，之后结束事件响应，然后进入步骤6)；

6)重新选取当前仿真时间最小的子系统，记为新的S_m，将其对应仿真时间点记为新的t_m，并对t_m进行判定：

6-1)若t_m＜t_stop，则重新返回步骤3)，继续进行仿真；

6-2)若t_m＝t_stop，则该复杂产品模型仿真结束。

本发明的特点及有益效果：

本发明相较传统的离散事件系统协同仿真方法而言，通过解耦事件响应与交互处理两个部分，引入交互表实现交互动态管理，形成一种粒度更细的交互方式。传统的协同仿真推进方法中，事件响应与交互处理是一同进行的，使得交互的时间点或提前或滞后，经过误差积累会对仿真精度形成不可忽视的影响。而在本发明中，由于事件响应与交互处理是分开进行的，故可以实现更精准的交互，更适合随机性较强、交互较复杂的离散事件系统协同仿真。

附图说明

图1为本发明方法的整体流程图。

图2为本发明实施例的离散事件系统示意图。

具体实施方式

本发明提出一种动态交互的细粒度离散事件系统时序推进方法，下面结合附图和具体实施例对本发明进一步详细说明如下。

本发明提出一种动态交互的细粒度离散事件系统时序推进方法，整体流程如图1所示，包括以下步骤：

1)选取待仿真的复杂产品模型，该复杂产品模型由离散事件系统(S₁，...，S_n)组成；

其中，所述离散事件系统共包含n个子系统，每个子系统S_i均有对应的事件表，每个子系统中每一步的仿真时间由对应事件表中产生的下一个事件确定；

对该离散事件系统设置交互表L，所述交互表为n*n的元胞数组型结构。在该交互表中，对于每个索引为(i，j)的元素L(i，j)，均为可包含交互位interact_i，j、交互发生时间点t_i，j、事件处理子程序函数指针及交互相关参数的一个结构体。其中interact_i，j表示子系统S_j对子系统S_i的0-1交互变量：若interact_i，j取1则表示子系统S_j对子系统S_i存在保留交互，若interact_i，j取0则表示不存在保留交互(当取0时L(i，j)不包含交互发生时间点t_i，j)。对于L(i，i)来说，仅为方便索引而存在，无实际含义。设置交互表中每个元素包含的交互位interact_i，j初始值全部为0，将该交互表L记为当前交互表。

2)设置该复杂产品模型的仿真停止时间为t_stop。开始进行仿真后，首先使所有子系统均按其各自的事件表推进一步，然后选取当前仿真时间最小的子系统，将该子系统记作S_m；

3)对于S_m，首先保存对应当前仿真工作点，记作O_m，记此时S_m的当前仿真时间点为t_m。然后根据S_m的事件表向前推进一步，也就是按照其事件表向前推进一个仿真时间点，到达S_m对应事件表中下一个事件e的发生时间点t_e，并将t_e作为S_m新的当前仿真时间点；

4)在S_m的当前仿真时间点进行交互处理；具体步骤如下：

4-1)对当前交互表进行检测，检查是否有对S_m保留的交互未完成(即检查当前交互表中interact_m，j是否存在取值为1的情况)。

4-1-1)若不存在，则可以开始对事件e的响应流程，进入步骤5)；

4-1-2)若存在，则将所有对S_m保留的交互(即检查所有取值为1的interact_m，j)，按照其保存的交互发生时间点t_m，j从小到大进行排序。假设共有p个保留的交互，其交互发生时间点从小到大的顺序为

