体系建模与仿真：基础与实践

作者：（美）Bernard P. Zeigler，（美）Hessam S. Sarjoughian 着，张霖，宋晓，吴迎年 译
　　定价：99元
印次：1-1
ISBN：9787302498629
出版日期：2018.05.01
印刷日期：2018.04.10

本书以全新的编排方式,由浅入深,循循渐进,并吸收现代计算方法介绍信号与系统的基本内容,包括:信号与系统分析的基本概念与方法;连续时间系统与离散时间系统的时域分析;连续信号的傅立叶变换与系统的频域分析;连续信号的拉普拉斯变换与系统本书反应了齐格勒教授及其团队在DEVS方面最新的研究与套用成果，系统且详细地介绍了如何利用DEVS和系统实体结构（SES），在MS4 Me等软体环境支持下，开展各类複杂系统的虚拟构建及仿真试验。

目录

第Ⅰ篇基本概念

第1章体系建模与仿真

1.1虚拟构建与试验

1.2面向虚拟构建与试验的建模和仿真内涵

1.3多範式建模实现多学科协同

1.4学术背景

1.5体系建模和仿真入门

第2章DEVS集成开发环境

2.1MS4Me建模仿真环境

2.1.1针对建模仿真用户的介绍

2.1.2针对建模仿真开发人员的介绍

2.2针对建模仿真专家的介绍

2.2.1系统结构和行为

2.2.2有限确定性DEVS

2.2.3系统实体结构

2.3爵士乐队案例

2.4本章小结

附录DEVS的关键属性

参考文献

第3章系统实体结构基础

3.1建模仿真的简单流程

3.2建模仿真过程组件的分解和耦合

3.3建模仿真过程的分层结构

3.4本章小结

第4章DEVS自然语言模型及其细化

4.1在时间序列中生成作业的FDDEVS模型

4.2处理作业的FDDEVS模型

4.3简单的工作流耦合模型

4.4在Java中将FDDEVS细化为具有完整能力的模型

4.5将ProcessorOfJobs细化为Java模型

4.6变换器：测量作业完成时间和吞吐量的模型

4.7使用细化过程处理不确定性状态转换

4.8使用细化过程处理多路并发输入

4.9使用细化过程生成多路并发输出

4.10使用时序图加快模型开发过程

4.11本章小结

附录变换器FDDEVS档案(Transducer.dnl)

第5章特化和修剪

5.1特化

5.2特化的修剪

5.3特化的多次出现

5.4添加特化的规则：没有规则

5.4.1根实体下的特化

5.4.2方面实体下的特化

5.4.3特化实体下的特化

5.4.4组合特化

5.5变数和特化

5.6本章小结

第6章方面和多方面

6.1多方面(分解)

