мс лаб работа. МС лабораторная работа 4. Целью выполнения лабораторной работы является достижение следующих результатов освоения (РО)

• Название: Целью выполнения лабораторной работы является достижение следующих результатов освоения (РО)
• Анкор: мс лаб работа
• Дата: 25.12.2021
• Размер: 111.83 Kb.
• Имя файла: МС лабораторная работа 4.docx
• Тип: Документы; #317761

Целью выполнения лабораторной работы является достижение следующих результатов освоения (РО):

должензнать:

• основные понятия и определения, связанные с моделированием систем и процессов;

• 
  основные этапы построения и исследования имитационных моделей систем массового обслуживания;
  

• основные операторы языка GPSS; должен владетьумениями:

практическими:

• применять операторы языка GPSS;

• 
  исследования моделей систем массового обслуживания; должен владетьнавыками:
  

построения и исследования имитационных моделей систем массового обслуживания.

Перечисленные РО являются основой для формирования следующих компетенций: (всоответствиисСУОСВОитребованиямикрезультатамосвоения основнойобразовательнойпрограммы(ООП)):

дополнительныхпрофессиональныхкомпетенций

ДПК-2 - Способность применять законы дискретной математики, теории автоматов и методы моделирования для решения профессиональных задач.

Лабораторная работа №4
Название: «Исследованиенаимитационноймоделипроцессапередачиданныхвинформационно–вычислительной сети»

1. Теорияиметодическиеуказания

Моделирование с использованием средств вычислительной техники позволяет исследовать механизм явлений, протекающих в реальном объекте с большими или малыми скоростями, когда в натурных экспериментах с объектом трудно (или невозможно) проследить за изменениями, происходящими в течение короткого времени, или когда получение достоверных результатов сопряжено с длительным экспериментом.

Сущность машинного моделирования системы состоит в проведении на вычислительной машине эксперимента с моделью, которая представляет собой некоторый программный комплекс, описывающий формально и (или) алгоритмически поведение элементов системы S в процессе ее функционирования, т. е. в их взаимодействии друг с другом и внешней средой Е.

Имитационное моделирование является наиболее универсальным методом исследования систем и количественной оценки характеристик их функционирования. При имитационном моделировании динамические процессы системы-оригинала заменяются процессами, имитируемыми в абстрактной модели, но с соблюдением таких же длительностей и временных последовательностей отдельных операций.

Система GPSS – это мощная среда компьютерного моделирования общего назначения, разработанная для профессионалов в области моделирования. Это комплексный моделирующий инструмент, охватывающий области как дискретного, так и непрерывного компьютерного моделирования, обладающий высочайшим уровнем интерактивности и визуального представления информации.

GPSS сочетает в себе функции дискретного и непрерывного моделирования. Возможность перехода из дискретной фазы моделирования в непрерывную фазу и обратно обеспечивает тесную связь с непрерывным моделированием. В непрерывной фазе могут быть установлены пороговые значения, управляющие созданием транзактов в дискретной фазе.

Объектом исследования в данной лабораторной работе является система передачи данных, осуществляющая передачу пакетов между узлами коммутации информационно – вычислительной сети (ИВС).

Данные – это факты и (или) понятия, описанные в формализованном виде. В ИВС различают пользовательские (информационные) и управляющие (служебные) данные.

Пользовательские данные – это данные, вводимые пользователями в ИВС или получаемые ими из сети. Управляющие данные – это данные, используемые для управления.

Сеть представляет собой совокупность средств передачи и распределения данных. Выделяют магистральную (базовую) и терминальную (абонентскую) части ИВС. Магистральная часть ИВС служит для передачи данных между вычислительными комплексами, ресурсы которых доступны для пользователей сети, и включает узлы коммутации (УК) и соединяющие их каналы связи (КС). Узел коммутации выполняет функции маршрутизатора, передачи и коммутации данных и имеет для этого соответствующие аппаратно – программные средства. Канал связи представляет собой совокупность технических средств и среды распространения, которая обеспечивает доставку данных в требуемую точку сети.

