Сетевые объекты распространены в различных областях техники как класс объектов исследования, проектирования и управления. Реальные сети имеют большое количество элементов, сильную взаимосвязанность управляемых переменных, нелинейность и распределенность параметров. Большая размерность сетей (число ветвей m>200, число узлов n>50) вызывает значительные трудности и возможные ошибки при их формальном описании, решении задач расчета, проектирования систем управления, оптимизации динамических процессов. Моделирование сетевых объектов является мощным фактором получения современных технических и технологических решений и осуществляется в рамках проблемно ориентированных параллельных моделирующих сред (ПОПМС).
Будучи новой формой системной организации работы параллельных вычислительных ресурсов, ПОПМС являются актуальным объектом исследований и разработок в современном моделировании [1]. Уровень автоматизации формирования моделей определяет качество моделирующей среды и зависит от функциональных возможностей средств, объединяемых в топологический анализатор (ТА) сложных динамических объектов моделирования. Последовательные алгоритмы получения условных топологических матриц предложены в [2, 3] при построении аналоговых, аналого-цифровых и цифровых моделей сетевых объектов. В статье предлагается таблично ориентированный подход к полнофункциональной разработке и реализации топологического анализатора параллельной модели сетевого объекта. Создание эффективного ТА позволит ускорить решение проблемы построения параллельных моделирующих средств для сетевых объектов с сосредоточенными и распределенными параметрами.
Топологический анализатор – это составная часть проблемно ориентированной параллельной моделирующей среды, которая должна выполнять следующие функции :
| Структура предлагаемого топологического анализатора (ТА) представлена на рис.1. ТА относится к моделирующему программному обеспечению среды и наряду с функциональной частью включает средства диалоговой поддержки работы пользователя, относящиеся к подсистеме диалога (ПД) ПОПМС. | |
| Рис.1. Структура ТА. |
Сетевой объект рассматривается как граф G(U, Q) с n = |U| узлами и m = |Q| ветвями и кодируется следующей таблицей (TABUR) :
|
(1) |
где QI – идентификатор ветви графа, Q – поток (электрический ток, расход жидкости, воздуха, газа и др.), I – номер ветви (потока); AKJ и EKK – соответственно номер начального и конечного узла QI-ветви, при этом J,KÎ(1, 2, … , n), I Î(1, 2, … , m); PAR – физические параметры ветвей графа (индуктивность, емкость, сопротивление электрическое, аэродинамическое, гидравлическое, инерционность потока и др.), задаваемые каждый в своей колонке таблицы; КОМ – вербальное описание существенных для предметной области признаков ветвей и узлов графа в форме комментариев.
Диалоговая поддержка кодирования состоит в следующем : выдается форма таблицы TABUR; запрашиваются от пользователя параметры графа m и n, и по его ответам автоматически формируется число строк с идентификаторами Q1, … , Qm, указываются идентификаторы узлов AK…, EK… в каждой строке; запрашивается состав и вид идентификаторов параметров ветвей в колонке PAR и по ответам пользователя формируется соответствующее количество подколонок (например, R, K, L, C); контролируется процесс заполнения числовых данных и идентификаторов, величин параметров и комментариев.
Предлагаются таблично ориентированные алгоритмы построения дерева (антидерева), матриц инциденций А и контуров S. Они ориентированы на возможное распараллеливание при реализации в ПОПМС [1] и являются модификациями алгоритмов, описанных в [2, 3].
Алгоритм построения дерева включает следующие операции :
Для поиска таблицы антидерева ANTIBAUMTAB необходимо из таблицы TABUR выбрать те строки, которые не входят в BAUMTAB.
Из таблиц BAUMTAB и ANTIBAUMTAB составляется таблица TABXY, которая представляется следующим образом :
| TABXY = (BAUMTAB, ANTIBAUMTAB) | (2) |
Формирование матрицы инциденций в форме
| A = (AX AY) | (3) |
включает следующие шаги :
Далее из таблицы TABXY формируется матрица независимых контуров S в форме
| S = (SX SY) | (4) |
В связи с тем, что топологический анализатор имеет самостоятельное значение как часть ПОПМС, он реализуется в следующих версиях :
Экспериментальные исследования анализатора проведены для тестовых графов шахтных вентиляционных сетей и подтвердили работоспособность предложенных алгоритмов.
Топологический анализатор параллельной модели сетевого объекта, существенно влияет на удобство работы пользователей моделей, таблично ориентированные алгоритмы топологического анализа позволяют сохранить естественность кодировки графов сетевых объектов, допускают распараллеливание в SIMD- и MIMD-системах, легко интегрируются с генераторами и решателями уравнений. Анализатор используется как составная часть проблемно ориентированных моделирующих сред для сетевых объектов с сосредоточенными и распределенными параметрами.