分别对应着子系统

对S_m所保留的交互，其中

交互处理过程中每次仅对交互事件发生时间点最小的交互进行处理，即对

对应的L(m，j₁)进行处理，将该交互作为当前交互。

判断当前仿真时间点t_e与对应交互发生时间点

的关系：

4-1-2-1)若

则暂时不作任何响应，当前交互及之后的所有交互依旧保留，进入步骤5)；

4-1-2-2)若

则在此时利用交互表中L(m，j₁)保存的事件处理子程序函数指针及交互相关参数，调用当前交互对应的事件处理子程序，之后清零交互位

清空交互相关数据，进入步骤5)；

4-1-2-3)若

则首先利用之前保存的仿真工作点O_m进行仿真回退，使得当前仿真时间点倒回至t_m。之后将子系统S_m直接推进至

在此时再调用L(m，j₁)中对应的事件处理子程序，之后清零对应交互位

清空交互相关数据。由于引入仿真回退后直接推进至交互点，S_m的当前仿真时间点变为

故此时应当处在子系统事件表中的空档，在交互处理完成后可跳过对事件e的响应过程，直接进入步骤6)；

若存在多个交互事件发生时间点同时满足最小，如

则在步骤4-2-2)与步骤4-2-3)中完成对L(m，j₁)的处理后，需要调用L(m，j₂)中对应的事件处理子程序，之后清零对应交互位

清空交互相关数据，再进行其他步骤。对于步骤4-2-1)无影响。

5)进行事件e的响应流程；具体步骤如下：

5-1)判定事件e是否是与其他子系统产生交互的交互事件：

5-1-1)若不是，则立即调用事件e对应的事件处理子程序，结束事件响应，然后进入步骤6)；

5-1-2)若是，则对事件e对应的每个被交互子系统(所述被交互子系统可为一个或多个，该被交互子系统不包含子系统S_m)的状态进行判定；假设任一被交互子系统为S_a，该子系统对应的当前仿真时间为t_a。判定如下：

5-1-2-1)若t_a≥t_e，则立即调用e对应的事件处理子程序，在子程序中更新产生交互子系统(即S_m)与被交互子系统(即S_a)的系统状态，结束事件响应，然后进入步骤6)；

5-1-2-2)若t_a＜t_e，则保留交互，将当前交互表中被交互子系统S_a与产生交互子系统S_m所对应的交互位interact_a，m置为1，并将交互发生时间点t_e、事件处理子程序函数指针(指向事件e)及交互相关参数保存，之后结束事件响应，然后进入步骤6)。在此假设每两个子系统之间仅存在单一交互，若有多种交互则扩充交互表即可；

6)重新选取当前仿真时间最小的子系统记为新的S_m，将其对应仿真时间点记为新的t_m，检测t_m是否已达到仿真停止时间t_stop；

6-1)若t_m＜t_stop，则返回步骤3)，继续进行仿真；

6-2)若t_m＝t_stop，则该复杂产品模型仿真结束。

下面结合一个具体实施例对本发明进一步详细说明如下。

本实施例为证明该时序推进方法的有效性与可行性，在simulink中搭建如上研究算例。该算例是由simevents中的基本模块组成，示意图如图2所示，主要由两个以排队模型为背景的离散事件子系统构成。子系统1中的队列长度增加事件会与子系统2产生交互，子系统2中的服务完成事件会与子系统1产生交互。在simevents环境中对某一系统进行仿真时，若有事件发生会自动更新当前仿真系统中的相关状态量，故当某子系统发生交互事件后，自身状态量会立刻被更新，但被交互子系统的状态量不发生变化。因此本发明中所涉及到的交互事件对应事件处理子程序，在本例中只包含对被交互子系统状态量的更新，不再包含自身状态量的更新。

本发明提出一种动态交互的细粒度离散事件系统时序推进方法，包括以下步骤：

1)选取以上算例为待仿真模型，该模型由离散事件系统(S₁，S₂)组成；

所述离散事件系统共包含2个子系统，每个子系统S_i均有对应的事件表，每个子系统中每一步的仿真时间由对应事件表中产生的下一个事件确定；

对该离散事件系统设置交互表L，所述交互表为2*2的元胞数组型结构。在该交互表中，对于每个索引为(i，j)的元素L(i，j)，均为包含交互位interact_i，j、交互发生时间点t_i，j、事件处理子程序函数指针及交互相关参数的一个结构体。其中interact_i，j表示子系统S_j对子系统S_i的0-1交互变量，若取1，则表示子系统S_j对子系统S_i存在保留交互，若取0，则表示不存在保留交互。对于L(i，i)来说，仅为方便索引而存在，无实际含义。设置交互表中每个位置元素包含的交互位interact_i，j初始值全部为0，将该交互表L记为当前交互表。

