[论文解读] 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 80

一句话总结

这项综述总结了现有的联合仿真方法，提出离散事件、连续时间与混合联合仿真的分类法，并指出模块化、稳定且准确耦合各个仿真单元的核心挑战与研究机会。

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.

研究动机与目标

• 在跨领域提供对联合仿真方法的概览。
• 连接离散事件、连续时间和混合联合仿真，以促进多学科协作。
• 识别模块化耦合中的主要研究挑战及正确的适配。
• 提出一个用于最先进联合仿真框架的分类法与分类框架。

提出的方法

• 将联合仿真分为离散事件、连续时间和混合方法。
• 将仿真单元描述为黑箱实体，并对联合仿真场景与编排者进行形式化。
• 给出基于DEVS的离散事件仿真单元的形式模型及联合仿真编排的细化。
• 讨论离散事件、连续时间与混合联合仿真在因果性、确定性、动态结构和分布方面的挑战。
• 评述像FMI等标准在实现可互操作联合仿真中的作用。

实验结果

研究问题

• RQ1 在离散事件、连续时间和混合范式中，主导的联合仿真方法有哪些？
• RQ2 耦合多个仿真单元时，关键的组合性属性和挑战是什么？
• RQ3 标准与体系结构（如FMI）如何影响联合仿真的互操作性与知识产权保护？
• RQ4 为实现面向复杂多域系统的通用、模块化、稳定且准确的联合仿真存在哪些研究机会？

主要发现

• 通过组合黑箱仿真器并保护知识产权，联合仿真实现耦合系统的全局仿真。
• 一个正式的分类法区分离散事件、连续时间和混合联合仿真，并强调它们各自的挑战与技术。
• 所识别的挑战包括因果性、确定性、动态结构、代数环路、收敛性、稳定性和实时约束。
• FMI标准及相关框架在推动跨工具协作和解决互操作性方面具有影响力。
• 跨多领域的类似CPS的应用规模仍有限，这突显了对通用耦合方法和改进编排的需求。
• 研究机会包括开发模块化、稳定且准确的耦合方法，以及对编排者的形式化验证。