Моделирование дискретно-событийных систем средствами графического языка состояний и переходов конечных автоматов

Введённый в данном разделе класс автоматов Мили* представляет собой базовый формализм для определения языка моделирования дискретно-событийных систем, названного DLAA. В соответствии с новым понятием автомата уточним понятие системной композиции таких автоматов с согласованными внешними событиями.

Определение 2: определение операции системной композиции для расширенной версии автомата определим с помощью следующей конфигурации:

SM=< N, D, E, SPM, Q, TS, G, R>, (2)

где

N - имя модели системы SM (System_Model)

D = {di} - множество ссылок/имён на автоматы (FSM), входящие в состав модели,

i ∈ [1 - k], где k - число автоматов

E - множество всех внешних событий системы - объединение всех внешних событий (входящих и выходящих) компонентов-автоматов системы E=Ս(ExiՍEyi), i∈ [1 - k],

SPM = {SP_FSMdi} - множество спецификаций автоматов, входящих в систему, где SP_FSMdi - спецификация автомата di∈D,

FSMi=,

Q={Si} - совокупность всех состояний всех автоматов системы

TS - структура времени системы,

G – блок управления системой S (используется в расширенных операциях над системами автоматов) - не обязательный элемент,

R - некоторый системный ресурс (используется в расширенных операциях над системами автоматов) - не обязательный элемент.

Рассмотренная выше операция системной композиции для расширенной версии автомата (Мили*) и будет составлять ядро языка моделирования, который в силу своего происхождения будет называться языком DLAA (Diagrams Language of Automata Algebra). Именно на основе этого ядра, состоящего из одной операции композиции автоматов, язык будет далее развиваться по уровневому принципу.

В этой операции особенно важную роль для взаимодействия автоматов системы играет аппарат внешних событий. Однако, для механизма перехода по внешнему входящему событию несет в себе семантическую неоднозначность. По существу, для целей моделирования динамических процессов нужны два различных механизма, работающих на основе внешних входящих событий.

Один механизм, типа wait/signal, применяется для синхронизации параллельных (квазипараллельных) процессов, когда, например, один автомат, находясь в некотором состоянии, ожидает сигнала от процесса, протекающего в другом автомате. В этом случае внешнее входящее событие x рассматривается именно как сигнал (возможно, несущий некоторую информацию в своих параметрах), который будет передан ожидающему состоянию данного автомата для соответствующей реакции и продолжения ожидающего этот сигнал процесса. В этом случае переход состояния в режим ожидания (wait) должен произойти до того момента времени, когда случится ожидаемое событие (signal), т.е. twait < tsignal.- условие корректного использования события x.

Второй механизм моделирует прерывание текущего процесса, протекающего в некотором состоянии автомата, с помощью внешнего события-прерывания x. Примером может служить ситуация, когда необходимо приостановить производственный процесс для проведения регламентных работ используемого оборудования (например, заправки его расходными материалами). В этом случае обработка такого события-прерывания актуальна только в течение выполнения данного производственного процесса, т.е. [tl, tn) - интервал корректного использования события x.

Разрешение описанной выше проблемы семантической неоднозначности представленного механизма внешних входящих событий легко решается разделением обоих случаев на всех уровнях описания - онтологическом, синтаксическом и семантическом, т.е. введением отдельных понятий и примитивов для каждого из рассматриваемых случаев. Однако это ведёт к усложнению предлагаемого языка. С тем, чтобы не усложнять язык и конструкцию автоматов, в данной работе предложена реализация механизма внешних событий, поддерживающая оба рассмотренных случая.

В частности, для реализации в некотором состоянии S автомата A аналога примитивы «wait» для события x, необходимо, чтобы автомат A в функции внешнего перехода δext содержал элемент δext(S, x)=S’, а функция длительности пребывания в состоянии S была равна бесконечности (Ta(S)=∞). В этом случае обработка ситуации с внешним входящим событием x будет соответствовать семантике примитивов wait/signal.

Для случая обработки ситуации с внешним входящим событием x как событием-прерыванием достаточно в функции внешнего перехода δext иметь реакцию на данное событие, т.е. элемент δext(S, x)=S’, и контролировать выполнение условия возникновения события x в интервале [tl, tn).

В целом, формализм языка, описанного в данном разделе, позволяет разрабатывать модели для широкого класса систем автоматов. Для записи таких моделей разработан метаязык, описанный в Приложении А. Однако этот метаязык является языком низкого уровня, он адекватно описывает сложную конфигурацию автоматов Мили* и предназначен скорее для инструментальных средств, а не для разработчика моделей.

Именно поэтому одним из требований к разрабатываемому языку было требование дуальности языка, т.е. двух форм представления спецификаций моделей, как текстовой, так и графической.

При этом, несмотря на техническую сложность формализма языка DLAA, его графическая форма чрезвычайно проста, как для изучения языка, так и для его использования.

Примечания