Моделирование узла коммутации сообщений

Размещено на http://www.allbest.ru/

ВОЛЖСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. ТАТИЩЕВА (институт)

ФАКУЛЬТЕТ ИНФОРМАТИКИ И ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ

Моделирование узла коммутации сообщений

Выполнил студент гр. ИСЗ-511

Иванов

Проверил Воронцова

Тольятти 2010Содержание

• 1. Модель системы
• 2. Анализ возможных методов решения поставленной задачи
• 3. Разработка концептуальной модели
• 4. Выбор программных средств моделирования
• 5. Разработка структурной схемы имитационной модели, описание ее функционирования
• Выводы и рекомендации относительно применения модели
• Список используемой литературы
• 1. Модель системы

Моделируемая информационная система представляет собой узел коммутации сообщений, который состоит из входного буфера (BUF1+BUF2, т.к. ограничение идет по 2м направлениям), процессора PROC , двух выходных буферов и двух выходных линий. В узел коммутации поступают сообщения с двух направлений. Сообщения с первого направления, генерируется первым источником, поступают во входной буфер, обрабатываются в процессоре, накапливаются в выходном буфере первой линии и передаются по первой выходной линии.

Сообщения со второго направления, вырабатываемые вторым источником, обрабатываются аналогично, но накапливаются в выходном буфере второй линии и передаются по второй линии. Применяемый в системе метод контроля ограничивает число одновременно присутствующих по каждому направлению сообщений до трёх. Для статистического контроля за утерянными сообщениями вводится устройство BUF_OUT. Описательная модель выше описанной информационной системы представленна на Рисунке 1.

Рисунок 1. Содержательная модель информационной системы

2. 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.

3. 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 первого или второго источника через интервалы времени 157мс.; процессор - одноканальное устройство, предназначенное для обработки одного сообщения за промежуток времени, равный 7мс.; первый выходной буфер и второй выходной буфер, куда поступают обработанные процессором первые сообщения или вторые сообщения для последущей отправки по одной из соответствующих линий; первой выходной линий - одноканального устройства, передающего за время 155мс. сообщения с первого источника, второй выходной линии - одноканального устройства, передающего сообщения со второго источника за тот же интервал времени, что и первая выходная линия.

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 первого выходного буфера и второго выходного буфера. Если количество сообщений в первом выходном буфере 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 первым источником, не имеют приоритета над сообщениями, поступающими со второго источника. Все транзакты, вошедшие в систему имеют нулевой приоритет.

4. Количество сообщений с первой линии, обрабатываемых в системе, связано с количеством сообщений второй линии соотношением 1:1, т.е. равновероятно.

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

4. Выбор программных средств моделирования

информационная система моделирование узел коммутация сообщение

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.

5. 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 - первый источник: генератор сообщений, поступающих с первого направления;

U2 - второй источник: генератор сообщений, поступающих со второго направления;

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

H2(L2) - второй накопитель, L2=3 - максимальная емкость второго накопителя: первый выходной буфер для сообщений, поступающих с первого направления;

H3(L3) - третий накопитель, L3=3 - максимальная емкость третего накопитель: второй выходной буфер для сообщений, поступающих со второго направления;

K1 - первый канал: процессор;

K2 - второй канал: первая выходная линия;

K3 - третий канал: вторая выходная линия;

2. Описание потоков:

q1 - поток сообщений, поступающих с первого направления в первый накопитель;

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

q3 - поток сообщений, обрабатываемых первым каналом ;

q4 - поток обработанных сообщений первого направления, поступающий во второй накопитель;

q5 - поток обработанных сообщений второго направления, поступающий в третий накопитель;

q6 - поток обработанных сообщений первого направления, поступающийх для отправки во второй канал;

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

q8 - поток выходных сообщений, посупивших с первого направления;

q9 - поток выходных сообщений, поступивших со второго направления;

3. Описание времени:

t1 - время генерации сообщений первым источником;

t2 - время генерации сообщений вторым источником;

t3 - время обработки одного сообщения в первом канале;

t4 - время передачи одного обслуженного сообщения по первой выходной линии;

t5 - время передачи одного обслуженного сообщения по второй выходной линии;

4. Описание клапанов:

a - клапан по входу для первого накопителя: