复杂系统分析与建模工具可操作性及形式主义合成的形式化评估和扩展性

Available 在线www.sciencedirect.comElectronic Notes in Theoretical Computer Science理论计算机科学电子笔记275（2011）37—51www.elsevier.com/locate/entcs关于 Formalsms forPerformance 的Evaluationwith 的西蒙 西斯Enrico理发 店1DI ，宇宙t`aDEGliStuDiDiToRi n noCorso瑞士 、185, 10129都灵（ Italy ）Marco恩典2意大利 - Politecnico Di米兰 ，ViaPonzio 34/5, 20133 Milano（ Italy ）饰 Mauro Iacono 310 ，S EC波访问 量`aDEGliStuDiDinaPoliBelvedere 贝尔 维real 实际di San leucius ，81100 Caserta（ Italy ）abstract对复杂系统进行分析和建模的工具必须是可操作的，以支持形式化的扩展性、模型的可重用性以及形式主义合成的自定义。From this perspective ， 作者 ： Simthesys（ 结构 化 ）基础 设施为多元 形式 主义Modeling 模型And Testing of heterogeneous 的为 -Malisms and Extensions for SYSTEMS ） 是 一 个 对 性 能 导 向 形 式 和 模 型 评 估 的 详 细 定 义 的 新 方 法 。 Itsoriginality emerges from the explicit de definition of both syntax and evolution semantics of the consideredformalism elements.（我认为是机器综合体的定义和进化论的本质。模型的解决方案是可能的通过使用一组非特殊解决方案引擎已用于自动生成形式化规格的调试器管理可重用的解决方案。本文 解释 了 如何 形式 主义 可以 在 SIMTHESys 中 创建 通过 showing how three widely knownModeling 模型语言are成功实施 了 。Keywords：性能 分析 ， 工具 ， 规格 调整 ， 性能 导向形式 主义1introduction 介绍someof The挑战that current 当前Systems 系统can出席to The饰 Science Fic And教授 - Sional社区以terms of Performance ，reliability 相关And Service 服务level 水平协议1作者 ： Barbieratomfn.unipmn.it2gribaudo@elet.polimi.it3Mauro . Iacono 。unina2.it1571 - 0661 © 2011 爱思 唯 尔 B . V.开放 存取 Under Access CC BY-NC - ND license 许可.doi：10.1016/j.entcs.2011.09.00438E. 理发 店ET阿尔Electronic Notes以理论电脑science 科学275（ 2011 ）37-51可以通过分析基于几个参数的性能来实现—malisms。Modeling is a complex task，because of the heterogeneity of the system neededto be studied.建模是一个复杂的任务，因为系统需要被研究。定制的形式主义对于一个特定的任务可以简化模型过程在一个成本创造一个工具来解决一个基于模型的扩展形式主义。The idea of creating a tool for each formalism extension seems notto be feasible创造一个形式主义的工具并不是万能的Notwithstanding the hugenumber of known modelling formalisms，they share some basic fundamentalideas that sugggggests a class defication in families.（他们共享一些基本的功能想法，例如这暗示了一个类定义在家庭中。他们 可以 重新 组织 使用 一 个 普通 的 太阳 能 ， 这 可以 成为特别 为The在 splier案例 . The西蒙 西斯接近 ，介绍以[14] 4移动onward from such premise 建议 解决 问题 的 新 方法 。SIMTHESYS 或 Spliers aCompositional ，metamodeling 的based 基础Framework to Description And扩展形式 主义5.这篇文章将演示如何设计形式主义超越Exponential Event Formalisms（EEF）家族。Three cases are presented ， showing how three commonperformance evaluation frameworks ， namely Stochastic Petri Nets （ SPN ）（ 三 种 情况 正在 演示 ， 展示 三 种 常用 性能 评估 框架 ）15 Tandem FiniteCapacity Queueing Networks （ TFCQN ） （ 英文 ）13 Gordon and NewellQueueing Networks （ GNQN ） （ 1999 年 ）10” [ 10 ] “ 可以 用 比喻 来 形容 。两 个 解决 方案 组件 架构 已经 存在设计 for The EEF 的家庭 。 令 人 敬畏 的 ，They Perform Stochastic 工作Simulation 模拟And数字 解决 方案 。此外 ， 一 个简单 的 模型 正在 分析 以 展示 可能 性片名 ： Plumered通过 解决 方案成分 。该论文已被组织为后续。在 一 个 简单 的 回顾 之后 ， SIMTHESys approach tomultiformalism modelling in Section 2 ， 在 Section 3“ 形 式 主 义 家 族 ” 的Exponential transition based family of formalisms is introduced . section部分4我们来描述一下PPTQN，TFCQN和GNQN的影响。section 部分5为 思想 家庭 提供解决 方案 的 引擎 。