2)设置该复杂产品模型的仿真停止时间为t_stop＝300s。开始进行仿真后，首先使所有子系统均按其各自的事件表推进一步，此时S₁当前仿真时刻为t₁＝6s，S₂当前仿真时刻为t₂＝5s。选取当前仿真时间最小的子系统进行下一步推进，即S_m＝S₂；

3)对于S_m，首先保存对应当前仿真工作点，记作O_m，此时S_m的当前仿真时间点为t_m。然后根据S_m的事件表向前推进一步，也就是按照其事件表向前推进一个仿真时间点，到达S_m对应事件表中下一个事件e的发生时间点t_e，并将t_e作为S_m新的当前仿真时间点；

4)在S_m的当前仿真时间点进行交互处理，具体步骤如下：

4-1)对当前交互表进行检测，检查是否有对S_m保留的交互未完成(即检查当前交互表汇总interact_m，j是否存在取值为1的情况)。

4-1-1)若不存在，则可以开始对事件e的响应流程，进入步骤5)；

4-1-2)若存在，则将对S_m保留的交互(即检查所有取值为1的interact_m，j，本实施例中仅可能存在一个交互，将该交互作为当前交互)进行处理，判断当前仿真时间点t_e与对应交互发生时间点t_m，j的关系；

4-1-2-1)若t_e＜t_m，j，则暂时不作任何响应，当前交互依旧保留，进入步骤5)；

4-1-2-2)若t_e＝t_m，j，则在此时利用交互表中L(m，j)保存的事件处理子程序函数指针及交互相关参数，调用当前交互对应的事件处理子程序，之后清零交互位interact_m，j，清空交互相关数据，进入步骤5)；

4-1-2-3)若t_e＞t_m，j，则首先利用之前保存的仿真工作点O_m进行仿真回退，使得当前仿真时间点倒回至t_m。之后将子系统S_m直接推进至t_m，j，在此时再调用L(m，j)中对应的事件处理子程序，之后清零对应交互位interact_m，j，清空交互相关数据。由于引入仿真回退后直接推进至交互点，S_m的当前仿真时间点变为t_m，j，故此时应当处在子系统事件表中的空档，在交互处理完成后可跳过对事件e的响应过程，直接进入步骤6)；

5)进行事件e的响应流程；具体步骤如下：

5-1)判定事件e是否是与其他子系统产生交互的交互事件(在simevents环境中，即检测S_m自身与交互事件相关的状态量是否发生改变)；

5-1-1)若不是，则立即调用事件e对应的事件处理子程序，结束事件响应，然后进入步骤6)；

5-2)若是，则对事件e对应的被交互子系统(本例中被交互子系统仅为一个)的状态进行判断。假设被交互子系统为S_a，该子系统对应的当前仿真时间为t_a。判定如下：

5-1-2-1)若t_a≥t_e，则立即调用e对应的事件处理子程序，在子程序中更新产生交互子系统(即S_m)与被交互子系统(即S_a)的系统状态，结束事件响应，然后进入步骤6)；

5-1-2-2)若t_a＜t_e，则保留交互，将交互表中被交互子系统S_a与产生交互系统S_m所对应的交互位interact_a，m置为1，并将交互发生时间点t_e、事件处理子程序函数指针(指向事件e)及交互相关参数保存，之后结束事件响应(本例中两个子系统之间仅存在单一交互，故交互表无需扩充)，然后进入步骤6)；

6)更新当前中仿真时间最小的子系统，将该子系统记为新的S_m。其对应仿真时间点记为新的t_m，判定t_m是否已达到仿真停止时间t_stop＝300s；

6-1)若t_m＜t_stop，则重新返回步骤3)，继续进行仿真；

6-2)若t_m＝t_stop，则该复杂产品模型仿真结束。

Claims (1)

