Bilgisayar Haberlesmesi Bolum1 Modelleme Ve Simulasyon WwwJavadiliCom

© 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!


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!


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!


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!


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!


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!


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!


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!


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!


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!


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!


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!


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!


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!


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!


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!


Slide 17

DEVS FormalizmiDEVS Formalizmi

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

Ayrık Sistemler• Sayısal• Bilgisayar Bilimi• Algoritmalar

DEVS

© 2003 By Default!


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!


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!


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!


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!


Slide 22

Dahili Geçiş Fonksiyonu/Çıkış Fonksiyonu

ta(s)s

(s)

y

s’ = int (s)


© 2003 By Default!


Slide 23

ta(s)s


x

s’ = con (s, ta(s), x)

Çakışma Geçiş Fonksiyonu

e

© 2003 By Default!


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!


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!


Slide 26

HiHiyerarşikyerarşik Model Modellemeleme

A B

AB

D D

A2

A1

© 2003 By Default!


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

Documents

Bilgisayar Haberlesmesi Bolum1 Modelleme Ve Simulasyon WwwJavadiliCom