Коммутация сообщений

Моделирование узла коммутации сообщений, который состоит из входного буфера, процессора, двух выходных буферов и двух выходных линий. Разработка структурной схемы имитационной модели, описание ее функционирования. Выбор программных средств моделирования.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Размещено на

Содержание

Описательная модель системы

Анализ возможных методов решения поставленной задачи

Разработка концептуальной модели

Выбор программных средств моделирования

Разработка структурной схемы имитационной модели, описание ее функционирования

Оценка адекватности модели

Организация экспериментов с моделью

Выводы и рекомендации относительно применения модели

Список используемой литературы

Приложение 1

Описательная модель системы

Моделируемая информационная система представляет собой узел коммутации сообщений, который состоит из входного буфера, процессора, двух выходных буферов и двух выходных линий. В узел коммутации поступают сообщения с двух направлений. Сообщения с первого направления, генерируемые источником №1, поступают во входной буфер, обрабатываются в процессоре, накапливаются в выходном буфере первой линии и передаются по первой выходной линии. Сообщения со второго направления, вырабатываемые источником №2, обрабатываются аналогично, но накапливаются в выходном буфере второй линии и передаются по второй линии. Описательная модель выше описанной информационной системы представленна на Рисунке 1.

Рисунок 1. Содержательная модель информационной системы

Анализ возможных методов решения поставленной задачи

Процессы функционирования различных систем и сетей связи могут быть представлены той или иной совокупностью систем массового обслуживания (СМО) -- стохастических, динамических, дискретно-непрерывных математических моделей. Исследование характеристик таких моделей может проводиться либо аналитическими методами, либо путем имитационного моделирования. Имитационная модель отображает стохастический процесс смены дискретных состояний СМО в непрерывном времени в форме моделирующего алгоритма. При его реализации на ЭВМ производится накопление статистических данных по тем атрибутам модели, характеристики которых являются предметом исследований. По окончании моделирования накопленная статистика обрабатывается, и результаты моделирования получаются в виде выборочных распределений исследуемых величин или их выборочных моментов.

В настоящее время для моделирования информационных систем существуют различные методы: D-схемы (для непрерывно-детерминированных моделей), Q-схемы (для непрерывно-стахостических моделей), F-схемы (для дискретно-детерминированных моделей), P-схемы (для дискретно стахостических моделей), N-схемы (для сетевых моделей) и другие методы. Характерным для данной системы является случайное появление заявок (требований) обслуживания и завершение обслуживания в случайные моменты времени, то есть ее функционирование носит стахостический характер. Поэтому для существующей информационной системы массового обслуживания наиболее подходящим методом моделирования является Q-схемы.

Разработка концептуальной модели

Задача: Построить имитационную модель узла комутации сообщений.

Исходные данные:

Моделируемая информационная система представляет собой узел коммутации сообщений, основными элементами которого являются: входной буфер, служащий для накапливания сообщений, поступающих с источника №1 или источника №2 через интервалы времени 157мс.; процессор - одноканальное устройство, предназначенное для обработки одного сообщения за промежуток времени, равный 7мс.; выходной буфер №1 и выходной буфер №2, куда поступают обработанные процессором сообщения №1 или сообщения №2 для последущей отправки по одной из соответствующих линий; выходной линий №1- одноканального устройства, передающего за время 155мс. сообщения с первого источника, выходной линии №2- одноканального устройства, передающего сообщения со второго источника за тот же интервал времени, что и выходная линия №1.

Ограничения на модель:

1. В системе разрешается одновременное присутствие не более трех сообщений с каждого направления.

2. Метод контроля потоков должен осуществляться следущим образом: перед входом сообщений в систему производится проверка емкости выходного буфера №1 и выходного буфера № 2. Если количество сообщений в выходном буфере №1 больше или равно трем, то транзакт, поступивший с первого направления получает отказ на вход в систему. Аналогичным образом происходит проверка на вход в систему сообщений, поступающих со второго направления.

3. Заявки, генерируемые источником №1, не имеют приоритета над сообщениями, поступающими с источника №2. Все транзакты, вошедшие в систему имеют нулевой приоритет.

4. Количество сообщений №1, обрабатываемых в системе, связано с количеством сообщений №2 соотношением 1:1, т.е. равновероятно.

5. Работа узла коммутации моделируется на протяжении T=60000мс.

Цели моделирования:

Определить загрузку устройств и вероятность отказа в обслуживании.

Выбор программных средств моделирования

Сложные функции моделирующего алгоритма могут быть реализованы средствами универсальных языков программирования (Паскаль, Си), что предоставляет неограниченные возможности в разработке, отладке и использовании модели. Однако подобная гибкость приобретается ценой больших усилий, затрачиваемых на разработку и программирование весьма сложных моделирующих алгоритмов, оперирующих со списковыми структурами данных. Альтернативой этому является использование специализированных языков имитационного моделирования.

Специализированные языки имеют средства описания структуры и процесса функционирования моделируемой системы, что значительно облегчает и упрощает программирование имитационных моделей, поскольку основные функции моделирующего алгоритма при этом реализуются автоматически. Программы имитационных моделей на специализированных языках моделирования близки к описаниям моделируемых систем на естественном языке, что позволяет конструировать сложные имитационные модели пользователям, не являющимся профессиональными программистами.

Одним из наиболее эффективных и распространенных языков моделирования сложных дискретных систем является в настоящее время язык GPSS (General Purpose Simulation System). Он может быть с наибольшим успехом использован для моделирования систем, формализуемых в виде систем массового обслуживания. В качестве объектов языка используются аналоги таких стандартных компонентов СМО, как заявки, обслуживающие приборы, очереди и т.п. Достаточный набор подобных компонентов позволяет конструировать сложные имитационные модели, сохраняя привычную терминологию СМО.

Разработка структурной схемы имитационной модели, описание ее функционирования

Процесс обработки сообщений, поступающих в информационную систему с двух напрвлений, формализован в виде Q-схемы. Иммитационая схема моделируемой системы представлена на Рисунке 2.

Рисунок 2. Структурная схема информационной системы

Описание имитационной модели информационной системы

1. Описание элементов Q-схемы:

U1 - источник1: генератор сообщений, поступающих с первого направления;

U2 - источник2: генератор сообщений, поступающих со второго направления;

H1(L1) - накопитель1, L1 - максимальная емкость накопителя1: входной буфер;

H2(L2) - накопитель2, L2=3 - максимальная емкость накопителя2: выходной буфер1 для сообщений, поступающих с первого направления;

H3(L3) - накопитель3, L3=3 - максимальная емкость накопителя3: выходной буфер2 для сообщений, поступающих со второго направления;

K1 - канал1: процессор;

K2 - канал2: выходная линия1;

K3 - канал3: выходная линия2;

2. Описание потоков:

q1 - поток сообщений, поступающих с первого направления в накопитель1;

q 2 - поток сообщений, поступающих со второго направления в накопитель1;

q3 - поток сообщений, обрабатываемых каналом1 ;

q4 - поток обработанных сообщений первого направления, поступающий в накопитель2;

q5 - поток обработанных сообщений второго направления, поступающий в накопитель3;

q6 - поток обработанных сообщений первого направления, поступающийх для отправки в канал2;

q7 - поток обработанных сообщений со второого направления, поступающийх для отправки в канал3;

q8 - п...