Терминальная часть ИВС используется для подключения непосредственно либо через концентраторы нагрузки абонентских пунктов и терминалов пользователей. Концентратор – устройство, обеспечивающее сопряжение входных низкоскоростных каналов связи с выходным высокоскоростным каналом связи. Абонентские пункты оборудуются аппаратурой передачи данных и устройствами ввода – вывода, то есть терминалами, с помощью которых пользователи могут осуществить доступ к вычислительным ресурсам и базам данных сети. Обычно терминалы группируются и подсоединяются к терминальной сети. В качестве терминалов могут быть использованы как простейшие устройства ввода – вывода (телетайпы, дисплеи и т. п.), так и персональные (интеллектуальные) терминалы.

В рассматриваемой ИВС реализован режим коммутации пакетов, подставляющий такой способ передачи данных, при котором данные из сообщений пользователей разбиваются на отдельные пакеты. Маршруты передачи пакетов в сети от источника к получателю определяются в каждом УК, куда они поступают. Под сообщениями понимается конечная последовательность символов, имеющая смысловое содержание. Пакет – это блок данных с заголовком, представленный в установленном формате и имеющий ограниченную максимальную длину. Обычно в ИВС используются пакеты постоянной длины, содержащие от

500 до 2000 двоичных знаков (бит). Отметим, что ИВС с коммутацией пакетов обладают высокой эффективностью благодаря возможности быстрой перестройки путей передачи данных (маршрутизации) при возникновении перегрузок и повреждений элементов ИВС. Эффективность различных вариантов построения ИВС и ее фрагментов оценивается средними временами доставки данных пользователям и вероятностями отказа в установлении в данный момент времени требуемого пользователю соединения. Совокупность таких показателей для оценки эффективности процесса функционирования ИВС принято называть ее вероятностно – временными характеристиками.

Для упрощения обьекта моделирования рассмотрим фрагмент ИВС, представляющий процесс взаимодействия двух соседних УК сети, которые обозначим УК1 и УК2. Эти узлы соединены между собой дуплексным дискретным каналом связи (ДКС), позволяющим одновременно передавать данные во всех встречных направлениях, т. е. имеется два автономных однонаправленных ДКС: К1 и К2.

Структурная схема варианта УК представлена на рисунке 1, где ВхБН и ВыхБН – входные и выходные буферные накопители соответственно; К – коммутаторы; ЦП – центральный процессор. Данный УК функционирует следующим образом. После поступления пакета из одного из входных КС узла он помещается в ВхБН. Затем ЦП на основании заголовка пакета и хранимой в УК маршрутной таблицы определяет требуемое направление дальнейшей передачи пакета и помещает его в соответствующий ВыхБН для последующей передачи по выходному КС.


Рисунок 4.1 - Структурная схема варианта узла коммутации пакетов

Структурная схема варианта ДКС с решающей обратной связью показана на рисунке 4.2, где КУ и ДКУ – соответственно кодирующее и декодирующее устройства; УУК – устройство управления каналом; КА – каналообразующая аппаратура.



Рисунок 4.2 - Структурная схема варианта дискретного канала связи

На передающей стороне пакет из ВыхБН узла коммутации попадает в КУ, где производится кодирование, т. е. внесение избыточности, необходимой для обеспечения помехоустойчивой передачи по КС. Согласование с конкретной средой распространения реализуется КА (например, организация коротковолнового радиоканала через спутник – ретранслятор для СПД или оптического канала с использованием световода для локальной СПД). На приемной стороне из КА пакет попадает в ДКУ, которое настроено на обнаружение или исправление ошибок. Все функции управления КУ, ДКУ (в том числе и принятие решений о необходимости повторного переспроса копии пакета с передающего УК) и взаимодействия с центральной частью узла реализуется УКК, которое является либо автономным, либо представляет собой часть процессов, выполняемых ЦП узла.

Процесс функционирования СПД заключается в следующем. Пакеты данных поступают в исследуемый фрагмент по линии связи. Считается, что интервалы между моментами поступления распределены по экспоненциальному закону. После обработки в центральном процессоре они поступают в выходной накопитель. Далее в порядке очереди копия пакета передается по дискретному каналу связи и поступает во входной накопитель второго узла. После обработки в центральном процессоре второго узла пакет данных передается в выходную линию (3 или 4) и формируется подтверждение приема, которое в виде короткого пакета поступает в выходной накопитель для передачи в исходный узел. После приема подтверждения в исходном узле осуществляется уничтожение пакета и подтверждения.