6.1.1表达同一实体的不同方面

6.1.2修剪方面

6.1.3方面：视角和抽象

6.2多方面——实体的多个相关分解

6.2.1方面的局限性

6.2.2多方面重组

6.2.3多方面修剪

6.2.4多方面统一耦合

6.2.5一对多和多对一的耦合

6.2.6基于多方面的分层构建

6.2.7统一成对耦合

6.2.8预定义的耦合规格说明

6.3本章小结

参考文献

第7章管理修剪中的继承

7.1创建带下画线的实例

7.2指定继承的基类

7.3配置基类

7.4修剪中的继承

7.5指定来自子类的继承

7.6本章小结

第8章自动修剪和基于规则的修剪

8.1自动修剪

8.1.1枚举修剪

8.1.2随机修剪

8.2上下文无关修剪及上下文相关修剪

8.2.1上下文相关选择的修剪算法

8.2.2有条件的基于规则的修剪

8.2.3unless或ifnot条件规则

8.2.4实例：时间严格(timecritical)的建模与仿真

8.2.5从剩余选项中随机选择

8.3本章小结

参考文献

第Ⅱ篇高级概念

第9章DEVS仿真协定

9.1DEVS仿真协定概述

9.2DEVS仿真协定在MS4Me中的体现

9.2.1接口对象

9.2.2输入输出连线埠

9.2.3有限确定性离散事件仿真系统(FDDEVS)规格说明

9.3实现DEVS协定的分散式仿真

9.3.1标準的DEVS协定实现

9.3.2基于点对点讯息互动的DEVS协定实现

9.3.3基于实时讯息互动的DEVS协定实现

9.4作为仿真互操作标準的DEVS协定

9.4.1带事件调度仿真器的DEVS协定

9.4.2关于仿真的互操作性的经验教训

9.5本章小结

附录ASimulator.dnl摘录

附录BCoordinator.dnl摘录

参考文献

第10章动态结构：智慧型体建模和发布/订阅

10.1动态结构和智慧型体建模

10.2基于发布/订阅的数据分发机制

10.2.1发布者

10.2.2订阅者

10.2.3发布/订阅路由器

10.2.4发布/订阅操作

10.3数据分发服务

10.3.1数据分发服务中的DEVS仿真协定

10.3.2DEVS信息

10.3.3相关连线埠和通信主题

10.4本章小结

附录AExcerptsfromPublishSubscribeRouter.dnl

附录BExcerptsfromAgent.dnl

参考文献

第11章基于兴趣关注的信息交换：映射与模型

11.1背景

11.1.1汽车购买中的信息框架套用实例

11.2网路数据收集里的套用

11.2.1网路流量数据表示

11.3映射方法

11.3.1多方面映射

11.4交换XML的DEVS模型

11.4.1生成XML档案的模型

11.4.2用DEVS模型描述基于系统实体结构的

XML映射

11.4.3主系统实体结构到基于兴趣关注的系统

实体结构的映射

11.4.4交换相同XML的模型

11.5本章小结

附录系统实体结构实例

参考文献

第12章构建DEVS模型的语言

12.1原子模型的受限自然语言规格说明

12.1.1FDDEVS模型的局限性

12.1.2FDDEVS增强设施

12.1.3增强设施的开发优势

12.2分层耦合模型的受限自然语言规格说明

12.3DEVS和UML

12.4本章小结

附录FDDEVS的形式化定义

参考文献

第Ⅲ篇套用

第13章柔性建模的支撑环境

13.1通过开发过程支持多路径

13.2SOA(面向服务架构)中作为服务的建模仿真工具

13.3实例研究：分体式卫星系统

13.3.1建模仿真支撑环境如何适应各类利益相关方

13.3.2系统实体结构：MSE柔性的关键支撑

13.3.3建模仿真支撑环境的实现：面向服务架构

13.3.4建模仿真支撑环境的仿真服务

13.3.5使用Web服务的仿真

13.4建模仿真支撑环境操作：执行绪实例

13.5本章小结

附录

参考文献

第14章基于服务的软体系统

14.1引言

14.2基于服务的软体系统

14.3面向服务的体系架构

14.4SOADEVS仿真建模

14.4.1简单模型

14.4.2複合模型

14.5SOADEVS模型组件

14.5.1通用讯息

14.5.2简单服务

14.5.3複合服务模型

14.6仿真模型範例

14.7动态结构SOAD

14.7.1代理执行模型设计

14.7.2扁平和分层模型组合

14.8本章小结

14.9练习

参考文献

第15章云系统仿真建模

15.1引言

15.2软体/硬体协同设计

15.3SOCDEVSSW/HW建模

15.3.1软体服务系统模型

15.3.2硬体系统模型

15.3.3服务系统映射

15.4面向服务的语音通信系统

15.4.1基本度量

15.4.2仿真参数估计

15.4.3实验设定和执行

