Моделирование

Содержание

 

 

 

Введение

 

 

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. Таким образом, при имитационном моделировании систем массового обслуживания речь всегда идет о статистическом имитационном моделировании.

Сложные функции моделирующего  алгоритма могут быть реализованы средствами универсальных языков программирования (Delphi, Basic, C++), 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, программы имитационных моделей на которых 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 System Simulation). 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.

 

1 Моделирование в программной среде GPSS World

 

1. Индивидуальное задание для моделирования

 

В качестве  задания  было предложено построить модель исходя из ниже указанных условий (согласно 3 варианту).

Магистраль передачи данных состоит из двух каналов (основного  и резервного) и общего накопителя. При нормальной работе сообщения передаются по основному каналу за 7 ± 3 с. В основном канале происходят сбои через интервалы времени 200 ± 35 с. Если сбой происходит во время передачи, то за 2 с запускается запасной канал, а прерванное сообщение передается до конца по основному. Следующее сообщение передается уже по запасному каналу. Восстановление основного канала занимает 23 ± 7 с. После восстановления резервный канал выключается и основной канал продолжает работу с очередного сообщения. Сообщения поступают через 9 ± 4 с и остаются в накопителе до окончания передачи. В случае сбоя передаваемое сообщение передается повторно по запасному каналу.

Смоделировать работу магистрали передачи данных в течение ч. Определить загрузку запасного канала, частоту отказов канала и число прерванных сообщений.

 

2. Структурная схема модели системы.

 

Структурная схема модели изображена на рисунке 1.

 

 

Рисунок 1 – Структурная схема СМО

 

Структурная схема СМО  содержит источник сообщений, где генерируются сообщения, которые в дальнейшем поступают в общий накопитель. Из накопителя сообщения передаются по основному каналу, в данном случае он обозначен как К1, при сбое передачи – по запасному (К2).

 

 

 

 

3. Блок схема алгоритма

 

Для облегчения написания  программы модели, необходимо в первую очередь построить алгоритм (рисунок 2).

 

 

Рисунок 2 - Алгоритм

 

4. Блок-диаграмма GPSS

 

Блок-диаграмма GPSS  представлена на рисунке 3.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 3 – Блок-диаграмма

 

5. Текст программы

 

GENERATE 9,4 ; Генератор сообщений

QUEUE NAK ; Поступление в накопитель

GATE FV OSN,MET1 ; Функционирует ли основной канал?

SEIZE OSN ; Занятие осн. канала для передачи

DEPART NAK ; Освобождение накопителя

ADVANCE 7,3 ; Передача по основному каналу

RELEASE OSN ; Освобождение основного устройства

TERMINATE 

 

 

MET1 SEIZE ZAP ; Занятие запасного канала

DEPART NAK ; Удаление сообщения из накопителя

ADVANCE 7,3 ; Передача по запасному каналу

RELEASE ZAP ; Освобождение зап. канала

TERMINATE  

 

GENERATE 200,35 ; Возникновение сбоя

FUNAVAIL OSN,CO ; Остановка основного канала

ADVANCE 2 

FAVAIL ZAP ; Включение зап. канала

ADVANCE 23,7 ; Основной канал восстанавливается 

FAVAIL OSN ; Включение основного канала

FUNAVAIL ZAP,CO ; Выключение зап. канала

TERMINATE

 

GENERATE 3600    ; Прокрутка модели в течении 1 часа

TERMINATE 1

 

 

 

6. Стандартный отчет GPSS

 

GPSS World Simulation Report - Курсач_Антон.2.1

 

 

                   Sunday, April 29, 2007 16:02:46 

 

           START TIME           END TIME  BLOCKS  FACILITIES  STORAGES

                0.000           3600.000    23        2          0

 

 

              NAME                       VALUE 

          MET1                            9.000

          NAK                         10000.000

          OSN                         10001.000

          ZAP                         10002.000

 

 

