© 2003 By Default!
A Free sample background from www.powerpointbackgrounds.com
Slide 1
BÖLÜM 1. BÖLÜM 1. MODELLEME VE SİMÜLASYON (M&S)TEORİSİ
Yrd. Doç. Dr. Ahmet Zengin
Sakarya Üniversitesi Teknik Eğitim FakültesiElektronik ve Bilgisayar Eğitimi Bölümü
7 Ekim, 2008
© 2003 By Default!
A Free sample background from www.powerpointbackgrounds.com
Slide 2
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.
© 2003 By Default!
A Free sample background from www.powerpointbackgrounds.com
Slide 3
Sistem Nedir?Sistem Nedir? Sistem, bir bütünü meydana getiren
parçaların veya birbiriyle ilişkili nesneler topluluğudur. Nesne(varlık), bulunduğu ortama
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.
© 2003 By Default!
A Free sample background from www.powerpointbackgrounds.com
Slide 4
Model nedir?Model nedir?
Gerçek bir sistemin soyutlanmış halidir. Gerçek bir sistemin soyutlanmış halidir. Sadece belirgin ve önemli olayları kapsayacak Sadece belirgin ve önemli olayları kapsayacak
şekilde modelin basitleştirilmesi çözüm olanağı sunar. şekilde modelin basitleştirilmesi çözüm olanağı sunar. Modelin çıkışı, fiziksel sistemin yaklaşık olarak Modelin çıkışı, fiziksel sistemin yaklaşık olarak
gerçek çıkışlarını verir. gerçek çıkışlarını verir.
Simülasyon içinde, zaman ölçeği ihtiyaç halinde Simülasyon içinde, zaman ölçeği ihtiyaç halinde değiştirilir.değiştirilir.– Olaylar seyrek olarak gerçekleşiyor ise zamanı hızlandır.Olaylar seyrek olarak gerçekleşiyor ise zamanı hızlandır.– Olaylar hızla akıyor ise zamanı yavaşlat.Olaylar hızla akıyor ise zamanı yavaşlat.
© 2003 By Default!
A Free sample background from www.powerpointbackgrounds.com
Slide 5
ModelModellemeleme and Sim and Simüülalasysyonon
Doğal Sistemler• Biyolojik• Genetik• Ekolojik
Teknolojik Sistemler• AI• YSA• Bulanık sistem
M&S• Modeller yeni yöntemlere neden olur• Simülasyon deney yapmayı ve • test işlemini olanaklı kılar
© 2003 By Default!
A Free sample background from www.powerpointbackgrounds.com
Slide 6
Simülasyon ne zaman işe yarar?Simülasyon ne zaman işe yarar? Kapalı bir sistemin içine erişimi mümkün kılar.Kapalı bir sistemin içine erişimi mümkün kılar. Bilgi, organizasyon ve çevre tabanlı sistemlerdeki Bilgi, organizasyon ve çevre tabanlı sistemlerdeki
dinamikler simüle edilebilir ve değişimlerin etkisi model dinamikler simüle edilebilir ve değişimlerin etkisi model üzerinden takip edilebilir. üzerinden takip edilebilir.
Simülasyon üzerinden yapılan gözlemler sistemin davranışı Simülasyon üzerinden yapılan gözlemler sistemin davranışı hakkında derin bir bilgi verirhakkında derin bir bilgi verir
Analitik çözümlerin sağlaması yapılabilirAnalitik çözümlerin sağlaması yapılabilir Simülasyon yeni tasarım ve politikalarla gerçek dünyada Simülasyon yeni tasarım ve politikalarla gerçek dünyada
uygulamadan deney yapmayı mümkün kılar. uygulamadan deney yapmayı mümkün kılar. Meslek eğitiminde masrafsız bir eğitim aracıdır.Meslek eğitiminde masrafsız bir eğitim aracıdır. Animasyon sistemin çalışmasını takip etmeyi sağlar.Animasyon sistemin çalışmasını takip etmeyi sağlar. Simülasyon sistemi çok karmaşık olduğunda, sistem Simülasyon sistemi çok karmaşık olduğunda, sistem
sadece simülasyon aracılığıyla incelenebilir.sadece simülasyon aracılığıyla incelenebilir.
