Задания к практическим и лабораторным работам. Учебнометодическое пособие к практическим занятиям по дисциплине Математические модели информационных процессов и систем г р
 Скачать 1.72 Mb.
|
|
Задания по практической работе № 6 1.Разработать на GPSS имитационную модель, в которой реализуется передача сообщений, механизм тайм-аута и потери сообщений. ЛВС имеет радиальную структуру и содержит N=4 рабочих станций и один сервер. Поток сообщений в рабочих станциях 29 – пуассоновский. Предусмотреть сбор статистики по сообщениям, ожидающим отправку в рабочих станциях. 2.Разработать на GPSS имитационную модель, в которой реализуется передача сообщений с разбивкой их на пакеты, механизм тайм-аута и потери пакетов. ЛВС имеет радиальную структуру и содержит N=3 рабочих станций и один сервер. Поток сообщений в рабочих станциях – пуассоновский. Предусмотреть сбор статистики по сообщениям, ожидающим отправку в рабочих станциях. 3.Разработать на GPSS имитационную модель, в которой реализуется передача сообщений, механизм тайм-аута и потери сообщений. ЛВС имеет радиальную структуру и содержит N=3 рабочих станций и один сервер. Очередное сообщение формируется только после получения ответа на предыдущий запрос. 4.Разработать на GPSS имитационную модель, в которой реализуется передача сообщений с разбивкой их на пакеты, механизм тайм-аута и потери пакетов. ЛВС имеет радиальную структуру и содержит N=4 рабочих станций и один сервер. Очередное сообщение формируется только после получения ответа на предыдущий запрос. 5.Разработать на GPSS имитационную модель, в которой реализуется передача сообщений с разбивкой их на пакеты, механизмы окна, тайм-аута, потери пакетов. Передача данных в ЛВС осуществляется по общей шине; имеется N=3 рабочих станций и один сервер. Очередное сообщение формируется только после получения ответа на предыдущий запрос. 6.Разработать на GPSS имитационную модель, в которой реализуется передача сообщений с разбивкой их на пакеты, механизмы окна, тайм-аута, потери пакетов. ЛВС имеет радиальную структуру и содержит N=3 рабочих станций и два сервера. Очередное сообщение формируется не ожидая получения ответа на предыдущий запрос. 30 Практическое занятие № 7 ПРОГРАММНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ И ОТЛАДКА ИМИТАЦИОННЫХ МОДЕЛЕЙ РС ДЛЯ КАНАЛОВ С НИЗКИМ И СРЕДНИМ УРОВНЯМИ СЕТЕВОГО ТРАФИКА Цель работы: изучение практических вопросов программной реализации имитационных моделей РС на языках имитационного моделирования и проведения научных экспериментов на данных моделях . Программа работы 1. Разработка программы модели РС на языках имитационного моделирования GPSS, AnyLogic для каналов с низким и средним уровнями сетевого трафика. 2. Проведение научных экспериментов на данных программах- моделях. Пояснения к работе 7. 1. Реализация имитационной модели СМО замкнутого типа, представляющая функционирование сети ЛВС РС в условиях низкого сетевого трафика В качестве простейшего примера рассмотрим ЛВС радиального типа, состоящую из N=3 рабочих станций и сервера. Формирование очередного запроса в станции происходит только после получения ответного сообщения на предыдущий, потери сообщений не происходят из-за низкого уровня сетевого трафика. Приняты следующие допущения: время формирования запросов – случайная величина с законом распределения Эрланга 2-го порядка; время обработки сообщений в сервере – случайная величина с равномерным законом распределения в диапазоне (TSERV_MIN, TSERV_MAX). Пример реализации данной концептуальной модели на языке GPSS представлен ниже. 31 Задержка в источнике, определяется в виде суммы величин задержек в терминале (рабочей станции) TIST и канале передачи TCAN, каждая из которых