Co-simulación

En la cosimulación, los diferentes subsistemas que forman un problema acoplado se modelan y simulan de forma distribuida. Por lo tanto, el modelado se realiza a nivel de subsistema sin tener en mente el problema acoplado. Además, la simulación acoplada se lleva a cabo ejecutando los subsistemas como una caja negra . Durante la simulación, los subsistemas intercambiarán datos . La cosimulación puede considerarse como la simulación conjunta de herramientas y semánticas ya bien establecidas , cuando se simulan con sus solucionadores adecuados . ^{[ 1 ]} La cosimulación demuestra su ventaja en la validación de sistemas multidominio y ciberfísicos al ofrecer una solución flexible que permite considerar múltiples dominios con diferentes pasos de tiempo, al mismo tiempo. Como la carga de cálculo se comparte entre los simuladores, la cosimulación también permite la posibilidad de evaluar sistemas a gran escala. ^{[ 2 ]}

La siguiente introducción y estructuración se propone en ^{[ 3 ] .}

Establecer un marco de cosimulación puede ser una tarea compleja y desafiante, ya que requiere una fuerte interoperabilidad entre los elementos participantes, especialmente en el caso de la cosimulación con múltiples formalismos . Es necesario armonizar , adaptar y, eventualmente, modificar los estándares y protocolos empleados en los modelos individuales para poder integrarlos en el marco general . La estructura genérica en capas del marco de cosimulación ^{[ 3 ]} resalta la intersección de dominios y los problemas que deben resolverse en el proceso de diseño de dicho marco. En general, un marco de cosimulación consta de cinco capas de abstracción :

A partir de la estructuración conceptual, se define la arquitectura sobre la que se desarrolla el marco de cosimulación y las relaciones semánticas formales/formulación sintáctica. La implementación técnica detallada y las técnicas de sincronización se abordan en capas dinámicas y técnicas.

El procedimiento de particionamiento identifica el proceso de separación espacial del problema acoplado en múltiples subsistemas particionados. La información se intercambia a través de interfaces ad hoc o mediante un búfer intermedio controlado por un algoritmo maestro. El algoritmo maestro (cuando existe) es responsable de instanciar los simuladores y de orquestar el intercambio de información (simulador-simulador o simulador-orquestador). ^{[ 3 ]}

Los métodos de acoplamiento de cosimulación se pueden clasificar en integración operacional e integración formal, según las capas de abstracción. En general, la integración operacional se utiliza en la cosimulación para un problema específico y busca la interoperabilidad en las capas dinámica y técnica (es decir, intercambio de señales). Por otro lado, la integración formal permite la interoperabilidad a nivel semántico y sintáctico mediante el acoplamiento de modelos o el acoplamiento de simuladores. La integración formal suele implicar un nodo maestro que coordina la semántica y la sintaxis de la interacción entre los simuladores.

Desde un punto de vista dinámico y técnico, es necesario considerar las técnicas de sincronización y los patrones de comunicación en el proceso de implementación.

Patrones de comunicación

Existen tres patrones de comunicación principales para los algoritmos maestros : Gauss-Seidel, las variantes de Jacobi y el modelado de líneas de transmisión (TLM). Los nombres de los dos primeros métodos derivan de sus similitudes estructurales con los métodos numéricos homónimos.

La razón es que el método de Jacobi es fácil de convertir en un algoritmo paralelo equivalente, mientras que existen dificultades para hacerlo con el método de Gauss-Seidel. ^{[ 4 ]}

Gauss-Seidel (serie)

Jacobi (paralelo)

Modelado de líneas de transmisión, TLM

En el modelado de líneas de transmisión (también conocido como modelado de líneas de retardo bidireccionales), una capacitancia (o inductancia) se sustituye por un elemento de línea de transmisión con propagación de onda. El retardo temporal se establece en un paso de tiempo. De esta forma, se introduce un retardo temporal con fundamento físico, lo que permite dividir el sistema en este punto. Se garantiza la estabilidad numérica, ya que no existe error numérico; en su lugar, se introduce un error de modelado, que es menos grave. Este método suele ser el más sencillo de implementar, puesto que da como resultado un esquema explícito.