结论 和 未来 的 工作 被 描述 为 部分6.2SIMTHESYS Overview and Related 编辑works首页〉外文书〉青少年文学〉小说〉The Early Experiences of Sharpe[17） [19（ SMART ） （ ）2 [ ] 和 DEDS 工具 箱[1【 关于 Mobius 】[3） [6） [18）[4） [5 [ OsmoSys ][8） [21） [16） [20） [9） （ That Are ）The closestreference for this research ） 证明 了 形式 （ multiformal - ism/multisolution ）的 价值6（ C ） 模型 与 测量 的 方法系统 .SIMTHEsys 是 一 个 用于 操作 定义 和 性能 分析 的 新 框架 。进入形式 主义 | ITis based 基础on The EXCLICIT从 定义of both syntax 综合 征And首页 > 外 文书 >文学 > 类型 文学 > Semantics of all atomic components of a formalism and on aset of non-specialized solving en -gines ， that are used to generated automaticallyE. 理发 店ET阿尔Electronic Notes以理论电脑science 科学275（ 2011 ）37-5139and transparently （ multi-） formalism （ 自动 生成 和 解析 多 ） 形式 主义 ，speci reusable （ 可 重复 使用 ）士兵 们Themain Advantage of The西蒙 西斯approach is that it ALLOWS快速Pro -4ALSO visit The西蒙 西斯WEB site atwww.dem.unina2.it/simthesys5approach also supports multiformalism models ， obtained by connecting together submodels written （ 英语 ： approach also supports multiformalism models ）以在 splier形式 主义BY剥削their dynamics ，但是这个feature 功能is out of The范围of这个Paper 纸6Multiformalism reference to the possibility of using 复数 形式 语言 的 可能 性 to specify 复数 端口of amodel。3 . 多重 解决 方案 确定 集成 的 可能 性 （ 轮胎 性能 评估 工具 ）to计算The Performance 业绩indicesof a Complex模特 。40E. 理发 店ET阿尔Electronic Notes以理论电脑science 科学275（ 2011 ）37-51totyping of new formalisms and solution techniques，with native multiformalism.（新形式主义和解决技术，与原生多形式主义支持）（ 1 ） Respect to （ ） 14] ， which aims to define how the SIMTHESysmethodology can be used to support interaction between multiformalismsmodels ， this paper focuses ， 作者 ： 马修 ？on The程序of创建a new形式 主义BY介绍The STEPS required to awarenent 三 个 已知形式 主义 |A西蒙 西斯形式 主义is a形式Description语言 | IT is从 Finned以terms of its 它的elements这 是 它 的 原子 成分 。Each element is characterized by 我们 的 元件A Set of attribute 的 呼 财 产 And a Set of Description of ITS dynamics 呼关 于 -HAVIORS. Properties 地产can BE constant Characteristics 人物of The Element ，State 状 态 information （ useful for the solution of the model ） or results（ obtained by the solution process ） 信息 （ 可 用于 模型 的 解决 方案 ） 或 结果（ 可 通过 解决 方案 实现 ） 。BehaviorsDescription The Semantics 种子of TheElement（ The是 sultums of their出席以the model on the other elements ， e . g .its execution policy ， if applicable ） 其他 元素 上 的 模型 ， 执行 策略 （ 如果 适用 ） 。A behavior is an algorithm implemented in a high-level programminglanguage （ that currently follows ） （ 当前 跟踪 算法 在 一 个 高 级别 编程 语言中 实现 ）The syntax 综合 征of Java ）7. 每形式 主义has年Additional containerElement that represents a （ sub ） model written in that formalism and whoseproperties in - clude 这 是 一 个 （ 子 ） 模型 写 在 那些 形式 主义 和 那些 在 俱乐部 中 的 资产 中 的Global 全球Characteristics 人物of a模特 。 形式 主义areDescribed 的BY The Formalism Description 语言（ FDL ） 。Amodel 模型is The Description of a系统成为evaluated ，Written according 的to a ― ― 马 林 。模型 可以 hierarchically composed ， 到 单独 的 可 重用 （ 子 ）模型ITS subsystems ，Ev if Written以在 splier形式 主义8. 模特are Described 的在The Model 模型Description language 语言（ MDL ）纪录 片 |框 架 是 由 三 个 部 分 组 成 的 ： The SIMTHESYS Metamod—eling Structure（SimMS）Interfaces（二）AND THE Solving建筑学SA）。