моделирование систем. Досбаев Т.Т. ДВМ3-74 Лаб 4 по моделированию систем. Отчет по лабораторной работе 4 На тему Исследование на имитационной модели процесса передачи данных в информационно вычислительной сети
 Скачать 456.09 Kb.
|
|
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ И РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «МОСКОВСКИЙ АВИАЦИОННЫЙ ИНСТИТУТ (национальный исследовательский университет)» (МАИ) Филиал «ВОСХОД» Кафедра Б21-ВСиТ «Утверждаю» Ст. преподаватель__________ Мирошникова Е.Н. «_____» _____________2022 г. ОТЧЕТ по лабораторной работе №4 На тему: «Исследование на имитационной модели процесса передачи данных в информационно – вычислительной сети» По дисциплине: «Моделирование систем» Вариант 6 Выполнил студент гр. ДВМ 3-74 ______________Досбаев Т.Т. «_____» _____________2022 г. Байконур 2022 г. Целью выполнения лабораторной работы является достижение следующих результатов освоения (РО): должен знать: - 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 владеть умениями: практическими: - применять операторы языка GPSS; - исследования моделей систем массового обслуживания; должен владеть навыками: построения и исследования имитационных моделей систем массового обслуживания. Перечисленные РО являются основой для формирования следующих компетенций: (в соответствии с СУОС ВО и требованиями к результатам освоения основной образовательной программы (ООП)): дополнительных профессиональных компетенций ДПК-2 - Способность применять законы дискретной математики, теории автоматов и методы моделирования для решения профессиональных задач. Задание на выполнение Изучить теоретические сведения о вычислительной сети. Рассмотреть структурные схемы узла коммутации и дискретного канала связи. Набрать текст исходной модели. Провести эксперимент. Изменить исходные данные в соответствии с вариантом по журналу, представленных в таблице 1. Провести эксперимент три раза. Получить усредненные значения характеристик системы, а именно, Выполнить задание по п. 1,2,3 методических указаний.  Рисунок 1 – Композиция Q- схем исследуемого фрагмента СПД Обозначения на схеме приведены ниже при описании фрагмента системы передачи данных. Исходные данные для моделирования: -средний интервал между пакетами данных–30 ед.вр.; -емкости накопителей–20; - время передачи пакета данных по ДКС- 17ед.вр.; - время передачи подтверждения по ДКС– 2 ед.вр.; Таблица1–Исходные данные
Теоретическая часть 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 1.1 – Структурная схема варианта узла коммутации пакетов Структурная схема варианта ДКС с решающей обратной связью показана на рисунке 2, где КУ и ДКУ – соответственно кодирующее и декодирующее устройства; УУК – устройство управления каналом; КА – каналообразующая аппаратура.  Рисунок 1.2 - 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. Практическая часть Рисунок 1 – Композиция Q- схем исследуемого фрагмента СПД Обозначения на схеме приведены ниже при описании фрагмента системы передачи данных. Исходные данные для моделирования: -средний интервал между пакетами данных–30 ед.вр.; -емкости накопителей–30; -время передачи пакета данных по ДКС- 14ед.вр.; - время передачи подтверждения по ДКС– 3 ед.вр.; Таблица1–Исходные данные