имеет экспоненциальное распределение. TIST EQU 13.0 ; СР. ВР. ЗАДЕРЖКИ В ТЕРМИНАЛЕ (ИСТОЧНИКЕ ЗАПРОСОВ) TCAN EQU 2.0 ; СР. ВР. ЗАДЕРЖКИ В КАНАЛЕ ПЕРЕДАЧИ TSERV_MIN EQU 3.0 ; МИН. ВР. ОБРАБОТКИ В СЕРВЕРЕ TSERV_MAX EQU 9.0 ; МАКС. ВР. ОБРАБОТКИ В СЕРВЕРЕ NIST EQU 3 TOTV TABLE M1,3,1,10 ; СБОР СТАТИСТИКИ ПО ВРЕМЕНИ ОТВЕТА GENERATE ,,,1 SPLIT (NIST-1),ISTOCH,NUMIST ;******** ИСТОЧНИКИ ****************** ISTOCH SEIZE P$NUMIST ; В ПАРАМЕТРЕ NUMIST ЗАПИСАН НОМЕР ИСТОЧНИКА ADVANCE (EXPONENTIAL(1,0,TIST)); ЗАДЕРЖКА В ТЕРМИНАЛЕ ADVANCE (EXPONENTIAL(1,0,TCAN)) ; ЗАДЕРЖКА В КАНАЛЕ ПЕРЕДАЧИ RELEASE P$NUMIST MARK ; НАЧАЛО ОТСЧЕТА ВРЕМЕНИ ;-------- СЕРВЕР -------- QUEUE QSERV ; ВХОД В ОЧЕРЕДЬ ЗАПРОСОВ НА ОБРАБОТКУ В СЕРВЕРЕ SEIZE SERVER ; ЗАНЯТЬ СЕРВЕР ОБРАБОТКОЙ ОЧЕРЕДНОГО ЗАПРОСА DEPART QSERV ; ВЫХОД ИЗ ОЧЕРЕДИ ADVANCE (UNIFORM(2,TSERV_MIN,TSERV_MAX)); ОБРАБОТКА ЗАПРОСОВ RELEASE SERVER ; ОСВОБОДИТЬ СЕРВЕР ОТ ОБРАБОТКИ ЗАПРОСА ;-------------------------- TABULATE TOTV TRANSFER ,ISTOCH ;ЗАПРОС ОБРАБОТАН, РАЗРЕШ. ВЫДАЧА СЛЕД. ЗАПРОСА ; ------ТАЙМЕР МОДЕЛИ ------- GENERATE 60 TERMINATE 1 START 1000 Результаты моделирования: FACILITY ENTRIES UTIL. AVE. TIME AVAIL. OWNER PEND INTER RETRY DELAY 1 2558 0.627 14.702 1 1 0 0 0 0 2 2500 0.633 15.201 1 3 0 0 0 0 3 2486 0.635 15.331 1 0 0 0 0 0 SERVER 7542 0.752 5.983 1 4 0 0 0 0 QUEUE MAX CONT. ENTRY ENTRY(0) AVE.CONT. AVE.TIME AVE.(-0) RETRY QSERV 2 0 7542 2978 0.353 2.805 4.634 0 TABLE MEAN STD.DEV. RANGE RETRY FREQUENCY CUM.% TOTV 8.789 3.727 0 7.2. Реализация имитационной модели сети массового обслуживания замкнутого типа, представляющая функционирование сети ЛВС РС в условиях среднего сетевого трафика В качестве основы для моделей данного класса рассмотрим ЛВС радиального типа, состоящую из N=3 рабочих станций и сервера. 32 Формирование очередного запроса на станции происходит только после получения ответа на предыдущий. В отличие от предыдущей модели здесь добавлены устройства, соответствующие каналам передачи данных с буферными накопителями. Сообщения от терминала – источника запросов поступают в канал передачи данных и далее в буферный накопитель в сервере. Сервер в общем случае имеет M параллельно работающих процессоров. После обработки запроса в сервере он передается по каналу в соответствующий терминал источника, который его сформировал. В модели считается, что потери сообщений небольшие ввиду среднего уровня сетевого трафика, поэтому реализуются процедуры повторной передачи потерянного сообщения. На концептуальном уровне такая ЛВС может быть представлена сетью массового обслуживания замкнутого типа и N источниками разнородных запросов. Последовательность шагов разработки модели в системе AnyLogic (использована учебная версия 7.3.5) следующая: Шаг 1.Создание новой модели. Для этого щелкните мышью по кнопке панели инструментов Создать . Появится диалоговое окно Новая модель. Задайте имя новой модели. Выберите каталог, в котором будут сохранены файлы модели. Если Вы хотите сменить предложенный по умолчанию каталог на какой-то другой, Вы можете ввести путь к нему в поле Местоположение или выбрать этот каталог с помощью диалога навигации по файловой системе, открывающегося по нажатию на кнопку Выбрать. Выберите единицу модельного времени. Щелкните мышью по кнопке Готово, чтобы завершить процесс. Будет создана новая модель, в которой уже имеется один тип агента Main и эксперимент Simulation. Агенты - это главные строительные блоки модели AnyLogic. В нашем случае агент Main служит местом, где зададим всю логику модели в виде диаграммы процесса потока сообщений в модели ЛВС. В центре рабочей области находится графический редактор диаграммы. В левой части рабочей области находятся панель