LABEL              LOC  BLOCK TYPE     ENTRY COUNT CURRENT COUNT RETRY

                    1    GENERATE           404             0       0

                    2    QUEUE              404             0      0

                    3    GATE               404             0       0

                    4    SEIZE              357             0       0

                    5    DEPART             357             0       0

                    6    ADVANCE           357             0       0

                    7    RELEASE            357             0       0

                    8    TERMINATE          357             0       0

MET1                9    SEIZE               47             0       0

                   10    DEPART              47             0       0

                   11    ADVANCE             47             0       0

                   12    RELEASE             47             0       0

                   13    TERMINATE           47             0       0

                   14    GENERATE            17             0       0

                   15    FUNAVAIL            17             0       0

                   16    ADVANCE             17             0       0

                   17    FAVAIL              17             0       0

                   18    ADVANCE             17             0       0

                   19    FAVAIL              17             0       0

                   20    FUNAVAIL            17             0       0

                   21    TERMINATE           17             0       0

                   22    GENERATE             1             0       0

                   23    TERMINATE            1             0       0

 

 

FACILITY         ENTRIES  UTIL.   AVE. TIME AVAIL. OWNER PEND INTER RETRY DELAY

OSN                357    0.699       7.045  1        0    0    0     0      0

ZAP                 47    0.090       6.884  0        0    0    0     0      0

 

 

QUEUE              MAX CONT. ENTRY ENTRY(0) AVE.CONT. AVE.TIME   AVE.(-0) RETRY

 NAK                 3    0    404    249     0.368      3.279      8.547   0

 

 

7. Аналитическая оценка характеристик функционирования модели

 

Исходя из данных по отчету, загрузка запасного канала составляет 9% и, следовательно, основного – 69,9%. Такой коэффициент загрузки запасного канала указывает на то, что число отказов основного канала передачи невелико. Общее количество сбоев – 17. За час работы модели на обработку поступило 404 сообщений. Количество сообщений, которые пришли в основной канал, насчитывается 357. Количество сообщений, которые пришли в запасной канал – 47.

Среднее время необходимое  для обработки каналами составляет порядка 7 секунд. Среднее время ожидания в очереди – около 3,279 секунд. Максимальное количество сообщений в очереди – 3.

 

8. Эксперименты с моделью

 

Анализируя данные по отчету, можно увидеть, что среднее  время ожидания сообщения в очереди составляет 3,279 секунд. Если уменьшить время восстановления основного канала с 23 ± 7 с до 10 ± 7 с, то среднее время ожидания сообщения в очереди будет составлять 1,88 с, т.е. снизится почти в два раза.

При изменении времени, которое необходимо для передачи сообщения по каналу, получаются следующие  результаты: при 20 ± 3 с число обработанных сообщений равно 393, при 5 ± 3 с – 400.

 

Заключение

 

 

Одним из наиболее эффективных  и распространенных языков моделирования  сложных дискретных систем является в настоящее время язык GPSS (General Purpose System Simulation). 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.

Главной задачей курсовой работы было построение модели, исходя из данных условий, в программной  среде GPSS. Также необходимо было проанализировать работу модели, найти недостатки и по возможности устранить их, что и было сделано.  В процессе эксперимента было установлено, что модель работает продуктивно – при данных параметрах происходит максимальная обработка сообщений. Единственную доработку, которую можно внести в модель,  снизить время восстановления основного канала и как следствие этого уменьшиться время простоя сообщения в очереди

 

 

Список используемых источников

 

 

1. Советов Б. Моделирование систем [Текст] : учебник  / Б.Я. Советов, С.А. Яковлев. - 3-е изд., перераб. и доп. - М. : Высш. шк., 2001. - 344 с. : ил.
2. Советов, Б. Я.Моделирование систем. Практикум [Текст] : учеб. пособие / Б.Я. Советов, С.А. Яковлев. - 2-е изд., перераб. и доп. - М. : Высш. шк., 2003. - 295 с. : ил.
3. Томашевский B.H., Жданова Е.Г. Имитационное моделирование средствами системы GPSS/PC: Учеб. пособие. – K.: I3MH, НТТУ КПИ, 1998.-123c.