공동 시뮬레이션
Co-simulation | 이 기사는 대부분의 독자들이 이해하기에는 너무 전문적일 수 있다.(2020년 7월 (이 및 에 대해 ) |
공동 시뮬레이션에서는 결합된 문제를 형성하는 다른 서브시스템이 분산된 방식으로 모델링되고 시뮬레이션된다.따라서 모델링은 결합된 문제를 염두에 두지 않고 하위 시스템 수준에서 수행됩니다.또한 서브시스템을 블랙박스 방식으로 구동함으로써 결합 시뮬레이션을 실시한다.시뮬레이션 중에 서브시스템은 데이터를 교환합니다.공동 시뮬레이션은 적절한 [1]솔버로 시뮬레이션될 때 이미 잘 확립된 도구와 의미론의 공동 시뮬레이션으로 간주될 수 있다.동시 시뮬레이션은 시간 단계가 다른 여러 도메인을 동시에 고려할 수 있는 유연한 솔루션을 제공함으로써 다중 도메인 및 사이버 물리적 시스템의 검증에 있어 이점을 입증합니다.계산부하는 시뮬레이터 간에 공유되기 때문에 코시뮬레이션을 통해 대규모 시스템 [2]평가도 가능하다.
공동 시뮬레이션 프레임워크의 추상화 레이어
에서는, 다음의 도입과 구성을 제안합니다.[3]
공동 시뮬레이션 프레임워크 구축은 특히 다중 형식 공동 시뮬레이션의 경우 참여 요소 간의 강력한 상호 운용성을 요구하기 때문에 어렵고 복잡한 작업이 될 수 있다.개별 모델에서 실제로 채용된 표준과 프로토콜의 조화, 적응, 최종 변경은 전체적인 프레임워크에 통합될 수 있도록 이루어져야 한다.공동 시뮬레이션 프레임워크의 일반 계층 구조는 도메인의 교차점과 공동 시뮬레이션 프레임워크를 설계하는 과정에서 해결해야 할 문제를 강조한다.일반적으로 공동 시뮬레이션 프레임워크는 5개의 추상화 계층으로 구성됩니다.
| 추상화 레이어 | 묘사 | 관련 문제 |
|---|---|---|
| 개념적 | 모델이 블랙박스로 간주되는 가장 높은 수준과 공동 시뮬레이션 프레임워크 표현과 관련된 수준입니다. | 프레임워크의 일반 구조, 구성 요소의 메타 모델링. |
| 의미론 | 수준은 조사된 시스템과 연구된 현상의 열린 질문과 관련하여 공동 시뮬레이션 프레임워크의 의미와 역할에 관한 것이다. | 개별 모형 표시, 모형 간 교호작용 그래프, 각 교호작용 표시. |
| 통사적 | 그 수준은 공동 시뮬레이션 프레임워크의 공식화와 관련이 있다. | 각 영역에서 개별 모델의 공식화; 형식주의에서 다른 영역으로의 차이 지정 및 처리. |
| 역학 | 이 수준은 공동 시뮬레이션 프레임워크의 실행, 동기화 기술 및 다양한 계산 모델의 조화와 관련이 있습니다. | 모델의 실행 순서 및 인과 관계, 다른 계산 모델의 조화, 동작 동시에서의 잠재적 충돌 해결. |
| 테크니컬 | 이 레벨은 구현 세부사항과 시뮬레이션 평가에 관한 것입니다. | 분산형 또는 중앙 집중형 구현, 시뮬레이션의 견고성, 시뮬레이션의 신뢰성과 효율성. |
개념적 구조로부터, 공동 시뮬레이션 프레임워크가 개발되는 구조와 형식적인 의미 관계/통사적 공식화가 정의된다.상세한 기술 구현 및 동기화 기술은 동적 계층과 기술 계층으로 구성되어 있습니다.
문제 파티셔닝 - 공동 시뮬레이션 아키텍처
분할 절차에서는 결합된 문제를 여러 분할된 하위 시스템으로 공간적으로 분리하는 프로세스를 식별합니다.정보는 애드혹인터페이스 또는 마스터알고리즘에 의해 제어되는 중간 버퍼를 통해 교환됩니다.마스터 알고리즘(존재하는 경우)은 시뮬레이터의 인스턴스화와 정보 교환(시뮬레이터-시뮬레이터 또는 시뮬레이터-오케스트레이터)[3]의 조정을 담당합니다.
결합 방법
공동 시뮬레이션 결합 방법은 추상화 계층에 따라 운영 통합과 형식 통합으로 분류할 수 있습니다.일반적으로, 운영 통합은 특정 문제에 대한 공동 시뮬레이션에서 사용되며 동적 및 기술 계층(즉, 신호 교환)에서의 상호 운용성을 목표로 합니다.한편, 형식 통합은 모델 커플링 또는 시뮬레이터 커플링을 통해 의미 및 구문 수준에서 상호 운용성을 가능하게 합니다.공식 통합에는 시뮬레이터 간의 상호작용의 의미와 통사성을 조정하기 위한 마스터 페더레이션이 수반되는 경우가 많습니다.
동적 및 기술적 관점에서 구현 과정에서 동기 기술 및 통신 패턴을 고려할 필요가 있습니다.
커뮤니케이션 패턴
마스터 알고리즘에는 3가지 주요 통신 패턴이 있습니다.Gauss-Seidel, Jacobi 변종 및 전송선 모델링, TLM.처음 두 가지 방법의 이름은 동일한 이름의 수치 방법과 구조적으로 유사한 것에서 유래한다.
그 이유는 Jacobi 방법은 동등한 병렬 알고리즘으로 변환하기 쉽지만 Gauss-Seidel 방법은 [4]변환하기 어렵기 때문입니다.
가우스 자이델 (직렬)
자코비(병렬)
전송로 모델링, TLM
전송로 모델링(일명 쌍방향 지연선 모델링)에서 캐패시턴스(또는 인덕턴스)는 전파를 가진 전송로 소자로 치환된다.시간 지연은 한 번의 시간 단계로 설정됩니다.이렇게 하면 물리적으로 동기부여된 시간 지연이 발생하며, 이는 시스템이 이 위치에서 분할될 수 있음을 의미합니다.수치 오류가 없기 때문에 수치 안정성이 보장되며, 대신 모델링 오류가 도입되어 보다 양성적이다.이것은 명시적인 스킴을 낳기 때문에 일반적으로 가장 간단하게 구현할 수 있습니다.
레퍼런스
- ^ Steinbrink, Cornelius (2017). "Simulation-based Validation of Smart Grids – Status Quo and Future Research Trends". Industrial Applications of Holonic and Multi-Agent Systems. Lecture Notes in Computer Science. Vol. 10444. pp. 171–185. arXiv:1710.02315. doi:10.1007/978-3-319-64635-0_13. ISBN 978-3-319-64634-3. S2CID 10022783.
- ^ Andersson, Håkan (2018-09-11). A Co-Simulation Approach for Hydraulic Percussion Units. Linköping University Electronic Press. ISBN 978-91-7685-222-4.
- ^ a b c 응우옌, V.H., Besanger, Y, 트란, QT, 응우옌, T.L.(2911월 2017년)."개념 Structuration 및 연결 콘텐츠 Co-Simulation 구조물의 Cyber-Physical 에너지 시스템 유효성 검사에 관한 연구".에너지들. 10(12):1977년. doi:10.3390/en10121977.재료는 창조적 공용 귀인 4.0국제 라이센스 하에 가능하다 이 원본에서 복사되었다.
- ^ Heath, Michael T. Scientific computing: an introductory survey. SIAM.