Листинг программы представлен в приложении А, блок–диаграмма GPSS-модели процесса передачи в приложении Б (рисунок Б.1). Результат работы программы представлен в приложении В. Графики результата работы программы представлены в приложении Г (рисунок Г.1-Г.2). Вывод Входе выполнения лабораторной работы изучены основные понятия и определения, связанные с моделированием систем и процессов, основные этапы построения и исследования имитационных моделей систем массового обслуживания, а также основные операторы языка GPSS. Приобретены практические навыки в применении операторов языка GPSS и в исследовании моделей систем массового обслуживания; Листинг программы представлен в приложении А, блок–диаграмма GPSS-модели процесса передачи в приложении Б (рисунок Б.1). Результат работы программы представлен в приложении В. Графики результата работы программы представлены в приложении Г (рисунок Г.1-Г.2). Приложение А (обязательное) Листинг программы SIMULATE EXPON FUNCTION RN1,C24 0,0/.100,.104/.200,.222/.300,.335/.400,.509/.500,.690/.600,.915/.700,1.200/ .750, 1.380/.800, 1.600/.840, 1.830/.880, 2.120/.900,2.300/.920,2.520/.940,2.810/ .950,.990/.960,3.200/.970,3.500/.980,3.900/.990,4.600/.995,5.300/.998,6.200/.999,7/1,8 BUF1 STORAGE 30 BUF2 STORAGE 30 BUF3 STORAGE 30 BUF4 STORAGE 30 TAB1 TABLE M1,30,30,14 MET1 ENTER BUF4,3 SEIZE CPU1 ADVANCE 3 LEAVE BUF4,1 RELEASE CPU1 ENTER BUF1,1 TEST E P2,1,MET4 TEST E P1,14,COP1 SPLIT 1,NEX1 MARK COP1 MATCH COP1 LEAVE BUF1,1 ASSEMBLE 3 TABULATE TAB1 TERMINATE MET4 SEIZE DCH1 LEAVE BUF1,1 TRANSFER ,DEX1 NEX1 SEIZE DCH1 DEX1 ADVANCE P1 RELEASE DCH1 ASSIGN 1,1 MET2 ENTER BUF2,1 SEIZE CPU2 ADVANCE 2 LEAVE BUF2,1 RELEASE CPU2 ENTER BUF3,1 TEST E P2,3,MET5 TEST E P1,30,COP2 SPLIT 1,NEX2 COP2 MATCH COP2 LEAVE BUF3,1 TERMINATE MET5 SEIZE DCH2 LEAVE BUF3,1 TRANSFER ,DEX2 NEX2 SEIZE DCH2 DEX2 ADVANCE P1 RELEASE DCH2 ASSIGN 1,1 TRANSFER ,MET1 GEN2 GENERATE 15,FN$EXPON ASSIGN 1,14 ASSIGN 2,1 TRANSFER ,MET2 GEN1 GENERATE 30,FN$EXPON ASSIGN 1,14 ASSIGN 2,1 TRANSFER ,MET1 GENERATE 1,,10000 TERMINATE 1 START 1 Приложение Б (обязательное) Блок-схема GPSS-модели процесса передачи  Приложение В (обязательное) Результат работы программы GPSS World Simulation Report - Untitled Model 1.1.1 Friday, December 23, 2022 14:55:50 START TIME END TIME BLOCKS FACILITIES STORAGES 0.000 10000.000 52 4 4 NAME VALUE BUF1 10002.000 BUF2 10003.000 BUF3 10004.000 BUF4 10005.000 COP1 11.000 COP2 32.000 CPU1 10008.000 CPU2 10030.000 DCH1 10012.000 DCH2 10014.000 DEX1 20.000 DEX2 39.000 EXPON 10000.000 GEN1 47.000 GEN2 43.000 MET1 1.000 MET2 23.000 MET4 16.000 MET5 35.000 NEX1 19.000 NEX2 38.000 TAB1 10006.000 LABEL LOC BLOCK TYPE ENTRY COUNT CURRENT COUNT RETRY MET1 1 ENTER 14 0 0 2 SEIZE 14 0 0 3 ADVANCE 14 0 0 4 LEAVE 14 0 0 5 RELEASE 14 0 0 6 ENTER 14 0 0 7 TEST 14 0 0 8 TEST 14 0 0 9 SPLIT 8 0 0 10 MARK 8 0 0 COP1 11 MATCH 14 10 0 12 LEAVE 4 0 0 13 ASSEMBLE 4 0 0 14 TABULATE 2 0 0 15 TERMINATE 2 0 0 MET4 16 SEIZE 0 0 0 17 LEAVE 0 0 0 18 TRANSFER 0 0 0 NEX1 19 SEIZE 8 0 0 DEX1 20 ADVANCE 8 0 0 21 RELEASE 8 0 0 22 ASSIGN 8 0 0 MET2 23 ENTER 705 0 0 24 SEIZE 705 0 0 25 ADVANCE 705 0 0 26 LEAVE 705 0 0 27 RELEASE 705 156 0 28 ENTER 549 0 0 29 TEST 549 15 0 30 TEST 0 0 0 31 SPLIT 0 0 0 COP2 32 MATCH 0 0 0 33 LEAVE 0 0 0 34 TERMINATE 0 0 0 MET5 35 SEIZE 534 0 0 36 LEAVE 534 0 0 37 TRANSFER 534 0 0 NEX2 38 SEIZE 0 0 0 DEX2 39 ADVANCE 534 1 0 40 RELEASE 