15.4.4实例仿真结果

15.5本章小结

参考文献

第16章体系模型库

16.1引言

16.2逻辑化、可视化和持久化建模的统一

16.2.1简单的网路病毒模型

16.2.2模板、模板实例和实例模型的类型

16.2.3仿真和非仿真类型的模型

16.2.4逻辑模型

16.2.5可视化模型

16.2.6持久化模型

16.2.7模型命名空间

16.3CoSMoS进程生命周期

16.4CoSMoS云建模

16.4.1硬体模型

16.4.2软体模型

16.4.3软体(服务)系统映射模型

16.4.4模型约束

16.5本章小结

参考文献

第17章基于体系的生命系统建模与仿真

17.1生命系统建模与仿真中的挑战

17.2DEVS和VLE为何适用于生命系统建模和仿真

17.2.1系统方法：涌现与规模转换

17.2.2异构形式和生命系统複杂性

17.2.3VLE和试验计画

17.3动物流行病的监测和控制

17.3.1动机和目标

17.3.2模型描述

17.3.3仿真结果

17.4植物生长模型

17.4.1动机和目标

17.4.2Ecomeristem模型

17.4.3总体功能

17.4.4拓扑

17.4.5DEVS的实现

17.4.6验证

17.4.7结论

17.5生命系统的模型连续性

17.6本章小结

参考文献

第18章基于活跃度的体系实现

18.1能量与活跃度

18.2体系原型构建

18.3实验框架和定时需求

18.4体系模型中的能量和活跃度

18.5活跃度概念综述

18.6定时需求、能量和活跃度

18.7体系实例：扑救森林火灾

18.8体系硬体实现的有关活动

18.9实验测试

18.10本章小结

附录Quantizer.dnl

参考文献

体系建模与仿真：基础与实践

插图目录

插图目录

图1.1以建模和仿真为中心的体系开发6

图2.1爵士乐队的顺序图接口示例13

图2.2由时序图生成的爵士乐队模型13

图2.3MS4Me初始用户界面的一部分14

图2.4用于创建原子模型的受限自然语言15

图2.5用于将FDDEVS模型扩展为成熟DEVS模型的标记块16

图2.6面向系统实体结构规格说明的受限自然语言16

图2.7显示分解和特化图示的系统实体结构树17

图2.8MS4Me指定结构和行为的方法18

图2.9RhythmSection的状态图22

图2.10作为系统规格说明的DEVS原子模型24

图2.11作为系统规格说明的DEVS耦合模型的耦合封闭性25

图2.12面向离散事件系统的DEVS普适性和独特性25

图3.1“瀑布”形式的建模仿真过程28

图3.2建模仿真过程的系统实体结构图28

图3.3建模仿真过程的系统实体耦合结构图32

图3.4SES生成的DEVS耦合模型的仿真查看器32

图3.5分解DataGatherPhase的SES扩展结构图33

图3.6作为MSProcessSystem中的一个扩展组件的

DataGatherPhase模型34

图3.7MSProcessSystem的分层模型(以黑盒模型的形式展示了

组件耦合模型)35

图3.8ClarifyObjectivesPhase的分解图36

图3.9ContructModePhase的分解图37

图3.10ExecuteModelPhase的分解图37

图3.11InterpretResultsPhase的分解图38

图4.1作业生成器的框架图与状态图41

图4.2仿真查看器中的GeneratorOfJobs43

图4.3ProcessorOfJobs的框架图与状态图43

图4.4仿真查看器中的ProcessorOfJobs44

图4.5模型查看器中的简单工作流模型45

图4.6DEVS模型中的输入与输出连线埠45

图4.7GeneratorOfJobs的状态图描述47

图4.8ProcessorOfJobs的状态图51

图4.9仿真查看器中扩展后的SimpleWorkFlow模型53

图4.10书的生命周期54

图4.11反应过程的系统实体结构框架图54

图4.12用于测试无人自主系统的时序图60

图4.13测试无人自主系统的耦合模型60

图4.14使用时序图来细化变换器包61

图4.15用于测试无人自主系统的分层模型62

图4.16用特化增强系统实体结构63

图5.1表示meansToGetData特化的MSProcessSystem系统实体结构67

图5.2从初始选择到最终完成的修剪过程68

图5.3修剪界面中多次出现的特化的SES结构69

图5.4一辆车的SES分层结构72

图6.1添加fastProcess后MSProcessSystem的SES框架75

图6.2多方面重构78

图6.3Alltoall的耦合模式80

图6.4基于匹配的耦合81