Проекты и панель Палитра. Панель Проекты обеспечивает легкую навигацию по элементам моделей, открытых в текущий момент времени. Поскольку модель организована иерархически, то она отображается в виде дерева. Панель Палитра содержит разделенные по палитрам 33 элементы, которые могут быть добавлены на диаграмму типа агента или эксперимента. В правой рабочей области будет отображаться панель Свойства. Панель Свойства используется для просмотра и изменения свойств выбранного в данный момент элемента (или элементов) модели. Когда вы выделяете какой-либо элемент, например, в панели Проекты или графическом редакторе, панель Свойства показывает свойства выбранного элемента. Шаг 2. Создание диаграммы процесса. Зададим динамику процесса, создав диаграмму из блоков Библиотеки моделирования процессов. Каждый блок задает определенную операцию, которая будет производиться над проходящими по диаграмме процесса агентами. Диаграмма процесса в AnyLogic создается путем добавления объектов библиотеки из палитры на диаграмму агента, соединения их портов и изменения значений свойств блоков в соответствии с требованиями модели. По умолчанию при создании новой модели в панели Палитра открывается Библиотека моделирования процессов (рис. 7.3). В модели использованы следующие основные объекты: - Source – источник, который генерирует агентов определенного типа. Обычно он используется в качестве начальной точки диаграммы процесса, формализующей поток агентов. В нашем примере агентами будут сообщения; - Delay - задерживает агентов на заданный период времени, представляя в модели фазы задержки в терминале источника, в канале передачи, сервере. Этот объект содержит значение емкости, которое означает количество параллельно задерживаемых агентов; - Selector– переключатель движения агентов (сообщений) на одно из двух направлений; - Selector5 – переключатель движения агентов (сообщений) на одно из 5 направлений. - Queue - очередь для агентов. Полученная диаграмма показана на рис.7.1. Ее вид на этапе прогона эксперимента показан на рис.7.2. Рассмотрим процесс прохождения сообщений, например, формируемых источником source1. Источник генерирует один агент – сообщение, у которого специально были созданы несколько параметров: для идентификации источника num_ist; время выдачи сообщения источником t_outut; этап обработки etap; время 34 завершения обработки time_out; получатель сообщения poluch. Эти параметры используются в модели для необходимой маршрутизации, сбора данных о времени реакции системы. Агент-Сообщение начинает путь в объекте source1 (настройки показаны на рис.7.3), где задается время между прибытиями агентов, тип нового агента (указываем имя специально созданного для этой модели агента Сообщение). Далее агент направлен в блок PC1 (настройки показаны на рис.7.4), где задерживается на заданное время (случайную величину, имеющую экспоненциальный закон распределения со средним значением 13). Действия, совершаемые при входе в блок: agent.etap = 1; agent.num_ist = 1; при выходе: agent.t_output=time(). Для сбора статистики для объектов Delay требуется установить флажок сбора статистики. Далее сообщение поступает в очередь queue и затем задерживаются в канале передачи данных CAN1. Для очереди можно задать вместимость, порядок расположения (выбрано по умолчанию FIFO), установить флажок сбора статистики. После прохождения блока CAN1 номер этапа устанавливается в значение 2 оператором действия выхода agent.etap = 2. После прохождения этапа передачи сообщения по каналу с помощью блока селектора selectOutput1 (настройки показаны на рис.7.4) сообщение направляется во входную очередь сервера QinpSERV1, если параметр сообщения etap < 3, либо альтернативно