© 2003 By Default!
A Free sample background from www.powerpointbackgrounds.com
Slide 7
Simülasyonun Avantaj ve DezavantajlarıSimülasyonun Avantaj ve DezavantajlarıAvantajlarıAvantajları
Mevcut sistemlerle uğraşmadan Mevcut sistemlerle uğraşmadan yeni tasarım alternatiflerini yeni tasarım alternatiflerini araştırmakaraştırmak
Yeni sistemleri masrafsız test Yeni sistemleri masrafsız test etmeketmek
zaman ölçeği sıkıştırılabilir veya zaman ölçeği sıkıştırılabilir veya genişletilebilirgenişletilebilir
Dahili değişkenler gözlemlenebilirDahili değişkenler gözlemlenebilir Değişkenlerin duyarlılığı ve Değişkenlerin duyarlılığı ve
etkileşimi sistem davranışı etkileşimi sistem davranışı üzerindeki etkilerini anlamak üzerindeki etkilerini anlamak üzere izlenebilir.üzere izlenebilir.
Tıkanıklık analizi yapılabilir.Tıkanıklık analizi yapılabilir. İhtimaller değerlendirilebilir.İhtimaller değerlendirilebilir.
DezavantajlarıDezavantajları Model geliştirme özel bir Model geliştirme özel bir
eğitim gerektirireğitim gerektirir Simülasyon yazılımı pahalı Simülasyon yazılımı pahalı
olabilirolabilir Simülasyon paketlerinin Simülasyon paketlerinin
öğrenilmesi çok uzun sürebiliröğrenilmesi çok uzun sürebilir Sonuçların yorumlanması Sonuçların yorumlanması
zor olabilirzor olabilir– sonuçlar gerçekten sistemin sonuçlar gerçekten sistemin
davranışını mı yansıtıyor?davranışını mı yansıtıyor?– Sistemin gerçek gözlemimi Sistemin gerçek gözlemimi
yoksa rasgele elde edilmiş yoksa rasgele elde edilmiş sonuçlar mı?sonuçlar mı?
– Genellikle simülasyon sonuçları Genellikle simülasyon sonuçları random girişlerden üretilir.random girişlerden üretilir.
© 2003 By Default!
A Free sample background from www.powerpointbackgrounds.com
Slide 8
Modelleme ve Simülasyon KavramlarıModelleme ve Simülasyon Kavramları
Doğrulama, bir simülatörün modeli doğru bir şekilde simüle edip etmemesidir.
Geçerleme, bir modelin sistemi temsil etme derecesidir.
© 2003 By Default!
A Free sample background from www.powerpointbackgrounds.com
Slide 9
Gerçek DünyaGerçek Dünya SimülatorSimülator
Modelleme ilişkisi - geçerleme
Simülasyon İlişkisi - doğrulama
Gerçek dünya davranışını üreten yapı
Modeli işleten araç
Model
Deneysel Çerçeve
Veri: Giriş/Çıkış çiftleri
Ref: Prof. B. Zeigler (ACIMS)
© 2003 By Default!
A Free sample background from www.powerpointbackgrounds.com
Slide 10
Gerçek-Dünya Varlığı
Sistem (S)
Deney esnasında
Gözlenen Veri
Temel Model
Model (M)
Simülasyon Sonuçları
sadece deneysel ortamdaki davranışın çalışılması
ortam ile deney yapılması
geçerleme
Modelin simüle edilmesi = sanal deney
Model hakkında temel ön bilgi
Modelleme ve Simülasyon Süreci
GERÇEK DÜNYA MODEL
HEDEFLER
© 2003 By Default!
A Free sample background from www.powerpointbackgrounds.com
Slide 11
M&SAltyapısıOrtak Araçlar
Ortak Yazılım Modülleri
İletişim araçları
Simülasyon Algoritmaları Model ve Veri
Kütüphaneleri
İşbirliği Desteği
Modelleme ve Simülasyondan Modelleme ve Simülasyondan (M&S) Faydalanma(M&S) Faydalanma
Kavram Analizi
Araştırma, Geliştirme veMühendislik
Test &Değerlendirme
PolitikaBelirleme
Eğitim
Operasyon& kontrol
Kaynak: NRC Modeling and Simulation, Vol. 9, National Academy Press, 1998
© 2003 By Default!
