离散事件系统规范(DEVS)介绍

离散事件系统规范(DEVS) 是美国学者B.P.Zeigler所创立的一种针对离散事件系统的形式化描述方法学。该规范将整个系统的功能划分成若干个相互关联的子系统单元，并将这些单元按照预设的接口协议有机地整合在一起，在此基础之上构建出一套完整的层次化、模组化的系统模型框架。

1 DEVS****是什么？

• DEVS作为离散事件系统规范（缩略为Discrete Event System Specification）的核心理论体系。
• DEVS能够有效建模现有及假设中的动态系统；通过使用DEXS进行仿真分析,我们可以深入探究现有系统的运行机制及其未来发展趋势。
• DEXS构成了建模与仿真框架理论的重要组成部分。
• 基于系统的数学理论基础,DESX提供了一种独特而高效的仿真模型构建方法。

2 DEVS****特性简介

• DEVS通过系统性阐述明确指定了模型的构成要素及其核心特征。
• 对于能够持续接收时序输入并相应地产生时序输出的行为体而言，在本质上与基于DESV架构的设计体系具有等价性。
• 在DESV建模框架下，系统可分为两类：基础单元型式负责界定核心功能及操作规范；集成型式则描述了多单元型式的有机组合方式。
• 该架构便于构建多层次系统的综合管理方案。
• 基于该方法论的信息物理协同设计体系能够实现精准有效的动态过程建模与仿真验证。

3****入门：系统的离散事件表示

• DEVS通过抽象离散事件建模复杂动态系统的状态变化
  • 在这一层次结构中，在线输入的时序相关事件会导致系统状态的瞬间转变
  • 这些在线输入的时序相关事件既可在外部环境（如其他模型）中生成，在线也可由本模型内部触发
  • 系统后续的状态取决于其先前的状态以及所发生的事件
  • 在两个相邻事件之间的时间段内系统状态保持不变，在此期间可形成连续的稳定轨迹区间
  • 模拟算法只需关注关键时间点上的状态变化情况，在此期间无需追踪中间时刻的数据
  • 与基于离散时间增量的时间递进机制（DTM）不同

4****为什么需要形式系统定义

• DEVS遵循数学系统理论进行形式化描述。
• DEVS采用了一种独特的专用算法（即DEVS抽象仿真器）。
• DEVS得到了完整明确的说明。
• DEVS采用了Wymore系统理论中的分层复合模型。
• 相比之下，在构建层次化结构时（即通过复合状态实现），状态图依赖于不完整的语义会导致多种解释的可能性；相比之下（即反之），Simulink则缺乏明确的语义描述机制。

5****模型架构说明

原子模型(Atomic model)架构

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关键要素说明：

• 输入端口用于接收（数据、消息）。
• 输出端口负责输出相关信息。
• 系统的状态描述反映了当前运行情况。
• 时间推进机制不仅涉及时间推进还与系统时长相关联。
• 内部状态转换机制决定了系统内部的变化规律。
• 外部事件转换机制处理外界干扰的影响。
• 输出处理功能确保信息的有效传递与处理。

耦合模型(Coupled model)架构

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关键要素说明：

• 模型集合
• 用于接收外部事件输入的接口
• 用于发送事件输出的出口
• 集成内部输入输出接口

6****形式化描述

DEVS原子模型的形式化描述可以表示为如下七元组：

DEVSA = <X,Y,S,ta,****δint,δext,λ >

其中:

• X代表外部输入的事件集；
  • Y表示系统的输出事件集；
  • S代表系统的状态集，并涵盖系统所有可能的状态情况；
  • ta表示系统的时态推进函数，
  • δint为系统的内部状态转换函数；
  • δext为系统的外部状态转换函数；
  • λ代表系统的输出映射规则。

笔记：以后将持续归纳总结DEVS原理及其实用工具，并期待与大家进行交流探讨并指正意见或建议！