体系建模与仿真

本书以全新的编排方式,由浅入深,循循渐进,并吸收现代计算方法介绍信号与系统的基本内容,包括:信号与系统分析的基本概念与方法;连续时间系统与离散时间系统的时域分析;连续信号的傅里叶变换与系统的频域分析;连续信号的拉普拉斯变换与系统本书反应了齐格勒教授及其团队在DEVS方面近期新的研究与应用成果，系统且详细地介绍了如何利用DEVS和系统实体结构（SES），在MS4 Me等软件环境支持下，开展各类复杂系统的虚拟构建及仿真试验。本书共分为三篇，即基本概念篇、不错概念篇和应用篇。靠前篇基本概念篇（1至8章）从体系建模仿真的需求引出虚拟构建与试验的概念，这是全书的主题和线索。随后从不同角度介绍了一个可支持虚拟构建与试验的基于DEVS的建模仿真环境MS4 Me，这是靠前个商业化DEVS产品。之后的几章对DEVS和SES基本原理进行了较为系统的介绍，对其中涉及的一些基本概念进行了讲解，如特化和修剪，方面和多方面等。第2篇不错概念篇（9至12章）进一步介绍了MS4 Me等建模仿真环境中所涉及的更加深入的概念和技术，包括DEVS仿真协议、智能体建模和发布/订阅、基于兴趣关注的信息交换、构建DEVS模型的语言等。第3篇应用篇（13至18章）通过多个实例，介绍了前两篇的概念和工具如何支持针对不同类型系统的虚拟构建与试验。

第Ⅰ篇基本概念
第1章体系建模与仿真
1.1虚拟构建与试验
1.2面向虚拟构建与试验的建模和仿真内涵
1.3多范式建模实现多学科协同
1.4学术背景
1.5体系建模和仿真入门
第2章DEVS集成开发环境
2.1MS4Me建模仿真环境
2.1.1针对建模仿真用户的介绍
2.1.2针对建模仿真开发人员的介绍
2.2针对建模仿真专家的介绍
2.2.1系统结构和行为
2.2.2有限确定性DEVS
2.2.3系统实体结构
2.3爵士乐队案例
2.4本章小结
附录DEVS的关键属性
参考文献
第3章系统实体结构基础
3.1建模仿真的简单流程
3.2建模仿真过程组件的分解和耦合
3.3建模仿真过程的分层结构
3.4本章小结
第4章DEVS自然语言模型及其细化
4.1在时间序列中生成作业的FDDEVS模型
4.2处理作业的FDDEVS模型
4.3简单的工作流耦合模型
4.4在Java中将FDDEVS细化为具有完整能力的模型
4.5将ProcessorOfJobs细化为Java模型
4.6变换器：测量作业完成时间和吞吐量的模型
4.7使用细化过程处理不确定性状态转换
4.8使用细化过程处理多路并发输入
4.9使用细化过程生成多路并发输出
4.10使用时序图加快模型开发过程
4.11本章小结
附录变换器FDDEVS文件(Transducer.dnl)
第5章特化和修剪
5.1特化
5.2特化的修剪
5.3特化的多次出现
5.4添加特化的规则：没有规则
5.4.1根实体下的特化
5.4.2方面实体下的特化
5.4.3特化实体下的特化
5.4.4组合特化
5.5变量和特化
5.6本章小结
第6章方面和多方面
6.1多方面(分解)
6.1.1表达同一实体的不同方面
6.1.2修剪方面
6.1.3方面：视角和抽象
6.2多方面——实体的多个相关分解
6.2.1方面的局限性
6.2.2多方面重组
6.2.3多方面修剪
6.2.4多方面统一耦合
6.2.5一对多和多对一的耦合
6.2.6基于多方面的分层构建
6.2.7统一成对耦合
6.2.8预定义的耦合规格说明
6.3本章小结
参考文献
第7章管理修剪中的继承
7.1创建带下画线的实例
7.2指定继承的基类
7.3配置基类
7.4修剪中的继
7.5指定来自子类的继承
7.6本章小结
第8章自动修剪和基于规则的修剪
8.1自动修剪
8.1.1枚举修剪
8.1.2随机修剪
