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『簡體書』体系建模与仿真:基础与实践

書城自編碼: 3191573
分類: 圖書→大陸圖書→工業技術→電子/通信
作者: [美]Bernard P. Zeigler,[美]Hessa
國際書號(ISBN): 9787302498629
出版社: 清华大学出版社
出版日期: 2018-05-1
版次: 1

書度/開本: 16开 釘裝: 精装

售價:NT$ 515

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編輯推薦:
DEVS是国际著名建模仿真专家Bernard Zeigler教授提出的一种仿真模型描述规范,是仿真领域至今影响*的理论体系,近年来被广泛应用于复杂系统(体系)的建模仿真。本书系统地介绍了基于DEVS的建模环境MS4 Me及相关技术,并采用大量生动的案例详细介绍了如何在该环境下开展各类系统的建模及仿真试验。是一本学习和使用DEVS的重要读物。
內容簡介:
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;连续信号的傅里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*的研究与应用成果,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等软件环境支持下,开展各类复杂系统的虚拟构建及仿真试验。
本书共分为三篇,即基本概念篇、高级概念篇和应用篇。第1篇基本概念篇(1至8章)从体系建模仿真的需求引出虚拟构建与试验的概念,这是全书的主题和线索。随后从不同角度介绍了一个可支持虚拟构建与试验的基于DEVS的建模仿真环境MS4 Me,这是*个商业化DEVS产品。之后的几章对DEVS和SES基本原理进行了较为系统的介绍,对其中涉及的一些基本概念进行了讲解,如特化和修剪,方面和多方面等。
第2篇高级概念篇(9至12章)进一步介绍了MS4 Me等建模仿真环境中所涉及的更加深入的概念和技术,包括DEVS仿真协议、智能体建模和发布订阅、基于兴趣关注的信息交换、构建DEVS模型的语言等。
第3篇应用篇(13至18章)通过多个实例,介绍了前两篇的概念和工具如何支持针对不同类型系统的虚拟构建与试验。
目錄
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多范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
2.1MS4 Me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文件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变量和特化
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仿真协议
9.1DEVS仿真协议概述
9.2DEVS仿真协议在MS4 Me中的体现
9.2.1接口对象
9.2.2输入输出端口
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协议的分布式仿真
9.3.1标准的DEVS协议实现
9.3.2基于点对点消息交互的DEVS协议实现
9.3.3基于实时消息交互的DEVS协议实现
9.4作为仿真互操作标准的DEVS协议
9.4.1带事件调度仿真器的DEVS协议
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:
智能体建模和发布订阅
10.1动态结构和智能体建模
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仿真协议
10.3.2DEVS信息
10.3.3相关端口和通信主题
10.4本章小结
附录AExcerpts from PublishSubscribeRouter.dnl
附录BExcerpts from Agent.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应用实例
11.2网络数据收集里的应用
11.2.1网络流量数据表示
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文件的模型
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篇应用
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: 线程实例
13.5本章小结
附录
参考文献
第14章基于服务的软件系统
14.1引言
14.2基于服务的软件系统
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复合模型
14.5SOADEVS 模型组件
14.5.1通用消息
14.5.2简单服务
14.5.3复合服务模型
14.6仿真模型范例
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软件硬件协同设计
15.3SOCDEVS SWHW建模
15.3.1软件服务系统模型
15.3.2硬件系统模型
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实验设置和执行
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简单的网络病毒模型
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硬件模型
16.4.2软件模型
16.4.3软件服务系统映射模型
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复杂性
17.2.3VLE和试验计划
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体系硬件实现的有关活动
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2.3MS4 Me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显示分解和特化图标的系统实体结构树17
图2.8MS4 Me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端口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仿真协议110
图9.3MS4 Me中的协调器和仿真器112
图9.4仿真器的输入和输出端口114
图9.5协调器的输入和输出端口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准DEVS协议实现118
图9.9具有多方面耦合的基于点对点消息交互的DEVS协议实现120
图9.10带有多方面耦合的基于实时消息交互的DEVS协议实现121
图9.11应用于基于事件的仿真器的DEVS仿真协议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耦合端口的简单仿真查看器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10.9DEVSDDS分布式仿真结构139
图10.10所有与每个的耦合关系142