A Free sample background from www.powerpointbackgrounds.com
Slide 12
Modelleme ve Simülasyon AşamalarıModelleme ve Simülasyon Aşamaları
Deneysel Çerçeve Tanımlanması
Yapının Karakterizasyonu
Parametre Hesaplama
Simülasyon
Geçerleme
parametrik model adayları
parametrik model
uygun parametreli model
simüle edilen ölçümler
geçerlenmiş model
Temel ön bilgi
Modelleyenin ve deneyi gerçekleştirenin hedefleri
Deney gözlem (ölçüm yoluyla) verisi
Bilgi Kaynakları Aktiviteler
© 2003 By Default!
A Free sample background from www.powerpointbackgrounds.com
Slide 13
Deneysel ÇerçeveDeneysel 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.
© 2003 By Default!
A Free sample background from www.powerpointbackgrounds.com
Slide 14
Model 3
Model 2
Model 1
Analiz edilen Model
Veri
üreteci
Onaylayıcı
Dönüştürücü
Deneysel Çerçeveler
Giriş
Çalışma Kontrolü
İstatistikler
IC
Test altındaki devre
birleşim
Deneysel Aygıtlar
Osilloskop
Signal Jeneratörü
Voltmetre
© 2003 By Default!
A Free sample background from www.powerpointbackgrounds.com
Slide 15
Soyutlama Seviyeleri ve FormalizmlerSoyutlama Seviyeleri ve Formalizmler
DEVS: ayrık olay
Sistem
Simülatör:Olayproses
DEVS modeli
Bir sonraki olay zamanı,
Bir sonraki olay durumu ...
DTSS: fark denklemiSimülatör:TekrarlananAlgoritma
Sistem
DTSS modeli:
q(t+1) = a*q(t)+ b*x(t)
DESS: diferansiyel denklem
Sistem
Simülatör:Nümerikİntegratör
DESS modeli:
dq/dt = a*q +bx
© 2003 By Default!
A Free sample background from www.powerpointbackgrounds.com
Slide 16
DEVS M&S metodolojisi The DEVS (Discrete EVent System Specification) The DEVS (Discrete EVent System Specification)
Modelleme ve simülasyon yaklaşımı:Modelleme ve simülasyon yaklaşımı:– Sistemleri bileşenlerin birbirine bağlanması yoluyla Sistemleri bileşenlerin birbirine bağlanması yoluyla
tanımlar.tanımlar.– İletişim portlarını kullanarak bileşenler arasında karşılıklı İletişim portlarını kullanarak bileşenler arasında karşılıklı
etkileşimi olanaklı kılar.etkileşimi olanaklı kılar.– İki bileşen türü kullanır: atomik ve birleşik model.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
© 2003 By Default!
A Free sample background from www.powerpointbackgrounds.com
Slide 17
DEVS FormalizmiDEVS Formalizmi
Sürekli Sistemler• Analog• Kontrol Teorisi• Lineer/Lineer olmayan
Ayrık Sistemler• Sayısal• Bilgisayar Bilimi• Algoritmalar
DEVS
© 2003 By Default!
A Free sample background from www.powerpointbackgrounds.com
Slide 18
DEVS M&S Metodolojisinin Avantajları
Bileşenler arası sağlam bağlantıBileşenler arası sağlam bağlantı Hiyerarşik TasarımHiyerarşik Tasarım Olay-tabanlı verimli simülasyonOlay-tabanlı verimli simülasyon Nesneye-yönelik uyarlamaNesneye-yönelik uyarlama Düşük tasarım zamanıDüşük tasarım zamanı Gelişmiş TestGelişmiş Test => => daha kaliteli modellerdaha kaliteli modeller Kolay deney yapmaKolay deney yapma Otonom paralelOtonom paralel//gerçek-zamanda çalışmagerçek-zamanda çalışma Doğrulama/GeçerlemeDoğrulama/Geçerleme Karşılıklı Çalışabilirlik ve yeniden kullanımKarşılıklı Çalışabilirlik ve yeniden kullanım Birden fazla yöntem kullanarak modellemeBirden fazla yöntem kullanarak modelleme Yüksek PerformansYüksek Performans
© 2003 By Default!
