[論文レビュー] Co-simulation: State of the art

Cláudio Gomes, Casper Thule+3 more|arXiv (Cornell University)|Feb 1, 2017

Simulation Techniques and Applications参考文献 138被引用数 80

ひとこと要約

この調査は既存の共同シミュレーション手法を要約し、離散事象、連続時間、およびハイブリッド共同シミュレーションの分類を提示し、モジュラーで安定かつ正確なシミュレーションユニットの結合に関する核心的な課題と研究機会を特定します。

ABSTRACT

It is essential to find new ways of enabling experts in different disciplines to collaborate more efficient in the development of ever more complex systems, under increasing market pressures. One possible solution for this challenge is to use a heterogeneous model-based approach where different teams can produce their conventional models and carry out their usual mono-disciplinary analysis, but in addition, the different models can be coupled for simulation (co-simulation), allowing the study of the global behavior of the system. Due to its potential, co-simulation is being studied in many different disciplines but with limited sharing of findings. Our aim with this work is to summarize, bridge, and enhance future research in this multidisciplinary area. We provide an overview of co-simulation approaches, research challenges, and research opportunities, together with a detailed taxonomy with different aspects of the state of the art of co-simulation and classification for the past five years. The main research needs identified are: finding generic approaches for modular, stable and accurate coupling of simulation units; and expressing the adaptations required to ensure that the coupling is correct.

研究の動機と目的

• 領域を横断する共同シミュレーション手法の概要を提供する。
• 離散イベント、連続時間、ハイブリッド共同シミュレーションを橋渡しし、多分野の協働を実現する。
• モジュラー結合における主要な研究課題と適応の適切さを特定する。
• 最先端の共同シミュレーションフレームワークの分類法と分類フレームワークを提案する。

提案手法

• 共同シミュレーションを離散イベント、連続時間、ハイブリッドのアプローチに分類する。
• シミュレーションユニットをブラックボックスとして記述し、共同シミュレーションのシナリオとオーケストレーターを形式化する。
• DEVSベースのDEシミュレーションユニットの正式なモデルと共同シミュレーションのオーケストレーションの詳述を提示する。
• DE、CT、ハイブリッド共同シミュレーションにおける因果関係、決定論、動的構造、分布に関連する課題を論じる。
• 相互運用可能な共同シミュレーションを実現するうえでのFMIなどの標準の役割をレビューする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 離散イベント、連続時間、ハイブリッドのパラダイムを横断する主要な共同シミュレーション手法は何か？
• RQ2 複数のシミュレーションユニットを結合する際の主要な組成性の特性と課題は何か？
• RQ3 標準とアーキテクチャ（例：FMI）は共同シミュレーションにおける相互運用性と知的財産保護にどう影響するか？
• RQ4 複雑なマルチドメイン系の汎用的でモジュラー、安定、正確な共同シミュレーションを実現するための研究機会は何か？

主な発見

• 共同シミュレーションはブラックボックスのシミュレータを組み合わせることで結合されたシステムのグローバルなシミュレーションを可能にし、IPを保護する。
• 正式な分類法はDE、CT、およびハイブリッド共同シミュレーションを区別し、それぞれの課題と手法を強調する。
• 課題として因果関係、決定論、動的構造、代数ループ、収束性、安定性、およびリアルタイム制約が挙げられる。
• FMI標準および関連フレームワークは、ツール間の協調と相互運用性の確保に影響力がある。
• マルチドメインのサイバー物理系に類似した応用は規模が限られており、汎用的な結合アプローチとオーケストレーションの改善が必要であることを示している。
• 研究機会には、モジュラーで安定かつ正確な結合手法とオーケストレーターの形式的検証の開発が含まれる。