Имитационное моделирование магистрали передачи данных

Прибор  в GPSS используют для моделирования  единственного устройства обслуживания. Прибор - это элемент системы, который может находиться в двух состояниях "свободно" и "занято". В состояние "занято" прибор переводится транзактом, поступившим в него. Все остальные транзакты, после этого поступившие к прибору, встают в очередь к нему, т. е. включаются в упорядоченный список, и ожидают освобождения прибора. Занявший прибор транзакт через некоторое время освобождает его (переводит в состояние "свободно"). Прибор занимается транзактом, стоящим первым в очереди, либо, если очередь пуста, остается в состоянии "свободно" до прихода следующего транзакта.

Два или  более находящихся рядом обслуживающих  устройства могут быть промоделированы  на GPSS двумя или более приборами, располагаемыми рядом, т. е. параллельно. Этими приборами могут быть, например, два парикмахера, работающих рядом. GPSS предоставляет для моделирования однородных (обладающих определенными общими свойствами) параллельных приборов специальное средство (или элемент). Для этого используют название "многоканальное устройство" (МКУ).

Многоканальное  устройство - это элемент системы, имеющий определенную емкость, которая измеряется целым положительным числом. Транзакт занимает какое-то количество каналов и, через некоторое время, освобождает их. Причем число освобождаемых каналов может отличаться от первоначально занятых. Как и в приборах, организуется очередь, если нет требуемого количества каналов.

В модели может быть несколько многоканальных устройств. Для того чтобы между  ними было различие, им можно давать имена. Условия использования имен такие же, как и в случае приборов и очередей. Число приборов, которое  моделируется каждым из многоканальных устройств, определяется разработчиком. Здесь употребляют термин "емкость  многоканального устройства". Емкость  многоканальных устройств определяется с помощью оператора STORAGE.

Очередь – это третий элемент системы, упорядоченный список транзактов к прибору или многоканальному устройству.

Приборы, многоканальные устройства и очереди  идентифицируются числовыми номерами или символьными именами. Под символьным именем в GPSS понимается последовательность от 3 до 5 символов, причем первые три символа обязательно латинские буквы.

Модель  на языке GPSS строится путем объединения  набора стандартных блоков в некоторую программу, определяющую логику функционирования исследуемой системы.

В языке  имеется более 40 блоков, каждый из которых  имеет определенное стилизованное обозначение и наименование, указывающее на функциональное назначение блока. Для детализации функций, выполняемых блоком, у каждого из них имеется набор параметров.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Глава 2. Разработка имитационной модели магистрали передачи данных

 

2.1. Постановка задачи

 

В данной курсовой работе нам нужно смоделировать работу магистрали передачи данных в течение 1 ч. Определить загрузку запасного канала, частоту отказов основного канала и количество прерванных сообщений.

Исходный текст задачи выглядит следующим образом:

Магистраль передачи данных состоит из двух каналов (основного  и резервного) и общего накопителя. При нормальной работе сообщения  передаются по основному каналу за 7±3с. В основном канале происходят сбои через интервалы времени 200±35с. После  восстановления резервный канал  выключается и основной канал  продолжает работу с очередного сообщения. Сообщения поступают через 9±4с  и остаются в накопителе до окончания  передачи. В случае сбоя передаваемое сообщение передаётся повторно по запасному  каналу.

 

2.2. Q-схема задачи

 

Прежде  чем начать моделирование системы  необходимо определиться с тем, какие  элементы входят в её состав, т.е. разбить  её на блоки. Согласно условию имеется:

1. Источник (И) – устройство из которого поступают сообщения.
2. Основной канал (К1) – служит для передачи сообщений
3. Резервный канал (К2) – предназначен для передачи сообщений в случае сбоя в основном канале.
4. Накопитель (Н) – предназначен для накопления полученных сообщений.

На первом этапе проведения моделирования  конкретного объекта (системы) на базе ЭВМ необходимо построить концептуальную, т.е. содержательную модель процесса функционирования этой системы, а затем провести её формализацию, перейти от словесного описания объекта моделирования к его имитационной модели. Наиболее ответственными моментами на этом этапе является упрощение описания системы, отделение собственно системы от внешней среды и выбор основного содержания модели путём отбрасывания всего второстепенного с точки зрения поставленной цели моделирования.