TheIFS菲尔The gap差距between The high 高抽象level 水平of形式 主义And The解决 方案 的 一般 应用性 IFS 构 造 元 件 的 基 础 behav - iors are built ， supplying general reusablefunctions and access to solving engines （ 替代 一般 可 利用 的 功能 并 获得 解决引擎 的 能力 ） 。IFS可以像一个中间层一样，支持SimMS和SA之间的交互。Theydecouble the problem of solving a model in the best way available from theproblem of describing it with the best suitable formalism.他们发现了解决一个模型的问题，在最好的方式可用，从描述它的问题。As a result ， IFS 为From Theabstract功能 性Interface（ AFI ）[7]考虑 到BY Mobius |本 软件 体系 结构 是 设计 用于 represent ， 有效 地 开发 形式 主义 的 扩展 ，形式 主义 变量 的 评估 和 支持多元 形式 主义9.【软件名称】：Slogiers An Extensible Set Of发动机Solving Engines英文名称：Suitable for the Evaluation of performance indies or other significations of aE. 理发 店ET阿尔Electronic Notes以理论电脑science 科学275（ 2011 ）37-5141model.一个模型的性能指标或其他重要性。Solving engines are generic solvers，that are meant to be used or composed to obtain a solution （ 英 语 ： Solvingengines are generic solvers，that are meant to be used or composed to obtain asolution）（英语：Solving engines是一个能解决问题的人，但要解决问题）对于一个特定形式主义在一个FDL文件中被定义的成分。Solution Engines 解决 方案尝试界面to The IFS And will will BE discused 讨论以more Detail Later以The7一 部分 的 项目 在 这 一 领域 的 未来 工作 将 致力 于 定义 一 个 高 层次 的 编程 语言 ， 以 更 好 地 开发 人员来 实现 新 的 行为 。Such a language will then be translated （ 一 种 语言 将 被 翻译 ）以java或C + +Depending 依赖on The Numerical精确 度请求From The solving 解决发动 机8A model with heterogeneous submodels is written in a . 健康 的 亚 模型 正在 编写 中 。作品 形式 主义这 是一 种 形式 主义 能够semantically connecting concept 概念belonging 的to在 splier形式 主义 |9本文 的 重点 不是 多 形式 主义 和 多 解决 方案 ， 设计 选择 的 很多at Simplify 的The互 操作 性between在splier形式 主义 |42E. 理发 店ET阿尔Electronic Notes以理论电脑science 科学275（ 2011 ）37-51纸。# #11][12和 osMoSys 框架 。DrawNET 是 一 种 形式 主义 定义 环境 ， 提供 数据 结构 和 图形 的 自动 创建 。user界面为The快速开发of Performance 业绩evaluation 评价工具 | OsmoSys 是 一 个 框架 ， 支持 形式 主义 和 模型 的 定义Theuse 使用of多元 形式 主义And多 项 解决 方案Techniques 。3Exponential 事件形式 主义The family of formalisms presented in this paper are labeled as 这 篇 论 文 是Exponential 介绍事件 Formalisms（ EEFS ） 。在这种形式上，原始实体能够产生 事 件 . Such events （that can be used to represent the fireing of a PNtransition ， or the end of the service in a queue ） 是 由 这些 事实 塑造 的 。占领后年exponentially distributed 分布时 。“Each formalism belonging to this class should de infine a behavior called”（在形式主义中，应该属于这个阶级）InitEvents. 它的目的是要决定一个在一个given发生的事件状态与常数λ这是巨大的分配。If more than one event is enabled atthe same time ， a . （ 如果 还有 其他 任何 事 发生 在 相同 的 时间 ）Race 政策isused to solve the influict ：The Event 事件同The小 敏刘时间is Selected 的为先生 。解决 方案 工程 师 展览 于 Behavior时间 表That is used by the 的implement-tations of 的 意思InitEvents behavior to de finne what must be executed wheneveran event occurs . （ 在 发生 任何 事件 之前 必须 执行 什么 ）与事件相关的代码更新元素的状态以影响模型的演变。 计划生育者更新状态of the model.模型的一个元素.如 ： a transition can move tokens among 。The Places 地点to which 什么isConnected 连接BY using 使用规格arcs Behaviors |3.1Performance 的indicesEEFS 可能 会 被 业绩 指标 所 控制Re-wards 的And激励 式 奖励， 类似 于 那些 定义 在[6].状态奖励将带回模型状态功能的平均价值。They are used to compute themean length of a queue ， or the mean number of tokens 他们 是 用来 计算 某个 队列 的 平均 长度 的 ， 或者 是 相当 数量 的 tokens以a PN地方 。 