A Free sample background from www.powerpointbackgrounds.com
Slide 19
Temel DEVS ModelleriTemel DEVS Modelleri
AtomiAtomikk: : en düşük seviyeli modelen düşük seviyeli model, , yapısal dinamikleri içerir.yapısal dinamikleri içerir.
giriş olaylarıgiriş olayları
çıkışçıkış olaylarıolayları
durumdurum değişkenlerideğişkenleri
durumdurum geçişgeçiş fonksiyonlarıfonksiyonları
çıkışçıkış fonksiyonufonksiyonu
zamanzaman fonksiyonufonksiyonu
bileşenlerbileşenler
bağlantılarbağlantılar– Dahili BağlantılarDahili Bağlantılar– Harici giriş bağlantılarıHarici giriş bağlantıları– Harici çıkış bağlantılarıHarici çıkış bağlantıları
BirleşikBirleşik: : bir veya daha fazla bir veya daha fazla atomik ve/veya birleşik atomik ve/veya birleşik modelden oluşurmodelden oluşur
© 2003 By Default!
A Free sample background from www.powerpointbackgrounds.com
Slide 20
DEVS = X, S, Y, int, ext, con, ta, X: giriş olayları kümesi
Y: çıkış olayları kümesi
S: durum kümesi
ta: S R+0, zaman ilerleme fonksiyonu
int: S S dahili geçiş fonksiyonu
ext: Q x Xb S harici geçiş fonksiyonu
con: Q x Xb S çakışma geçiş fonksiyonu
Q = {(s,e) | s S, 0 e ta(s)}
: S Y çıkış fonksiyonu
Atomik Model Tanımı
© 2003 By Default!
A Free sample background from www.powerpointbackgrounds.com
Slide 21
ta(s)s
DEVS = X, S, Y, int, ext, con, ta,
x
s’ = ext (s, e, x)
Harici Geçiş Fonksiyonu
e
© 2003 By Default!
A Free sample background from www.powerpointbackgrounds.com
Slide 22
Dahili Geçiş Fonksiyonu/Çıkış Fonksiyonu
ta(s)s
(s)
y
s’ = int (s)
DEVS = X, S, Y, int, ext, con, ta,
© 2003 By Default!
A Free sample background from www.powerpointbackgrounds.com
Slide 23
ta(s)s
DEVS = X, S, Y, int, ext, con, ta,
x
s’ = con (s, ta(s), x)
Çakışma Geçiş Fonksiyonu
e
© 2003 By Default!
A Free sample background from www.powerpointbackgrounds.com
Slide 24
Birleşik Model Tanımı
CM = < X, Y, D, {Mi}, EIC, EOC, IC, Seçim>
X, Y : giriş ve çıkış kümeleriD : birleşik modelin bileşenler kümesi Mi :atomik veya birleşik olabilen bir DEVS modeli her i D,
EIC, harici giriş bağlantısıEOC, harici çıkış bağlantısıIC, dahili bağlantı
Seçim: eşitlik fonksiyonudur.
© 2003 By Default!
A Free sample background from www.powerpointbackgrounds.com
Slide 25
DN X , Y, D, {Mi }, {Ii }, {Zi,j }
DEVS X, S, Y, int, ext, con, ta,
DEVS X, S, Y, int, ext, con, ta,
Her DEVS birleşik modeli bir DEVS atomik model karşılığına sahiptir.
Birleşim Altında Kapalılık
© 2003 By Default!
A Free sample background from www.powerpointbackgrounds.com
Slide 26
HiHiyerarşikyerarşik Model Modellemeleme
A B
AB
D D
A2
A1
© 2003 By Default!
A Free sample background from www.powerpointbackgrounds.com
Slide 27
Dağıtık Simülasyon Dağıtık Simülasyon MimarisiMimarisi
Dağıtık servisler sağlar
modelleri çalıştıran simülatörler
Model karakteristikleri ve dinamikleri
Tasarım araştırmaları ve değerlendirme
Uygulamada karar verme
Katılımcılar arasında işbirliğini destekleme
Özel Yazılım (HLA)
Simülasyon
Modelleme (DEVS)
Araştırma
Karar
İşbirliği
Ağm&s donanım desteği