图10.11跟踪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层联系起来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的状态图标注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实例中文件交换的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MS4 Me Java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采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由与中央存储区交互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实验框架的交互199
图13.12主系统实体结构SES给出了服务需求的特征描述和拟探索的
可能的架构202
图13.13SatelliteModule卫星模块重构为ImageSats和 RelaySats204
图13.14从主系统实体结构Master SES到物理模型系统实体结构
Physical Model SES的映射205
图14.1自适应的基于服务的软件系统概念模型214
图14.2面向服务计算中的服务和消息传递模式215
图14.3SOA兼容的DEVS简单服务组合217
图14.4SOA兼容的复合服务组合218
图14.5SOAD中的消息220
图14.6服务客户与端点之间的联系221
图14.7SOAD中的简单服务221
图14.8ServiceProvider中的内部事件函数222
图14.9复合服务模型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采用语音通信的分层US ZIP服务227
图14.13采用复杂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基于软件硬件组件及其集成的云系统分割理念243
图15.4通用软件服务仿真模型类图245
图15.5处理作业和信息软件服务作业图248
图15.6软件服务系统模型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15.9三种软件服务的输入输出映射及其对应的处理机和
网络交换器258
图15.10一个单处理机支持两种软件服务258
图15.11使用通过两个链路和一个交换机连接的两个处理器的
两种软件服务交互259
图15.12子网络的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接两个处理机,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络模型273
图16.4递增模型开发过程274
图16.5典型病毒网络模型中的模板、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CoSMoS UI视图277
图16.8含有其他复合模型的复合实例模板模型,以及另一种含有
图元组件的复合模型的框图278
图16.9NetVirusExp模型组件的结构复杂性度量和VirusProcQ
模型组件的行为复杂性度量279
图16.10模板、实例模板和实例模型实体及其之间的关系279
图16.11非仿真模型和端口及其与模板模型和实例模板模型间的
关系280
图16.12用于存储数据库和平面文件的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服务为例的图元和复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样式的硬件系统模型286
图16.17有两个特殊模板模型的软件系统287
图16.18软件系统的映射模型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17.3a 采取不采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模型并通过实验程序模型估算的轨迹; 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蘖构成的分生组织模型的
MS4 Me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连接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交互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传感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自适应量化器传感器包326
图18.17基于DEVS的硬件设计方法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索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协议的发布者和订阅者140
表10.2所有和每个在复合中的作用143
表14.1基于服务的软件系统的QoS指标214
表14.2DEVS和SOA元素之间的对应关系216
表14.3WSDL与服务信息和服务查找消息220
表14.4Travel Agent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硬件系统配置260
表16.1软件硬件协同设计模式285
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复杂系统Systems of Systems又称体系,指的是一类具有系统组成与层次关系复杂、系统机理复杂、系统的子系统间以及系统与其环境之间交互关系复杂和能量交换复杂,其总体行为呈现出定性定量混合、变结构、自适应、非线性、涌现、不确定、协同、博弈、混沌等特点的系统。复杂系统的研究与实施,对促进社会经济发展、巩固加强国防建设、提高人民生活质量有着十分重大的意义。实践表明,复杂系统建模与仿真技术是复杂系统研制与应用的重要手段,并正成为现代建模与仿真技术领域的一个研究热点。原书英文版作者美国B.P.Zeigler教授是国际建模仿真领域最有影响力的学者之一,他提出的离散事件系统规范DEVS是仿真领域最重要的基础理论之一,其代表作《建模仿真理论》是迄今为止对建模仿真领域影响最大的著作。本书作为Zeigler教授在2013年的力作,凝聚了他在《建模仿真理论》出版以来的最新研究工作成果。书中介绍了Zeigler教授团队最新开发的基于离散事件系统规范DEVS和系统实体结构SES的软件包,阐述了如何基于该软件以及智能体Agent、云Cloud、服务Service等新兴技术,对典型复杂系统进行构建、分析和仿真的方法。此外,作为第一本讲述如何在系统设计中综合考虑能量与信息处理需求的著作,本书提出了一种针对生态系统的建模仿真方法,该方法的创新性在于综合考虑了能量资源消耗与信息处理成本,能实现生态系统的优化分析与设计。感谢北京航空航天大学张霖教授、宋晓副教授和北京信息科技大学吴迎年副教授的辛勤工作,他们多年来从事建模仿真领域的相关研究,具有丰富的英文写作与翻译经验,相信他们的专业经验能帮助读者更好地学习和掌握Zeigler教授在复杂系统建模仿真领域的最新研究成果。李伯虎中国工程院院士2016年12月

 

 

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