533 0 0 41 ASSIGN 533 0 0 42 TRANSFER 533 527 0 GEN2 43 GENERATE 697 0 0 44 ASSIGN 697 0 0 45 ASSIGN 697 0 0 46 TRANSFER 697 0 0 GEN1 47 GENERATE 707 0 0 48 ASSIGN 707 0 0 49 ASSIGN 707 0 0 50 TRANSFER 707 699 0 51 GENERATE 1 0 0 52 TERMINATE 1 0 0 FACILITY ENTRIES UTIL. AVE. TIME AVAIL. OWNER PEND INTER RETRY DELAY CPU1 14 0.003 2.000 1 0 0 0 0 0 DCH1 8 0.015 19.000 1 0 0 0 0 0 CPU2 705 0.141 2.000 1 0 0 0 0 0 DCH2 534 0.998 18.697 1 1055 0 0 0 15 STORAGE CAP. REM. MIN. MAX. ENTRIES AVL. AVE.C. UTIL. RETRY DELAY BUF1 15 5 0 10 14 1 9.940 0.663 0 0 BUF2 15 15 0 3 705 1 0.151 0.010 0 0 BUF3 15 0 0 15 549 1 14.521 0.968 0 156 BUF4 15 1 0 15 28 1 13.923 0.928 0 1226 TABLE MEAN STD.DEV. RANGE RETRY FREQUENCY CUM.% TAB1 44.001 16.306 0 15.000 - 37.000 1 50.00 37.000 - 59.000 1 100.00 FEC XN PRI BDT ASSEM CURRENT NEXT PARAMETER VALUE 1416 0 10001.000 1416 0 51 1415 0 10014.446 1415 0 47 1055 0 10017.706 1055 39 40 1 19.000 2 1.000 1412 0 10022.231 1412 0 43 Продолжение приложения В Результат работы программы для трёх повторений 1) FACILITY ENTRIES UTIL. AVE. TIME AVAIL. OWNER PEND INTER RETRY DELAY CPU1 14 0.003 2.000 1 0 0 0 0 0 DCH1 8 0.015 19.000 1 0 0 0 0 0 CPU2 705 0.141 2.000 1 0 0 0 0 0 DCH2 534 0.998 18.697 1 1055 0 0 0 15 STORAGE CAP. REM. MIN. MAX. ENTRIES AVL. AVE.C. UTIL. RETRY DELAY BUF1 15 5 0 10 14 1 9.940 0.663 0 0 BUF2 15 15 0 3 705 1 0.151 0.010 0 0 BUF3 15 0 0 15 549 1 14.521 0.968 0 156 BUF4 15 1 0 15 28 1 13.923 0.928 0 1226 TABLE MEAN STD.DEV. RANGE RETRY FREQUENCY CUM.% TAB1 44.001 16.306 0 15.000 - 37.000 1 50.00 37.000 - 59.000 1 100.00 FEC XN PRI BDT ASSEM CURRENT NEXT PARAMETER VALUE 1416 0 10001.000 1416 0 51 1415 0 10014.446 1415 0 47 1055 0 10017.706 1055 39 40 1 19.000 2 1.000 1412 0 10022.231 1412 0 43 2) FACILITY ENTRIES UTIL. AVE. TIME AVAIL. OWNER PEND INTER RETRY DELAY CPU1 14 0.003 2.000 1 0 0 0 0 0 DCH1 8 0.015 19.000 1 0 0 0 0 0 CPU2 705 0.141 2.000 1 0 0 0 0 0 DCH2 534 0.998 18.699 1 1055 0 0 0 15 STORAGE CAP. REM. MIN. MAX. ENTRIES AVL. AVE.C. UTIL. RETRY DELAY BUF1 15 5 0 10 14 1 9.940 0.663 0 0 BUF2 15 15 0 3 705 1 0.151 0.010 0 0 BUF3 15 0 0 15 549 1 14.522 0.968 0 156 BUF4 15 1 0 15 28 1 13.923 0.928 0 1226 TABLE MEAN STD.DEV. RANGE RETRY FREQUENCY CUM.% TAB1 44.001 16.306 0 15.000 - 37.000 1 50.00 37.000 - 59.000 1 100.00 FEC XN PRI BDT ASSEM CURRENT NEXT PARAMETER VALUE 1417 0 10002.000 1417 0 51 1415 0 10014.446 1415 0 47 1055 0 10017.706 1055 39 40 1 19.000 2 1.000 1412 0 10022.231 1412 0 43 3) FACILITY ENTRIES UTIL. AVE. TIME AVAIL. OWNER PEND INTER RETRY DELAY CPU1 14 0.003 2.000 1 0 0 0 0 0 DCH1 8 0.015 19.000 1 0 0 0 0 0 CPU2 705 0.141 2.000 1 0 0 0 0 0 DCH2 534 0.998 18.701 1 1055 0 0 0 15 STORAGE CAP. REM. MIN. MAX. ENTRIES AVL. AVE.C. UTIL. RETRY DELAY BUF1 15 5 0 10 14 1 9.940 0.663 0 0 BUF2 15 15 0 3 705 1 0.151 0.010 0 0 BUF3 15 0 0 15 549 1 14.522 0.968 0 156 BUF4 15 1 0 15 28 1 13.923 0.928 0 1226 TABLE MEAN STD.DEV. RANGE RETRY FREQUENCY CUM.% TAB1 44.001 16.306 0 15.000 - 37.000 1 50.00 37.000 - 59.000 1 100.00 FEC XN PRI BDT ASSEM CURRENT NEXT PARAMETER VALUE 1418 0 10003.000 1418 0 51 1415 0 10014.446 1415 0 47 1055 0 10017.706 1055 39 40 1 19.000 2 1.000 1412 0 10022.231 1412 0 43 Приложение Г (обязательное) Графики результата работы программы  Рисунок Г.1 – Результат работы программы(table)  |