EACHEEF 的 德 菲 尼 a Set of State 状 态 Rewards 的 BY 实 施 实 施 三 个 BehaviorFirstly ，CountStateRewards 会员 奖励返回 到 一 个 模特 的 州 号码is阿布toExpose | 第 二 、ComputeStateRewards 的计算机The Value 值of All the Rewardsassociated with the Model in a Given State 所有 那些 与 一 位 超级 模特 关联 的人 Finally SetStateRewards 会 员 allows the solution engine to return thecomputed indices to the 解决 方案 引擎 返回 计算 索引 到 该模特 。冲动Rewards 的are used to计算指标相关to The林 思of事件 ， SUCH as TheThrouglady of锦 思或PN TRASSIONS 。 EACH冲动奖励is Char -精算 师BY a唯一奖励姓名，And is从 Finned BY实施 实施two Behaviors And BY Passing 过去适合parameters 参数to The前言 Previously从 Finned解决 方案发动 机时间 表. AE. 理发 店ET阿尔Electronic Notes以理论电脑science 科学275（ 2011 ）37-5143形式 主义饰 Should list The奖励名称of所有The冲动Rewards 的通过 实施The饰Behavior标签 ： Rewards. 每时间年Event 事件is scheduled ， the形式 主义通过to The时间 表饰 Behavior The姓名of a奖励that饰 Should BE44E. 理发 店ET阿尔Electronic Notes以理论电脑science 科学275（ 2011 ）37-51updated，and the monditude of the impulse. updated，and the magnitude of theimpulse.（更新，并冲动的大小）。As for the state rewards ， the behavior （ 美国 ）7 . 免疫 性 奖赏Allows the solution engine returning the computed reward tothe 解决 方案 引擎 使 计算 回报 率 回归模特 。4案例 研究 ： 形式 主义ImplementationsThis section shows How the behaviors de fished in Section 这 部分 如何 定义 那些在 本 节 中 被 定义 的 人3应该 由 TFCQN 、 GN-QN 和 SPN 形式 主义 来 计算 它们 响应 的 解决 方案Model using 使用a解决 方案发动 机从 Finned为a EEF .4.1TANDEM终结Capacity 容量查询 Queueing Networks查询 QueueingNetworks（ QN ）is a形式 主义suitable 的为The分析of Systems 系统以which a number of servers are connected to serve customers which wait in aqueue . （ 当 服务 器 数量 连接 到 服务 器 时 ， 请 等待 ）A QN is composed bytwo kinds of elements：the（一个QN是由两个人组成的）queue和The arc. AQueueing 网络can BE关闭（ The山姆n客户KEEP成为Continuous 连续served 服务以 The Network ） 或 open 开 放 （ 索 客 户 Join The 网 according 的 to a 黄 磊interarrival 时间Distribution 分布And some of them离开 ） 。4.1.1形式分析TFCQN是一个QN的变量，因为任何人都有一个固定的M号码，用于等待客户（完成容量）。Only a single arc can leave a queue （ Tandem network ） （ TANDEM网络 ）10.如果没有房间给客户在一个地方，输入状态停止在一个地方提供服务是可用的。This occurs as a result of a . 这 是 一 个 结果blocking机制.三个最常见的是：阻止后服务（BAS），阻止前服务（BBS）和重复服务（RS）。在第二种情况下，客户不会在目的地的某个房间处理任何方式，并且在服务完成后它是被阻止的。在第二种情况下，源代码查询是在处理客户之前被阻塞的 。 在 这 种 情 况 下 ， 客 户 端 用 户 是 由 服 务 器 （ BbsSoQueue ） 或 不 是（BbsSnoQueue，as a result the number of places in the queue is set to M—1 untilit is unblocked）。在 第 三 种 情况 下 ， 如果 目的 地 什么 都 没有 房间 ， 客户 将被 重新 安置 在 自己 的 宿舍 里to BE served 服务Again Later（ Rsqueue ）请注意，此NAS不支持。如果 他们 的 服务 时间 过 得 愉快 ，在 unblockingcondition 的 情况 下 ， 它们 被 设置 为 supposed to transfer等待customer 客户即时to The Destination 目的 地queue 11.英文 名称 ： On an abstract level ， TFCQN stations are characterized by twostructural 结构12属性 ： 查询 的 最 大 容量 以及 与 服务 时间 相关 的 exponentialdistribution rate 。The state of each queue is uniquely specified （ 英语 ： Thestate of each queue is uniquely spec ）BY ITS length at a黄 磊即时of时 。 TheE. 理发 店ET阿尔Electronic Notes以理论电脑science 科学275（ 2011 ）37-5145Performance 业绩indices that are10注意 ： that though probabilistic branching from service nodes allows to represent a more general model ，only TFCQN HAVE饰 Been考虑 到为The SAKE of Simplicity 。