Итак, опираясь на словесное описание системы, можно  создать следующую структурную  схему в символике Q-схем (Рисунок 2.):

  

Рисунок 2. Структурная схема модели системы

 

2.3. Разработка имитационной модели

 

При грамотно составленной Q-схеме, можно приступить к программированию модели.

Источник  отправляет сообщения с определённым интервалом времени  по магистрали передачи данных. Первым делом сообщения  направляются в накопитель. Из накопителя сообщения направляются на главный  канал, где обрабатываются и выходят  из накопителя. На случай сбоя работы основного  канала, в системе присутствует резервный канал, который заменяет основной на время его восстановления.

Примем  за единицу модельного времени 1 секунду, следовательно, при моделировании 1 часа работы системы, время моделирования будет равно 3600 секунд. 

 

10   nakopitel storage 1000

15   ocher_osn_kanal equ 1

20   osn_kanal equ 1

25   ocher_rez_kanal equ 2

30   rez_kanal equ 2

35  SAVEVALUE SBOI,0

45   SAVEVALUE PRERV,0

50   GENERATE 9,4 ; поток данных

55   ENTER nakopitel ; занять накопитель

60   GATE FV osn_kanal,rezerv ; проверка доступности устройства

65   QUEUE ocher_osn_kanal ; занять очередь в основной канал

70   SEIZE osn_kanal ; занять основной канал

75   DEPART ocher_osn_kanal ; покинуть очередь в основной канал

80   ADVANCE 7,3 ; обслуживание

85   RELEASE osn_kanal ; освободить основной канал

90   LEAVE nakopitel ; освободить накопитель

95   TERMINATE 0 ; уничтожение транзакта

100   GENERATE 200,35 ; генерация сбоя

105   SAVEVALUE SBOI+,1 ; число сбоев

110   FUNAVAIL osn_kanal,RE,output ; основной канал недоступен

115   ADVANCE 23,7 ; ремонт основного канала

120   FAVAIL osn_kanal ; основной канал доступен

125   TERMINATE 0 ; уничтожение транзакта

130 rezerv QUEUE ocher_rez_kanal ; занять очередь в запасной канал

135   SEIZE rez_kanal ; занять запасной канал

140   DEPART ocher_rez_kanal ; освободить очередь в запасной канал

145   ADVANCE 7,3 ; передача сообщения

150   RELEASE rez_kanal ; освободить запасной канал

155   LEAVE nakopitel ; освободить накопитель

160   TERMINATE 0 ; уничтожение транзакта

165 output  SAVEVALUE PRERV+,1 ; число прерванных сообщений

170    TERMINATE ; уничтожение прерванных транзактов

175   GENERATE 3600

180   TERMINATE 1

185      START 1

Листинг 1.

Выделяем  память под накопитель равную 1000, далее  операторами SAVEVALUE обнуляются значения переменной SBOI и PRERV. Это необходимо, так как при объявлении переменных программа захватывает под них память, в которой может находиться «мусор». Это, в конечном счёте, может исказить значения искомых величин.

После этого  начинается генерация транзактов со средней частотой в 5 - 13 c. После чего транзакты попадают в накопитель (nakopitel).  Далее блок GATE проверяет доступность основного канала (osn_kanal), иначе отправляет транзакты на метку rezerv, где они попадают на резервный канал (rez_kanal). Транзакт, поступив в основной или резервный канал, попадает в очередь QUEUE и занимает канал. Далее блоком ADVANCE реализуем задержку, после чего освобождаем основной или резервный канал. Блоком TERMINATE уничтожаем транзакт.

Описание  генератора сбоев:

Генерация сбоев происходит с частотой 165 - 235с. Увеличим блоком SAVEVALUE  оператор SBOI  на 1. Проходя дальше, транзакт попадает на блок FUNAVAIL, который блокирует основной канал и отправляет прерванные сообщение на метку output, где блоком SAVEVALUE увеличиваем оператор PRERV на 1. Далее блок ADVANCE реализует задержку, имитирующую восстановление основного канала. После чего блок FAVAIL делает основной канал снова доступным.

Блок  GENERATE 3600 имитирует время работы магистрали передачи данных в течение 1 часа.