图6.5MultiEnclaveNet结构83

图6.6单轨电车车站组合86

图7.1修剪和转换的SimpleWorkflow94

图8.1JobContext系统实体结构100

图9.1DEVS的分层服务架构109

图9.2DEVS仿真协定110

图9.3MS4Me中的协调器和仿真器112

图9.4仿真器的输入和输出连线埠114

图9.5协调器的输入和输出连线埠114

图9.6协调器的状态图115

图9.7仿真器的状态图116

图9.8具有多方面耦合的标準DEVS协定实现118

图9.9具有多方面耦合的基于点对点讯息互动的DEVS协定实现120

图9.10带有多方面耦合的基于实时讯息互动的DEVS协定实现121

图9.11套用于基于事件的仿真器的DEVS仿真协定123

图10.1AgentAndActor的初始结构状态131

图10.2AgentAndActor模型后续结构状态131

图10.3简单想定的时序图134

图10.4发布者的状态图134

图10.5订阅者的状态图134

图10.6附加了政治(Politics)耦合连线埠的简单仿真查看器135

图10.7路由器的状态图136

图10.8测试案例的顺序图137

图10.9DEVS/DDS分散式仿真结构139

图10.10“所有”与“每个”的耦合关係142

图10.11跟蹤执行者的发布/订阅服务144

图11.1系统实体结构和修剪的实体结构通过ontology和

imiplementations层联繫起来151

图11.2基于系统实体结构的信息交换框架151

图11.3性能分析和安全测试的信息交换框架156

图11.4由主PacketInfo系统实体结构到消费者需求的映射157

图11.5从PacketInfo系统实体结构到POD攻击系统实体结构的映射158

图11.6从源SesPesPair对象到目标SesPesPair对象的映射159

图11.7多方面之间的映射160

图11.8状态设计器生成GeneratorXML的图解161

图11.9GeneratorXML的状态图示注162

图11.10带有标注的MapXML的状态转换图164

图11.11NetDataDistributor顺序图165

图11.12MapNDistributor的状态图166

图11.13基于共享SesPesPair的模型之间的XML交换167

图11.14SimonSays实例中档案交换的SES大纲167

图12.1虚拟构建与测试的支持层次171

图12.2DEVS自然语言到Java模型的流程示意图172

图12.3从自然语言到SES再到MS4MeJava模型的路径示例图177

图12.4FDDEVS与SES生成路径的结合示意图177

图12.5UML与DEVS的规格说明语言178

图13.1调节柔性MSE中的不同利益相关方188

图13.2开发训练仿真器的另一个流程188

图13.3採用反向验证步骤的仿真器开发过程189

图13.4仿真器开发过程中的信息流190

图13.5由与中央存储区互动的工具支持的仿真开发过程190

图13.6SOA中作为服务支持建模仿真的工具191

图13.7显示典型服务序列(紫色)和信息流(灰色)MSE工作流195

图13.8建模仿真支撑环境(MSE)的实现196

图13.9建模仿真支撑环境(MSE)工作流的受限编排197

图13.10具有封装的实验框架和物理模型仿真器(PMS)的仿真服务198

图13.11实验框架的互动199

图13.12主系统实体结构(SES)给出了服务需求的特徵描述和拟探索的

可能的架构202

图13.13SatelliteModule(卫星模组)重构为ImageSats和RelaySats204

图13.14从主系统实体结构(MasterSES)到物理模型系统实体结构

(PhysicalModelSES)的映射205

图14.1自适应的基于服务的软体系统概念模型214

图14.2面向服务计算中的服务和讯息传递模式215

图14.3SOA兼容的DEVS简单服务组合217

图14.4SOA兼容的複合服务组合218

图14.5SOAD中的讯息220

图14.6服务客户与端点之间的联繫221

图14.7SOAD中的简单服务221

图14.8ServiceProvider中的内部事件函式222

图14.9複合服务模型224

图14.10业务过程执行语言224

图14.11旅行社服务模型226

图14.12採用语音通信的分层USZIP服务227

图14.13採用複杂ResortByZip服务的简单USZIP和Resort服务228

图14.14代理执行类图模型233

图14.15代理执行模型的时序图234

图14.16执行模型的状态图235

图14.17代理模型的状态图235

图14.18添加和移除代理和订阅者的代码片段236