11They belong to the ExpAndImmediateEvent Family （ EAIEF ） ， also available周四12结构 属性 是 静态 信息 关联 与 形式 主义 的 元素 ， 不会 改变 模型进化 。46E. 理发 店ET阿尔Electronic Notes以理论电脑science 科学275（ 2011 ）37-51commonly computed on TFCQNs are the mean queues length and the 吞吐 量 ofeach . （ 普通 的 量子 是 指 平均 值 的 长度 和 通量 ）站 。4.1.2形式 主义实施TFCQNis 实 施 ED either BY 由 Finning a Generic 一 般 queue Object 项 目 同 年associated property that species the kind of block or by de defigning asupplementent element type for each （ 拥有 一 个 特定 的 块 或 通过 定义 一 个 提供 元素 类型 的 元素 ）blocking政治 。 we Chose The次 D Alternative 替代因为it辛 普莉 · 菲The Coding of the Behaviors 的 故事 。The next step to consider is toidentify the kind of （ discrete ） event corresponding （ 非 独立 事件 响应 ）toThe Termination 结束of a Service 服务提供to a顾客 。桌1在 SIMTHESys 中 呈现 了 可以 用于 定义 TFCQN 的 元素 ， 属性 和 行为 。” “ 凡 所有 相 ， 皆 是 虚妄 。但是The Latter are实施 ED在 solerently 。Properties 地产Re 流感The Description Provided in Section 提供4.1.1.注：“莫迪将归于与其财产相关的角色。Structural properties必须有一个'const'修饰符，而dynamic information被存储在具有'status'修饰符的属性中。最终 ， 业绩indices HAVE a“ 计算 ”修改 方法 。TheInitEvents饰 Behavior is从 Finned以Algorithm 算法1. The Object 项目oriented 方 向 像 Dot notation 说 明 is used to 姓 名 The Behaviors And The 财 产Associated 协会to The elements of a模特 。 The外部Object 项目Solver举报toThe解决 方案发动 机 ，that展览 The方法时间 表to启用The events . this方法has 4 名 parameters 参 数 that identify ：i ）The阿爸 of The Exponential 介绍Distribution 分布that Characterizes 的The刘时 ，（2）事件发生时必须执行的代码片段（The piece of code that must be executedwhen the event occurs，iii）the nameof the impulse reward that is associated tothe event，and iv）the increment of the reward. of the impulse奖励与事件相关，以及iv）奖励的增加。The Notation说明Q。ID is used to identify the name of thequeue.这是奇怪的名字。在每一个queue都有关联的吞吐量，The name of thequeue is used as the name of the corresponding reward.在这种情况下，每一个请求的名字都是可用的。第 二 个 到 吞吐 量 的 事实 数 数 的 服务以a queue ，ITS对应奖励Value 值is Always 的1.Algorithm 1 算法InitEvents1： 为 所有Q∈RSQIUE 的形式BbbSoQueue形式BbsSnoQueue 的do2：ifQ。isactive（）但GiuQ。CanSend（）then3：Solver. 时间表（Q.rate，”Q。Fire（）"，Q。ID，（ 1 ） ;四 ： 终if5： 终为The isactive Behavior is identical for all the types of queues，and simply checksif the length of the corresponding queue is greater than 0.没有什么比这更重要的。The CanSend饰Behavioris used to check whether a station can start its service orE. 理发 店ET阿尔Electronic Notes以理论电脑science 科学275（ 2011 ）37-5147it is blocked because it has reached the full capacity of the destination node.当一个工作站可以启动它的服务或它被阻塞了，因为它已经成熟了命运节点的全部能力。In an RSQueue ， the Behavior Always Returns （ 英 语 ： In an RSQueue ， theBehavior Always Returns）true（因为服务总是启用的，如果目的地节点已满，则它已重新启用。Regarding the other types of queue ， the （ 女王 ）CanSendbehavior is speci ified in algorithm 算法2.关键 词 Special Keyword这个is used to identify the queue to which the behavioris associated . （ 如果 目击 者 是 协会 的 话 ）And The Purpose 目的of The福特Statement 声明is to look为所有The可能 的48E. 理发 店ET阿尔Electronic Notes以理论电脑science 科学275（ 2011 ）37-51ElementProperty所有权TypeModi菲洛BehaviorsTFCQNInitEvents ，ComputeS