 

2.4. Анализ работы модели

 

Получение и интерпретация результатов  исследования – это третий этап моделирования, когда инструментальная ПЭВМ используется для проведения рабочих  расчётов по составленной и отлаженной программе. Результаты этих расчётов позволяют  провести анализ и сформулировать выводы о характеристиках процесса функционирования моделируемой системы. При реализации моделирующих алгоритмов на ПЭВМ вырабатывается информация о состояниях процесса функционирования исследуемой системы, которая является исходным материалом для приближённой оценки искомых характеристик, получаемых в результате имитационного эксперимента с моделью.

В результате моделирования были получены следующие  данные, которые приведены в стандартном отчете пакета GPSS_World (Приложение 1), по данным отчета можно сделать следующие выводы:

Первый  блок содержит общие сведения о модели и ее прогоне.

 

START TIME           END TIME  BLOCKS  FACILITIES  STORAGES

    0.000           3600.000    26        2          1

 

Из него можно  узнать следующее:

1. модельное время начала (START_TIME) - 0;
2. модельное время окончания (END_TIME) прогона - 3600;
3. количество блоков в модели (BLOCKS) - 26;
4. количество устройств (FACILITIES) - 2;
5. количество накопителей (STORAGES) - 1.

Второй  блок содержит сведения об устройствах модели.

 

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

OSN_KANAL       362  0.689       6.849  1      0    0    0     0      0

REZ_KANAL        38   0.076       7.165   1      0    0    0     0      0

 

По данному  отчету можно сказать следующее:

1. в исследуемой системе использованы два устройства с именами (FACILITY) OSN_KANAL, REZ_KANAL ;
2. устройства занимались (ENTRIES) 362 и 38 раз соответственно;
3. коэффициенты использования (UTIL.) составили  0,689 и 0,076 соответственно;
4. среднее время использования одного транзакта ( AVE._TIME) - 6,849 и 7,165 соответственно.

Третий  блок содержит сведения обо всех очередях, используемых в системе.

 

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

OCHER_OSN_KANAL    1    0    362    227     0.095      0.943      2.530   0

OCHER_REZ_KANAL    1    0     38     32     0.003      0.249      1.577   0

 

Из него можно  узнать следующее:

1. в исследуемой системе используются две очереди (QUEUE) OCHER_OSN_KANAL, OCHER_REZ_KANAL;
2. максимальное содержимое очереди (MAX)  - 1;
3. текущее содержимое очереди (на момент окончания моделирования)(CONT.) - 0;
4. общее количество входов транзактов в очередь(ENTRY) - 362 и 38 раз соответственно;
5. общее количество входов транзактов в очередь с нулевым временем ожидания(ENTRY(0)) - 227 и 32 раз соответственно;
6. среднее значение содержимого очереди(AVE.CONT) - 0.095 и 0.003 соответственно;
7. среднее время пребывания одного транзакта в очереди с учётом всех входов в очередь(AVE.TIME) - 0.943 и 0.249 соответственно;
8. среднее время пребывания одного транзакта в очереди без учёта «нулевых» входов в очередь(AVE.(-0)) - 2.530 и 1.577 соответственно.

Четвёртый блок содержит сведения о многоканальных устройствах, используемых в системе.

 

STORAGE          CAP. REM. MIN. MAX.  ENTRIES AVL.  AVE.C. UTIL. RETRY DELAY

NAKOPITEL        1000  984   0   17      400   1    7.966  0.008    0    0

По предоставленным  сведениям можно сказать следующее:

1. моделируемая система содержит один накопитель (STORAGE) с именем NAKOPITEL;
2. ёмкость устройства (CAP.) памяти равна 1000;
3. количество свободных каналов в момент завершения моделирования (REMAIN.) – 984;
4. наименьшее (MIN.) количество занятых каналов в процессе моделирования - 0;
5. наибольшее (MAX.) количество занятых каналов в процессе моделирования - 17;
6. количество занятий многоканальных устройств (ENTRIES) - 400 раз;
7. среднее количество занятых каналов (AVE.C.) - 7,966;
8. коэффициент использования (UTIL.) - 0,008.

Последний пятый блок содержит сведения о сохраняемых переменных.

 

SAVEVALUE               RETRY       VALUE

SBOI                     0         18.000