8.2上下文无关修剪及上下文相关修
8.2.1上下文相关选择的修剪算法
8.2.2有条件的基于规则的修剪
8.2.3unless或if-not条件规则
8.2.4实例：时间严格(time-critical)的建模与仿真
8.2.5从剩余选项中随机选择
8.3本章小结
参考文献
第Ⅱ篇高级概念
第9章DEVS仿真协议
9.1DEVS仿真协议概述
9.2DEVS仿真协议在MS4Me中的体现
9.2.1接口对象
9.2.2输入输出端口
9.2.3有限确定性离散事件仿真系统(FDDEVS)规格说明
9.3实现DEVS协议的分布式仿真
9.3.1标准的DEVS协议实
9.3.2基于点对点消息交互的DEVS协议实现
9.3.3基于实时消息交互的DEVS协议实现
9.4作为仿真互操作标准的DEVS协议
9.4.1带事件调度仿真器的DEVS协议
9.4.2关于仿真的互操作性的经验教训
9.5本章小结
附录ASimulator.dnl摘录
附录BCoordinator.dnl摘录
参考文献
第10章动态结构：智能体建模和发布/订阅
10.1动态结构和智能体建模
10.2基于发布/订阅的数据分发机制
10.2.1发布者
10.2.2订阅者
10.2.3发布/订阅路由器
10.2.4发布/订阅操作
10.3数据分发服务
10.3.1数据分发服务中的DEVS仿真协议
10.3.2DEVS信息
10.3.3相关端口和通信主题
10.4本章小结
附录AExcerptsfromPublishSubscribeRouter.dnl
附录BExcerptsfromAgent.dnl
参考文献
第11章基于兴趣关注的信息交换：映射与模型
11.1背景
11.1.1汽车购买中的信息框架应用实例
11.2网络数据收集里的应用
11.2.1网络流量数据表示
11.3映射方法
11.3.1多方面映射
11.4交换XML的DEVS模型
11.4.1生成XML文件的模型
11.4.2用DEVS模型描述基于系统实体结构的XML映射
11.4.3主系统体结构到基于兴趣关注的系统实体结构的映射
11.4.4交换相同XML的模型
11.5本章小结
附录系统实体结构实例
参考文献
第12章构建DEVS模型的语言
12.1原子模型的受限自然语言规格说明
12.1.1FDDEVS模型的局限性
12.1.2FDDEVS增强设施
12.1.3增强设施的开发优势
12.2分层耦合模型的受限自然语言规格说明
12.3DEVS和UML
12.4本章小结
附录FDDEVS的形式化定义
参考文献
第Ⅲ篇应用
第13章柔性建模的支撑环境
13.1通过开发过程支持多路径
13.2SOA(面向服务架构)中作为服务的建模仿真工具
13.3实例研究：分体式卫星系统
13.3.1建模仿真支撑环境如何适应各类利益相关方
13.3.2系统实体结构：MSE柔性的关键支撑
13.3.3建模仿真支撑环境的实现：面向服务架构
13.3.4建模仿真支撑环境的仿真服务
13.3.5使用Web服务的仿真
13.4建模仿真支撑环境操作：线程实例
13.5本章小结
附录
参考文献
第14章基于服务的软件系统
14.1引言
14.2基于服务的软件系统
14.3面向服务的体系架构
14.4SOA-DEVS仿真建模
14.4.1简单模型
14.4.2复合模型
14.5SOA-DEVS模型组件
14.5.1通用消息
14.5.2简单服务
14.5.3复合服务模型
14.6仿真模型范例
14.7动态结构SOAD
14.7.1代理-执行模型设计
14.7.2扁平和分层模型组合
14.8本章小结
14.9练习
参考文献
第15章云系统仿真建模
15.1引言
15.2软件/硬件协同设计
15.3SOC-DEVSSW/HW建模