1.一种动态交互的细粒度离散事件系统时序推进方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)选取待仿真的复杂产品模型，该复杂产品模型由离散事件系统(S₁，...，S_n)组成；

其中，所述离散事件系统共包含n个子系统，每个子系统S_i均有对应的事件表，每个子系统中每一步的仿真时间由对应事件表中产生的下一个事件确定；

其中，所述离散事件系统共包含n个子系统，每个子系统S_i均有对应的事件表，每个子系统中每一步的仿真时间由对应事件表中产生的下一个事件确定；

对该离散事件系统设置交互表L，所述交互表为n*n的元胞数组型结构；在该交互表中，每个元素L(i，j)均包含对应的交互位interact_i，j和交互发生时间点t_i，j；其中，该元素的交互位interact_i，j表示子系统S_j对子系统S_i的0-1交互变量；若interact_i，j取1，则表示子系统S_j对子系统S_i存在保留交互；若interact_i，j取0，则表示子系统S_j对子系统S_i不存在保留交互；当interact_i，j取0时，该元素L(i，j)不存在对应的t_i，j；

设置交互表中每个元素包含的交互位interact_i，j初始值全部为0，将该交互表L记为当前交互表；

2)设置该复杂产品模型的仿真停止时间为t_stop；仿真开始后，首先使所有子系统均按其各自的事件表推进一步，然后选取当前仿真时间最小的子系统，将该子系统记作S_m；

3)对于S_m，首先保存对应当前仿真工作点，记作O_m，记此时S_m的当前仿真时间点为t_m；然后根据S_m的事件表向前推进一个仿真时间点，到达S_m对应事件表中下一个事件e的发生时间点t_e，并将t_e作为S_m新的当前仿真时间点；

4)在S_m的当前仿真时间点进行交互处理；具体步骤如下：

4-1)检查当前交互表中是否存在interact_m，j取值为1的情况：

4-1-1)若不存在，则进入步骤5)；

4-1-2)若存在，则将所有取值为1的interact_m，j按照其对应的t_m，j从小到大的顺序进行排序，记排序结果为

分别对应子系统

对S_m所保留的交互，p代表保留的交互的总数，其中

选取交互事件发生时间点最小的

对应的交互进行处理，将该交互作为当前交互；

然后判断当前仿真时间点t_e与

的关系：

4-1-2-1)若

则不作任何响应，保留S_m对应的当前交互及之后的所有交互，然后进入步骤5)；

4-1-2-2)若

则调用当前交互对应的事件处理子程序，之后清零交互位

清空交互相关数据，进入步骤5)；

4-1-2-3)若

则首先利用Om进行仿真回退，使得当前仿真时间点倒回至t_m；然后将子系统S_m直接推进至

调用当前交互对应的事件处理子程序，之后清零交互位

清空交互相关数据，进入步骤6)；

5)进行事件e的响应流程；具体步骤如下：

5-1)判定事件e是否是与其他子系统产生交互的交互事件：

5-1-1)若不是，则调用事件e对应的事件处理子程序，结束事件响应，然后进入步骤6)；

5-1-2)若是，则对事件e对应的每个被交互子系统的状态进行判定；记任一被交互子系统为S_a，该子系统对应的当前仿真时间为t_a；判定方法如下：

5-1-2-1)若t_a≥t_e，则调用e对应的事件处理子程序，在子程序中更新产生交互子系统(即S_m)与被交互子系统(即S_a)的系统状态，结束事件响应，然后进入步骤6)；

5-1-2-2)若t_a＜t_e，则保留交互，将当前交互表中被交互子系统S_a与产生交互子系统S_m所对应的交互位interact_a，m置为1，保存交互发生时间点t_e，之后结束事件响应，然后进入步骤6)；

6)重新选取当前仿真时间最小的子系统，记为新的Sm，将其对应仿真时间点记为新的t_m，并对t_m进行判定：

6-1)若t_m＜t_stop，则重新返回步骤3)，继续进行仿真；

6-2)若t_m＝t_stop，则该复杂产品模型仿真结束。

Images