Текст исходной программы представлен на рисунке 4.3, блок–диаграмма GPSS-модели процесса передачи на рисунке 4.4.


Рисунок 4.3 – Исходный код модели



Рисунок 4.4 – Блок–диаграмма GPSS-модели процесса передачи

2. Заданиенавыполнение

Исследуемый фрагмент СПД, представлен в виде композиции Q- схем, приведен на рисунке 4.5.



Рисунок 4.5 - Композиция Q- схем исследуемого фрагмента СПД

Обозначения на схеме приведены выше при описании фрагмента системы передачи данных. Исходные данные для моделирования:

• 
  средний интервал между пакетами данных – 25 ед. вр.;
  
• 
  емкости накопителей – 23;
  
• 
  время передачи пакета данных по ДКС- 18 ед. вр.;
  
• 
  время передачи подтверждения по ДКС – 1 ед. вр.;
  
• 
  время обработки пакета в ЦП – 2 ед. вр. Текст исходной программы приведен выше.
  

Провести имитационный эксперимент для получения исследуемых вероятностно- временных характеристик. Провести анализ полученных результатов и сделать соответствующие выводы.

3. Вариантызадания

При выполнении лабораторной работы необходимо к тексту исходной программы добавить операторы, обеспечивающие при моделировании процесса передачи информации в СПД следующее:

1. 
   Определение функции распределения времени передачи пакетов сообщений между УК.
   
2. 
   Получение графиков загрузки выходных накопителей.
   
3. 
   Определение вероятностей переполнения накопителей.
   
4. 
   Получение соотношений пакетов и подтверждений во входных и выходных накопителях.
   
5. 
   Получение графика изменения длины очереди пакетов в выходном накопителе.
   
6. 
   Определение функции распределения времени передачи подтверждений между УК.
   
7. 
   Определение вероятности передачи пакетов из выходной очереди во входную при переполнении выходной очереди.
   
8. 
   Получение функции распределения времени ожидания подтверждения пакетов в выходной очереди.
   

4. Контрольныевопросы

   1. 
      Понятие вычислительной сети.
      
   2. 
      Перечислите основные элементы ИВС.
      
   3. 
      Перечислите основные функции, выполняемые узлами коммутации ИВС.
      
   4. 
      Назовите особенности формализации процесса передачи данных между узлами коммутации с помощью Q-схем.
      
   5. 
      Какие операторы используются для задания копий и создания пакетов.
      

5. Списокучебно-методическойидополнительнойлитературы

1. 
   Советов Б.Я. Моделирование систем : Практикум : учеб. пособие для вузов по направл. "Информатика и вычислит. техника" и "Информ. системы" для бакалавров / Б.Я. Советов, С.А. Яковлев; Санкт-Петербург. гос. электротехн. ун-т. - 4-е изд., перераб. и доп. - М. : ЮРАЙТ, 2012. - 295 с. : ил. - (Бакалавр). - Библиогр.: с.292 (22 назв.). - ISBN 978-5-9916-1581-5.
   
2. 
   Советов Б.Я., Яковлев С.А. Моделирование систем учебник академического бакалавриата: учебник для вузов по инженерно-техн. направл. и спец.. Юрайт, 2015. - 343 с.
   

б) дополнительная литература:

1. 
   Боев В.Д. Моделирование систем. Инструментальные средства GPSS World: Учеб.пособие. – СПб.: БХВ – Петербург, 2004. – 368 с.:ил.
   
2. 
   Имитационное моделирование на GPSS : учеб.-метод. пособие для студентов технических специальностей / Д. Н. Шевченко, И. Н. Кравченя ; М-во образования Респ. Беларусь, Белорус. гос. ун-т трансп. – Гомель : БелГУТ, 2007. – 97 с.
   
3. 
   Советов Б.Я., Яковлев С.А. Моделирование систем. Практикум. М.:Высшая школа, 1999 г., 224 с., гриф Минвуза.
   
4. 
   Советов Б.Я., Яковлев С.А. Моделирование систем. Учебник.: Высшая школа, 1985 г., 271с., гриф Минвуза.Томашевский В., Жданова Е. Имитационное моделирование в среде GPSS. – М.:Бестселлер, 2003. – 416 с.