محاكاة الأحداث المنفصلة

حالة النظام هي مجموعة من المتغيرات التي تُجسد الخصائص البارزة للنظام قيد الدراسة. ويمكن تمثيل مسار الحالة مع مرور الوقت S(t) رياضياً بدالة متدرجة تتغير قيمتها عند وقوع أي حدث.

يجب أن يتتبع نظام المحاكاة وقت المحاكاة الحالي، بأي وحدات قياس مناسبة للنظام الذي يتم نمذجته. في محاكاة الأحداث المنفصلة، ​​على عكس المحاكاة المستمرة، "يقفز" الوقت لأن الأحداث فورية - ينتقل المؤقت إلى وقت بدء الحدث التالي مع تقدم المحاكاة.

تحتفظ المحاكاة بقائمة واحدة على الأقل لأحداث المحاكاة. تُسمى هذه القائمة أحيانًا بمجموعة الأحداث المعلقة، لأنها تضم ​​الأحداث التي لم تتم محاكاتها بعد، والتي هي في انتظار التنفيذ نتيجة لأحداث تمت محاكاتها سابقًا. يُوصف الحدث بوقت حدوثه ونوعه، مما يشير إلى الكود المستخدم لمحاكاته. من الشائع أن يكون كود الحدث مُعَلمًا، وفي هذه الحالة، يحتوي وصف الحدث أيضًا على معلمات خاصة به. تُعرف قائمة الأحداث أيضًا بقائمة الأحداث المستقبلية (FEL) أو مجموعة الأحداث المستقبلية (FES). ^{[ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]}

عندما تكون الأحداث آنية، تُنمذج الأنشطة الممتدة على مدى زمني كسلسلة من الأحداث. تسمح بعض أطر المحاكاة بتحديد وقت الحدث كفترة زمنية، مما يُعطي وقت بدء كل حدث ووقت انتهائه.

تعتمد محركات المحاكاة أحادية الخيوط، القائمة على الأحداث الآنية، على حدث حالي واحد فقط. في المقابل، قد تحتوي محركات المحاكاة متعددة الخيوط ، ومحركات المحاكاة التي تدعم نموذج الأحداث القائم على الفترات الزمنية، على أحداث حالية متعددة. وفي كلتا الحالتين، توجد مشاكل كبيرة تتعلق بالتزامن بين الأحداث الحالية.

تُنظَّم مجموعة الأحداث المعلقة عادةً على شكل قائمة انتظار ذات أولوية ، مُرتبة حسب وقت الحدث. ^{[ 7 ]} أي أنه بغض النظر عن ترتيب إضافة الأحداث إلى مجموعة الأحداث، فإنها تُزال بترتيب زمني دقيق. دُرست تطبيقات مختلفة لقوائم الانتظار ذات الأولوية في سياق محاكاة الأحداث المنفصلة؛ ^{[ 8 ]} وشملت البدائل المدروسة أشجار التفرع ، وقوائم التخطي ، وقوائم انتظار التقويم ، ^{[ 9 ]} وقوائم انتظار السلم. ^{[ 10 ] [ 11 ]} في الأجهزة ذات المعالجة المتوازية الضخمة ، مثل وحدات المعالجة المركزية متعددة النوى أو ذات النوى الكثيرة ، يمكن تنفيذ مجموعة الأحداث المعلقة بالاعتماد على خوارزميات غير حظرية ، وذلك لتقليل تكلفة التزامن بين الخيوط المتزامنة. ^{[ 12 ] [ 13 ]}

عادةً، يتم جدولة الأحداث ديناميكيًا أثناء تقدم المحاكاة. على سبيل المثال، في مثال البنك المذكور أعلاه، فإن حدث وصول العميل في الوقت t، إذا كانت قائمة انتظار العملاء فارغة وكان الصراف غير مشغول، سيتضمن إنشاء حدث مغادرة العميل اللاحق ليحدث في الوقت t+s، حيث s هو رقم يتم إنشاؤه من توزيع وقت الخدمة.

تتطلب المحاكاة توليد متغيرات عشوائية متنوعة، تبعًا لنموذج النظام. ويتم ذلك باستخدام مولد واحد أو أكثر من مولدات الأرقام شبه العشوائية . ويُعد استخدام الأرقام شبه العشوائية، بدلًا من الأرقام العشوائية الحقيقية، ميزةً في حال الحاجة إلى إعادة تشغيل المحاكاة بنفس السلوك تمامًا.

إحدى مشكلات توزيعات الأرقام العشوائية المستخدمة في محاكاة الأحداث المنفصلة هي أن توزيعات الحالة المستقرة لأوقات الأحداث قد لا تكون معروفة مسبقًا. ونتيجةً لذلك، لن تكون أوقات وصول المجموعة الأولية من الأحداث المُدرجة في مجموعة الأحداث المُعلقة مُطابقة لتوزيع الحالة المستقرة. تُحل هذه المشكلة عادةً عن طريق إعادة تشكيل نموذج المحاكاة. يُبذل جهد محدود فقط لتعيين أوقات واقعية للمجموعة الأولية من الأحداث المُعلقة. ومع ذلك، تُجدول هذه الأحداث أحداثًا إضافية، ومع مرور الوقت، يقترب توزيع أوقات الأحداث من حالته المستقرة. يُسمى هذا بإعادة تشكيل نموذج المحاكاة. عند جمع الإحصائيات من النموذج قيد التشغيل، من المهم إما تجاهل الأحداث التي تحدث قبل الوصول إلى الحالة المستقرة أو تشغيل المحاكاة لفترة كافية بحيث يتغلب سلوك الحالة المستقرة على سلوك إعادة التشكيل. (يمكن مقارنة هذا الاستخدام لمصطلح إعادة التشكيل باستخدامه في كل من الإحصاء والحوسبة ) .

