Metody a nástroje pro implementaci otevřených simulačních systémů

Methods and Tools for Implementation of Open Simulation Systems

dizertace

čeština

Modelování a simulace tvoří širokou oblast informačních technologií,která se věnuje zkoumání reálného světa prostřednictvím jeho abstrakcía experimentů nad těmito abstrakcemi. Modelování obsahuje obecně dvěúrovně: modelování statické struktury systémů a modelování jejichchování. Simulaci, tj. experimentování s modelem, pak chápeme jakointerpretaci chování modelu na základě popisu chování jeho struktur.Pro popis dynamických aspektů modelu lze použít různá paradigmata aformalismy. Tato práce vychází z Objektově orientovaných Petriho sítí(OOPN), které byly vyvinuty na Fakultě informačních technologiíVysokého učení technického v Brně. OOPN s výhodou kombinují přednostiPetriho sítí (formální základ, přirozený popis paralelismu) a objektovéorientace (strukturalizace modelu, přirozená tvorba instancípodstruktur).

Moderní simulační systémy jsou stále komplikovanější a komplexnější. Stímto trendem roste i potřeba prostředků pro snadnou, příp.automatickou konfiguraci a adaptaci schopností systémů pro různéaplikační podmínky. Jako použitelné řešení se jeví koncept tzv.otevřených implementací, které zpřístupňují některé aspekty interníimplementace systémů a tím umožňují jejich kontrolu. Základnímprostředkem pro vyjádření otevřené implementace je zajištění obecnéhoimplementačního rámce (framework), který usnadňuje práci uživatelů, aťuž v podobě navrhování či používání otevřených implementací. Jedním ztakových rámců je metaúrovňová architektura a s ní spojenýmetaobjektový protokol (MOP). MOP zajišťuje řešení založené naobjektové orientaci, které může být jednoduše integrováno do klasickýchvývojových procesů. MOP je velmi široce uplatňován v moderníchoperačních systémech a jazycích, kde nabízí elegantní a uniformnízpůsob programování založený na reflektivních konceptech.

Disertační práce vychází z myšlenky otevřené implementace simulačníhosystému konvergujícího do zjednodušené formy operačního systému, kterýslouží pro modelování, simulaci a prototypování složitých problémů.Výhody otevřené implementace se projeví především ve velké flexibilitěsystému umožňující inkrementální vývoj modelů, jednoduchouaplikovatelnost speciálních simulačních technik či možnost adaptaceprostředí vzhledem k měnícím se požadavkům, a to včetně možnosti měnitči kombinovat různé vyjadřovací prostředky (OOPN, Smalltalk apod.)

Modern simulation systems work with dynamic models. These models can bemodelled by different kinds of paradigms, these models can changeduring the simulation life-cycle, the used paradigms can be evolved,etc. Thus, modern simulation systems become more and more complex.Recent trend in modern systems for complex application support is notonly to allow applications to use services offered by the certainsystem, but also to offer means to control how these services areprovided and processed. Such systems are often called open systems.

The open systems approach can seem to be contrary to the moretraditional approach -- the black-box abstraction -- which says thateach abstraction of entities (objects) should expose its functionalitybut hide its implementation details. The black-box abstraction has manyattractive qualities and brings a possibility of portability, reusingor simplicity of the design process. Nevertheless, it does not allow toadapt parts of the system according to changing requirements, todevelop applications during its life-time etc. The open implementationprinciples offer a solution of these requirements. It is needed toremark that the principles of the open implementation approach shouldbe rather understood like the framework intended for more flexibledesign and use of black-boxes. The foundation to expression of openimplementation is to provide a general implementation framework makingeasier the user's goals, whether their intention is to design or to useopen implementations. One of that frames is the metalevel architecturelinked to the metaobject protocol (MOP). MOP provides a solution basedon object orientation which can be integrated to the standarddevelopment processes in a simple way.Simulation models are often made in the one formalism with using theone methodology. The models are then interpreted (simulated) by meansof the uniform simulation technique. Of course, when we want to workwith complex models, it is better to combine various kinds of suitableparadigms or suitable simulation techniques. Modelling generallyconsists of two levels: the modelling of static structures and themodelling of dynamic aspects (behavior) of a modeled system. Simulationcan be understood as interactions of those structures based on thedefined behavior. To describe different aspects of the modelled worldwe can use different paradigms and formalisms. Since 1994 the researchgroup at Brno University of Technology has developed an Object OrientedPetri Nets (OOPNs) formalism. OOPNs benefit from the features of Petrinets (formal nature, suggestive description of parallelism, theoreticalbackground) as well as object-orientedness (structured organization,dynamic creation of instances of substructures, etc.) OOPNs has beendeveloped as a part of the PNtalk project. The intent of this projectis to combine Petri nets and the Smalltalk system as consistently aspossible. Nowadays the PNtalk system is becoming to be not only themeans for modelling and simulation of complex concurrent systems butalso the means to prototype such systems.This Ph.D. thesis deals with an open implementation of the simulationsystem which converges to a lite form of an operating system servingfor modelling, simulation, and prototyping of complex systems. Theadvantages of open implementations should approve in a robustflexibility of the system enabling to adapt environment to requiredneeds, including a possibility to change or to combine differentparadigms. One of possible application domain is artificialintelligence, especially the area of intelligent multi-agent systems.The process of the agent reasoning can be characterized by its innerstructures changes. Moreover, the whole structure of a multi-agentsystem can be highly dynamic. The goals of this Ph.D. thesis are tocheck the promising features of discussed open systems in thesimulation environment and to outline an applicability of such systemin the area of the model specification or the complex system design.

otevřené implementace, reflektivita, Objektově orientované Petriho sítě, modelování, simulace, prototypování, simulační systém

open implementation, reflection, Object Oriented Petri Nets, modelling, simulation, prototyping, simulation system

KOČÍ, R.

29. 10. 2004

Brno

105

https://www.fit.vut.cz/research/publication/7613/