15.3.1软件服务系统模型
15.3.2硬件系统模型
15.3.3服务系统映射
15.4面向服务的语音通信系统
15.4.1基本度量
15.4.2仿真参数估计
15.4.3实验设置和执行
15.4.4实例仿真结果
15.5本章小结
参考文献
第16章体系模型库
16.1引言
16.2逻辑化、可视化和持久化建模的统一
16.2.1简单的网络病毒模型
16.2.2模板、模板实例和实例模型的类型
16.2.3仿真和非仿真类型的模型
16.2.4逻辑模型16.2.5可视化模型
16.2.6持久化模型
16.2.7模型命名空间
16.3CoSMoS进程生命周期
16.4CoSMoS云建模
16.4.1硬件模型
16.4.2软件模型
16.4.3软件(服务)系统映射模型
16.4.4模型约束
16.5本章小结
参考文献
第17章基于体系的生命系统建模与仿真
17.1生命系统建模与仿真中的挑战
17.2DEVS和VLE为何适用于生命系统建模和仿真
17.2.1系统方法：涌现与规模转换
17.2.2异构形式和生命系统复杂性
17.2.3VLE和试验计划
17.3动物流行病的监测和控制
17.3.1动机和目标
17.3.2模型描述
17.3.3仿真结果
17.4植物生长模型
17.4.1动机和目标
17.4.2Ecomeristem模型17.4.3总体功能
17.4.4拓扑
17.4.5DEVS的实现
17.4.6验证
17.4.7结论
17.5生命系统的模型连续性
17.6本章小结
参考文献
第18章基于活跃度的体系实现
18.1能量与活跃度
18.2体系原型构建
18.3实验框架和定时需求
18.4体系模型中的能量和活跃度
18.5活跃度概念综述
18.6定时需求、能量和活跃度
18.7体系实例：扑救森林火灾
18.8体系硬件实现的有关活动
18.9实验测试
18.10本章小结
附录Quantizer.dnl
参考文献

序复杂系统(Systems of Systems)又称体系，指的是一类具有系统组成与层次关系复杂、系统机理复杂、系统的子系统间以及系统与其环境之间交互关系复杂和能量交换复杂，其总体行为呈现出定性定量混合、变结构、自适应、非线性、涌现、不确定、协同、博弈、混沌等特点的系统。复杂系统的研究与实施，对促进社会经济发展、巩固加强国防建设、提高人民生活质量有着十分重大的意义。实践表明，复杂系统建模与仿真技术是复杂系统研制与应用的重要手段，并正成为现代建模与仿真技术领域的一个研究热点。原书英文版作者美国B.P.Zeigler教授是国际建模仿真领域最有影响力的学者之一，他提出的离散事件系统规范(DEVS)是仿真领域最重要的基础理论之一，其代表作《建模仿真理论》是迄今为止对建模仿真领域影响最大的著作。本书作为Zeigler教授在2013年的力作，凝聚了他在《建模仿真理论》出版以来的最新研究工作成果。书中介绍了Zeigler教授团队最新开发的基于离散事件系统规范(DEVS)和系统实体结构(SES)的软件包，阐述了如何基于该软件以及智能体(Agent)、云(Cloud)、服务(Service)等新兴技术，对典型复杂系统进行构建、分析和仿真的方法。此外，作为第一本讲述如何在系统设计中综合考虑能量与信息处理需求的著作，本书提出了一种针对生态系统的建模仿真方法，该方法的创新性在于综合考虑了能量/资源消耗与信息处理成本，能实现生态系统的优化分析与设计。感谢北京航空航天大学张霖教授、宋晓副教授和北京信息科技大学吴迎年副教授的辛勤工作，他们多年来从事建模仿真领域的相关研究，具有丰富的英文写作与翻译经验，相信他们的专业经验能帮助读者更好地学习和掌握Zeigler教授在复杂系统建模仿真领域的最新研究成果。李伯虎中国工程院院士2016年12月