Recently discrete event modeling and simulation for performance evaluation of complex systems becomes an important research issue in many areas of system design. The main research objective is to devise a framework for developing accurate performance models and efficient simulation algorithms for fast experimentations with such models. As a part of such research activities, this thesis presents a hybrid modeling/simulation framework within which both accuracy in models and speed in simulation experimentations are obtained.
We employ the Zeigler's DEVS formalism, which supports hierarchical modular descriptions of discrete event systems. Though the set-theoretic formalism has expressive power and the well known simulator algorithm, it lacks of analytic means for reasoning about system behavior. To complement this shortage, we propose a model transformation algorithm which transforms selected DEVS models into behaviorally equivalent analytic ones in steady state as far as accuracy is preserved.
For high-speed simulation, we develop a hybrid simulation algorithm which is capable of simulating both analytic and simulation models in a combined manner. To build an environment implementing such an algorithm, we extend the DEVSim++ environment by adding new classes for specifying and simulating analytic models. We call it HDEVSim++. HDEVSim++ is a result of the combination of two powerful frameworks for system simulation : the DEVS formalism and the proposed hybrid modeling and simulation methodology. Thus, it allows modelers to specify discrete event models using the hierarchical composition methodology in an object-oriented framework. HDEVSim++ also supports automatic model transformation and fast discrete event simulation.
An advantage of our approach is that it employs a single modeling formalism, making the modeler possible to develop models using an expressive formalism. In addition, the developed framework is based on the sound theoretical foundation of behavioral equivalence relation. To exemplify the usefulness of the proposed approach, we demonstrate performance modeling and simulation of a simple communication network. The results show that our approach can accurately simulate the behavior of a system with greatly reduced computation costs.
최근들어 복잡한 시스템 설계시에 시스템을 이산사건 시스템으로 모델링한 후에 컴퓨터 시뮬레이션을 이용하여 성능을 평가하는 기법이 널리 사용되고 있다. 이산사건 시뮬레이션이 시스템 해석을 위한 자연적인 방법론으로 자리잡고 있지만 실험을 위해 많은 양의 계산량을 요구하는 단점이 있다. 따라서, 이를 효율적으로 하는 방법론에 관한 연구가 활발하며 이러한 연구의 궁극적인 목표는 정교한 시스템 모델을 개발을 지원하고 개발된 모델을 고속 시뮬레이션할 수 있는 시뮬레이션 엔진을 탑재한 환경을 개발하는 것이다.
그러한 연구의 일부로써 본 논문은 모델의 정확도와 효율적인 시뮬레이션 기법을 모두 제공하는 복합 모델링/시뮬레이션 환경을 제안하다.
이산사건 시스템을 기술하는 모델링 형식론은 시스템을 모듈화하여 계층적으로 표현할 수 있는 Zeigler의 DEVS 형식론을 사용한다. 집합론에 기반한 DEVS 형식론은 모델 표현력이 우수하고 잘 알려진 추상화된 시뮬레이션 알고리즘을 지원하지만 시스템의 동작을 해석적으로 분석할 수 있는 기법이 부족하다. 이러한 단점을 해결하기 위하여 우리는 선택된 DEVS 모델의 정상상태 동작을 모델의 정확도를 유지하면서 등가의 해석적 모델로 변환하는 모델변환 알고리즘을 제시한다.
선택적으로 변환된 해석적 모델과 변환되지 않은 DEVS 모델을 혼합된 형태로 동시에 시뮬레이션할 수 있는 고속 복합 시뮬레이션 알고리즘을 개발한다. 개발된 알고리즘을 구현하기 위하여 DEVS 모델 시뮬레이션을 위해 C++로 개발된 환경인 DEVSim++에 DEVS 모델을 등가의 해석적 모델로 변환하는 모델변환기와 해석적 모델과 DEVS 모델을 동시에 시뮬레이션 할 수 있는 해석기 기능을 확장하였다.
본 논문에서 제안하는 기법은 모델 표현력이 우수한 하나의 모델링 형식론을 사용하여 모델링된 시스템을 모델변환 기법과 해석기를 사용하여 고속 시뮬레이션을 가능케 함으로써 모델러가 복합 시뮬레이션을 위해 복수의 모델링 형식론을 사용하지 않아도 된다는 점에서 독창성을 가진다. 제안된 기법의 우수성을 보이기 위하여 여러가지 시스템 성능분석에 적용하여 보았다. 실험결과로부터 높은 정확도를 유지하면서 시뮬레이션에 소요되는 시간을 크게 줄여줌을 알 수 있었다.