عادةً ما تتتبع المحاكاة إحصائيات النظام ، التي تُحدد كميًا الجوانب المهمة. في مثال البنك، من المهم تتبع متوسط ​​أوقات الانتظار. في نموذج المحاكاة، لا تُستخلص مقاييس الأداء تحليليًا من التوزيعات الاحتمالية ، بل تُحسب كمتوسطات عبر عمليات التكرار ، أي عمليات تشغيل مختلفة للنموذج. وعادةً ما تُنشأ فترات الثقة للمساعدة في تقييم جودة المخرجات.

بما أن الأحداث تُنشأ تلقائيًا، فمن الناحية النظرية، يمكن لمحاكاة الأحداث المنفصلة أن تستمر إلى ما لا نهاية. لذا، يجب على مصمم المحاكاة تحديد وقت انتهائها. الخيارات الشائعة هي "عند الزمن t" أو "بعد معالجة عدد n من الأحداث" أو، بشكل أعم، "عندما يصل المقياس الإحصائي X إلى القيمة x".

اقترح بيد (1998) منهجًا ثلاثي المراحل لمحاكاة الأحداث المنفصلة. في هذا المنهج، تتمثل المرحلة الأولى في الانتقال إلى الحدث التالي في التسلسل الزمني. أما المرحلة الثانية، فتتمثل في تنفيذ جميع الأحداث التي تحدث حتمًا في ذلك الوقت (وتُسمى أحداث الفئة ب). وتتمثل المرحلة الثالثة في تنفيذ جميع الأحداث التي تحدث بشروط في ذلك الوقت (وتُسمى أحداث الفئة ج). يُعدّ المنهج ثلاثي المراحل تحسينًا للمنهج القائم على الأحداث، حيث تُرتّب الأحداث المتزامنة لتحقيق الاستخدام الأمثل لموارد الحاسوب. يُستخدم هذا المنهج في عدد من برامج المحاكاة التجارية، ولكن من وجهة نظر المستخدم، تبقى تفاصيل طريقة المحاكاة الأساسية مخفية في الغالب.

تُعدّ أساليب المحاكاة أداةً فعّالةً لمساعدة المستخدمين على تشخيص المشكلات في البيئات المعقدة. وتُبيّن نظرية القيود أهمية فهم الاختناقات في النظام. إذ يُتيح تحديد هذه الاختناقات وإزالتها تحسين العمليات والنظام ككل. فعلى سبيل المثال، في الشركات الصناعية، قد تنشأ الاختناقات من فائض المخزون، أو الإنتاج الزائد ، أو تباين العمليات، أو تباين مسارات أو تسلسل الإنتاج. ومن خلال توثيق النظام بدقة باستخدام نموذج محاكاة، يُمكن الحصول على نظرة شاملة للنظام بأكمله.

يُمكّن نموذج عملي للنظام الإدارة من فهم محركات الأداء. ويمكن بناء محاكاة لتشمل أي عدد من مؤشرات الأداء مثل استغلال العمال، ومعدل التسليم في الوقت المحدد، ومعدل الهدر، ودورات النقد، وما إلى ذلك.

تُستخدم غرفة العمليات عادةً من قِبل عدة تخصصات جراحية. ومن خلال فهم طبيعة هذه العمليات بشكل أفضل، يُمكن زيادة عدد المرضى الذين يتم استقبالهم. ^{[ 14 ]} مثال: إذا استغرقت جراحة القلب أربع ساعات في المتوسط، فإن تغيير جدول غرفة العمليات من ثماني ساعات متاحة إلى تسع لن يزيد من عدد المرضى الذين يتم استقبالهم. من ناحية أخرى، إذا استغرقت عملية الفتق عشرين دقيقة في المتوسط، فإن توفير ساعة إضافية قد لا يُؤدي أيضًا إلى أي زيادة في عدد المرضى الذين يتم استقبالهم إذا لم تُؤخذ في الاعتبار سعة غرفة الإفاقة ومتوسط ​​الوقت الذي يقضيه المريض فيها.

تستند العديد من أفكار تحسين الأنظمة إلى مبادئ سليمة ومنهجيات مُثبتة ( مثل منهجية لين ، وسيكس سيجما ، وإدارة الجودة الشاملة ، وغيرها)، إلا أنها تفشل في تحسين النظام ككل. يُمكّن نموذج المحاكاة المستخدم من فهم فكرة تحسين الأداء واختبارها في سياق النظام ككل.

تُستخدم نماذج المحاكاة بشكل شائع لنمذجة الاستثمارات المحتملة. ومن خلال نمذجة الاستثمارات، يستطيع صناع القرار اتخاذ قرارات مدروسة وتقييم البدائل المتاحة.

تُستخدم محاكاة الأحداث المنفصلة في شبكات الحاسوب لمحاكاة البروتوكولات الجديدة، وبنى الأنظمة المختلفة (الموزعة، والهرمية، والمركزية، وشبكات الند للند) قبل النشر الفعلي. ومن الممكن تحديد معايير تقييم مختلفة، مثل زمن الخدمة، وعرض النطاق الترددي، والحزم المفقودة، واستهلاك الموارد، وما إلى ذلك.