图15.1语音通信系统示例242

图15.2系统集成协同设计流程的基本步骤243

图15.3基于软体/硬体组件及其集成的云系统分割理念243

图15.4通用软体服务仿真模型类图245

图15.5处理作业和信息软体服务作业图248

图15.6软体服务系统模型249

图15.7代理、发行者和订阅者的设计规格说明249

图15.8处理机模型组件(DEVSSuite仿真器树形结构)256

图15.9三种软体服务的输入输出映射及其对应的处理机和

网路交换器258

图15.10一个单处理机支持两种软体服务258

图15.11使用通过两个链路和一个交换机连线的两个处理器的

两种软体服务互动259

图15.12子网路的SES259

图15.13处理器和服务的SES261

图15.14有背景流量和没有背景流量的吞吐量测量一264

图15.15有背景流量和没有背景流量的吞吐量测量二265

图15.16有背景流量和没有背景流量的吞吐量测量三265

图15.17通过使用一个路由器连线两个处理机，包含一个发行者、

两个订阅者、一个代理的语音通信系统266

图16.1使用代码生成进行的逻辑化、可视化和持久化建模270

图16.2逻辑化、可视化和持久化类型的模型271

图16.3支持检测感染信息的病毒网路模型273

图16.4递增模型开发过程274

图16.5典型病毒网路模型中的模板、模板实例和实例模型的

树形结构图274

图16.6逻辑模型特化275

图16.7描述树形结构和方块模型的CoSMoSUI视图277

图16.8含有其他複合模型的複合实例模板模型，以及另一种含有

图元组件的複合模型的框图278

图16.9NetVirusExp模型组件的结构複杂性度量和VirusProcQ

模型组件的行为複杂性度量279

图16.10模板、实例模板和实例模型实体及其之间的关係279

图16.11非仿真模型和连线埠及其与模板模型和实例模板模型间的

关係280

图16.12用于存储资料库和平面档案的CoSMoS目录的工作空间281

图16.13开发模型、配置实验、执行仿真的CoSMoS生命周期进程282

图16.14以SOA服务为例的图元和複合实例模板实例模型283

图16.15图16.14中所示的实例模板模型的模板和实例模型284

图16.16H样式的硬体系统模型286

图16.17有两个特殊模板模型的软体系统287

图16.18软体系统的映射模型287

图17.1动物流行病监测和控制的概览图297

图17.2监测、决策、控制和疾病的耦合模型(源自[Bont12])298

图17.3(a)採取/不採取控制措施时的流行病轨迹；(b)监测模型“观测”出的轨迹；(c)抽样率的轨迹；(d)利用SIS模型并通过实验程式模型估算的轨迹；(e)控制强度指标的轨迹300

图17.4由一个主干(含两节)和两个分櫱构成的分生组织模型的

MS4Me图304

图17.5Ecomeristem示意图305

图17.6Ecomeristem的简化有限态自动机示意图308

图17.7水分胁迫和无水分胁迫时的稻田(第36天，

从第21天开始水分胁迫)309

图17.8两种基因型——IR64(上)和Azucena(下)的

Ecomeristem的验证310

图18.1连线信息和能量的活跃度316

图18.2基于活跃度的系统设计方法316

图18.3体系的简化原型系统317

图18.4通信增强型体系原型317

图18.5与体系耦合的实验框架318

图18.6增强体系概念模型与框架的互动318

图18.7体系实验框架319

图18.8计时延迟约束319

图18.9体系实现模型的实验框架320

图18.10体系的部分实现模型320

图18.11SensorSystem(感测系统)实现模型的扩展321

图18.12适时发生的事件321

图18.13活跃等级与对应的组件数322

图18.14森林火灾扑救体系架构324

图18.15自适应量化器(Quantizer)状态图325

图18.16自适应量化器感测器包326

图18.17基于DEVS的硬体设计方法327

图18.18测试案例实验结果328

图18.19可找出最少能量分配的频率搜寻329

表格目录

表3.1组件的输入输出30

表10.1通信主题、相关的DEVS协定的发布者和订阅者140

表10.2“所有”和“每个”在複合中的作用143

表14.1基于服务的软体系统的QoS指标214

表14.2DEVS和SOA元素之间的对应关係216

表14.3WSDL与服务信息和服务查找讯息220

表14.4TravelAgent服务模型的精选指标228

表14.5添加和移除发布者和订阅者的时间238

表15.1语音通信配置260

表15.2硬体系统配置260

表16.1软体/硬体协同设计模式285