Моделирование информационных процессов

Кафедра систем телекоммуникаций, факультет физико-математических и естественных наук

Направление «Информационные технологии»

Трудоемкость – 2 кредита, 2 часа лекций в неделю

Цель курса

Целью курса является изучение фундаментальных основ теории моделирования информационных систем и протекающих в них процессов, методики разработки компьютерных моделей, методов и средств осуществления имитационного моделирования и обработки результатов вычислительных экспериментов, а также формирование представления о работе с современными инструментальными системами моделирования.

В результате изучения курса решаются следующие задачи:

·  освоение теоретических основ математического и компьютерного моделирования информационно-вычислительных систем;

·  умение использовать основные классы моделей и методы моделирования, принципы построения моделей информационных процессов, методы формализации, алгоритмизации и реализации моделей с помощью современных компьютерных средств;

·  представление о проведении вычислительных экспериментов с использованием техники имитационного моделирования, уметь планировать проведение экспериментов и обрабатывать их результаты;

·  иметь представление о построения моделей систем различного класса с использованием инструментальных средств типа Simulink, GPSS и др.

Лекции

Тема 1. Основные понятия

Моделирование как метод научного познания, роль и место вычислительного эксперимента в исследовательской деятельности. Классификация моделей: понятия математической и компьютерной модели, имитационное моделирование. Моделирование непрерывных, дискретных и гибридных систем. Принципы системного подхода в моделировании. Стадии разработки моделей. Понятия компонентного и объектно ориентированного моделирования. Современные программные инструментальные средства моделирования систем. Перспективы развития теории моделирования и ее приложений.

Тема 2. Общие принципы построения моделей информационных процессов и систем.

Использование моделирования при исследовании и проектировании информационных систем. Основные подходы к математическому моделированию. Непрерывные и дискретные, детерминированные и стохастические модели. Сетевые модели и синхронизация событий. Сети Петри. Понятие нейронной сети. Общая последовательность разработки и реализации компьютерных моделей информационных систем. Алгоритмизация моделей. Понятие о статистическом имитационном моделировании. Применение основных предельных теорем теории вероятностей в статистическом моделировании. Псевдослучайные числа и процедуры их машинной реализации.

Тема 3. Объектно-ориентированное моделирование. Язык UML.

Объектно-ориентированное моделирование. Язык UML. ориентированном моделировании, типы данных и пакеты. Унифицированный язык моделирования UML. Использование объектно-ориентированного подхода и основные понятия и компоненты языка. Диаграммы классов. Диаграммы вариантов использования. Диаграммы взаимодействия. Диаграммы состояния и деятельности.

Тема 4. Моделирование динамических и гибридных систем

Понятие динамической и событийно-управляемой системы, гибридные системы. Принципы компонентного компьютерного моделирования. Иерархические системы. Блоки и связи между ними. Ориентированные и неориентированные блоки и связи. Неявные взаимодействия компонентов. Реализация компонентного моделирования в подсистемах Simulink и Stateflow математического пакета Matlab. Основные библиотечные блоки. Последовательность построения и отладки Simulink-моделей. Понятие карты состояния Харела. Диаграммы Stateflow Средства анализа результатов моделирования.

Тема 5. Моделирование систем массового обслуживания и функциональных процессов

Дискретно-событийный подход к моделированию. Проблемно-ориентированный язык и программная среда GPSS/PC. Предметная область GPSS – системы массового обслуживания (системы с очередями). Общие принципы моделирования информационных и вычислительных процессов в GPSS/PC. Базовые сведения о системе: объекты, переменные и выражения, функции. Модель системы: модельное время и статистика. Внутренняя организация: списки и общая внутренняя последовательность событий. Элементы языка моделирования GPSS/PC. Среда моделирования GPSS/PC: операторы, команды управления, интерактивное взаимодействие. Принципы автоматизированной разработки информационных систем с помощью инструментов анализа, проектирования и генерации кодов BPwin и ERwin. Основы методологии построения функциональных моделей и моделей данных, автоматизация написания кодов серверной и клиентской части приложения. Интеграция функциональной модели и модели данных, технология связывания объектной модели в UML и модели данных Erwin. Техника создания отчётов по моделям процессов и данных с помощью специализированного генератора отчетов RPTwin.

Тема 6. Планирование экспериментов с моделями систем

Задача планирования экспериментов с использованием компьютерных моделей. Основные понятия теории планирования экспериментов. Факторное пространство, классификация факторов и типы планов экспериментов. Построение матриц планирования. Стратегические планы проведения вычислительных экспериментов с компьютерными моделями. Тактические планы проведения имитационного моделирования: задание начальных условий и параметров и оценка их влияния на достижение установившегося результата. Вопросы обеспечения точности и достоверности результатов имитационного моделирования.

Тема 7. Обработка и анализ результатов моделирования

Особенности статистической обработки результатов вычислительных экспериментов использованием компьютерных моделей. Постановки задач обработки результатов имитационного моделирования. Статистические методы обработки результатов моделирования систем. Типовые критерии согласия при обработке результатов моделирования. Анализ и интерпретация результатов машинного моделирования: корреляционный и дисперсионный анализ.

Литература:

Обязательная

1.  Советов Б. Я., Яковлев С. А. Моделирование систем. Учебник для ВУЗов. – М.:Высшая школа, 1999. – 319 с.

2.  Бусленко Н. П. Моделирование сложных систем. – М.: Наука, 1978. – 399 с.

3.  Питерсон Дж. Теория сетей Петри и моделирование систем. – М.: Мир, 1984.– 264 с.

4.  Д. С. Кулябов, А. В. Королькова. Введение в формальные методы описания бизнес-процессов. - М.: РУДН, 2008.

5.  Бычков С. П., Храмов А. А. Разработка моделей в системе моделирования GPSS. Учебное пособие. – М.: МИФИ, 1997. – 32с.

6.  Кравченко П. П., Хусаинов Н. Ш. Имитационное моделирование вычислительных систем средствами GPSS/PC. – Таганрог: ТРТУ, 2000 г. – 116 с.

7.  Бенькович Е. С., Колесов Ю. Б., Сениченков Ю. Б. Практическое моделирование динамических систем – СПб.: БХВ-Петербург, 2002. – 464 с.

Дополнительная

1.  Кулябов Д. С., Королькова А. В. Архитектура и принципы построения современных сетей и систем телекоммуникаций. - М. 2008.

2.  Семенов Ю. А. Протоколы Internet. — Изд-во "Горячая линия–Телеком. — 2005г.

3.  Таненбаум Э. Компьютерные сети (4 изд.) // Спб.: Изд-во «Питер», 2003

Программу составили

Королькова Анна Владиславовна

кандидат физико-математических наук,

доцент кафедры систем телекоммуникаций,

факультет физико-математических и естественных наук.

Кулябов Дмитрий Сергеевич,

кандидат физико-математических наук, доцент,

доцент кафедры систем телекоммуникаций,

факультет физико-математических и естественных наук.