направляется в блок PC1. Для этого в свойствах данного объекта потребуется: выбрать режим «При выполнении условия»; ввести условие agent.etap < 3; задать действие при выходе Totv.add(time()- agent.t_output). Последняя операция требуется для накопления статистики в объекте с именем Totv, который использован в объекте Гистограмма. После задержки сообщения в блоке SERVER оператором действия выхода изменен номер этапа - agent.etap = 3, что далее будет использовано в селекторе selectOutput1 (настройки показаны на рис.7.5) для передачи сообщения в начальный пункт – PC1. Сообщения, обработанные в сервере, направляются с помощью блока selector по условию agent.num_ist == 1 в выходную очередь QoutSERV1. Далее ответные сообщения передаются в канал CAN1, после которого через селектор selectOutput1 через альтернативный выход будут направлены в блок PC1. 35 Аналогичная процедура продвижения сообщений сделана и для остальных рабочих станций. В диаграмме модели для улучшения наглядности содержатся и вспомогательные элементы. Параметр TSERV, показывающий среднее время задержки в сервере, и связанный с ним движок, которым во время работы модели можно изменять этот параметр в заданном диапазоне. Для наглядного представления о значении коэффициента загрузки объекта SERVER использован объект chart - Столбиковая диаграмма, в свойствах которой (рис. 7.6) задана величина SERVER.statsUtilization.mean(). Для получения гистограммы времени ответа на запросы применен объект chart1 – Гистограмма, в котором в поле данных указано Totv. Для запуска подготовленной модели надо щелкнуть мышью по кнопке панели инструментов «Запустить» и выбрать из открывшегося списка эксперимент, который Вы хотите запустить и нажать в открывшемся новом окне кнопку «Запустить». Результаты имитации показаны на рис.7.2. Рис 7.1. Схема имитационной модели в AnyLogic 36 Рис 7.2. Результаты работы имитационной модели в AnyLogic 37 Рис 7.3. Палитра библиотеки элементов и экранные формы источника 38 Рис 7.4. Экранные формы элементов Delay и SelectOutput 39 Рис 7.5. Экранные формы для сервера и селектора обработанных запросов 40 Рис 7.6. Экранные формы параметра, слайдера и гистограммы 41 Задания по практическому занятию №7 1. Построить имитационную модель РС с низким уровнем сетевого трафика и радиальной структурой ВС. 2. Построить имитационную модель РС с низким уровнем сетевого трафика и кольцевой структурой ВС. 3. Построить имитационную модель РС с низким уровнем сетевого трафика и моноканальной структурой ВС. 4. Построить имитационную модель РС со средним уровнем сетевого трафика и радиальной структурой ВС. 5. Построить имитационную модель РС со средним уровнем сетевого трафика и кольцевой структурой ВС. 6. Построить имитационную модель РС со средним уровнем сетевого трафика и моноканальной структурой ВС. Требования к оформлению результатов лабораторной работы Выполнение каждой лабораторной работы заканчивается отчетом , который должен включать: - цель; - задание; - краткое пояснение к работе; - структурную схему модели; - листинг программы моделирования; - пример работы программы; - выводы. БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 1. Таненбаум Э. Распределенные системы. Принципы и парадигмы / Э. Таненбаум, М. ванСтеен. – СПб.: Питер, 2003. – 877 с. 2. Справочник Веб-разработчика: http://wdh.suncloud.ru/intro.htm. 3. Зуев В.А., Ковалевский В.Н., Черноморов Г.А. Программное моделирование систем : учеб. пособие / Новочерк. политехн. ин-т. - Новочеркасск, 1992. - 109 с. 4. Хорошевский В.Г. Архитектура вычислительных систем. Изд. МГТУ им. Баумана, Москва, 2005 г.- 511 с. 5. Официальный сайт компании AnyLogic [Электронный ресурс]. – Режим доступа: www.anylogic.ru |