Министерство образования Российской Федерации
Пензенский государственный университет
Кафедра «Вычислительная техника»
Пояснительная записка
по курсу «Методы моделирования»
на тему «Моделирование фрагмента вычислительной сети»
Выполнил:
Грушевский А.А.
Приняли:
Зинкин С.А.
Пенза 2018
Оглавление
Введение
1. Постановка задачи
2. Структурная схема модели и расчет времени
3. Описание разработки программы
3.1 Выбор языка программирования
3.2 Описание используемых операторов блоков и команд
3.3 Результаты моделирования
Заключение
Список литературы
Приложение
Введение
В настоящее время одним из главных процессов в разработке любого продукта в IT-сфере является моделирование. Издавна оно охватывало множество сфер жизни и применялось для разного рода исследований. Для исследователя важно изучение объектов познания на их моделях, составление и исследование моделей объектов, которые реально существуют, так же важны процессы и явления, изучение которых является целью объяснения или предсказания тех или иных явлений. Для этого и используется моделирование.
Под понятием модели понимают систему, изучение которой является средством для получения той или иной информации о иной системе. Или же моделью можно считать представление некоторого реального процесса, концепции или устройства.
В 1961 года сотрудник фирмы IBM Джефри Гордон разработал систему GPSS, которая в настоящее время изучается во многих учебных заведениях России и за рубежом.
В переводе с английского General Purpose Simulation System -- система моделирования общего назначения. Это такой язык моделирования, Который используется для имитационного моделирования различных систем. Но в основном GPSS задействуется в системах массового обслуживания.
Они широко используется для решения практических задач.
Динамический элемент модели - транзакт. Это такой абстрактный объект, который перемещается между статическими элементами, воспроизводя при этом различные события реального моделируемого объекта. В процессе работы модели накапливается статистика, которая автоматически выводится по завершении процесса моделирования. Статическими элементами модели являются источники транзактов, устройства, очереди и другие. Их расположение в модели определяется блоками.
Однако в программе на языке GPSS достаточно трудно представить непосредственно процессы обработки данных на уровне алгоритмов. Помимо этого, модель представляет из себя программу, а значит не имеет графической интерпретации. Это уже затрудняет сам процесс разработки и в целом снижает наглядность модели.
1. Постановка задачи
Заданная архитектура сети содержит узлы и каналы передачи данных. В ней передаются пакеты размером 64 Кбайта. При передаче данных происходит разбиение исходных сообщений на пакеты. Скорость передачи данных по каналу равна 2 Мбит/С. Необходимо с помощью имитационной модели рассчитать следующие характеристики вычислительной сети: задержку, длину очереди, загруженность узлов и каналов.
На рисунке 1.1 показана архитектура фрагмента сети.
Рисунок 1.1 - Архитектура фрагмента сети
2. Структурная схема модели и расчет времени
Структурная схема модели отображена на рисунке 2.1.
Рисунок 2.1 - Структурная схема модели
Транзакты в модели играют роль пакетов, передающих узлы между собой. Размер пакета - 64 КБайта, скорость передачи данных - 2 Мбита/С. 64 Кбайт - это 524288 бит, 2 Мбита - это 2097152 бит. При тривиальном делении пропускной способности на размер пакета получается, что максимально за одну секунду сеть может передать 4 пакета.
3. Описание разработки программы
3.1 Выбор языка программирования
Наиболее подходящим в написании данной курсовой работы является язык программирования GPSS World, который используется для построения событийных дискретных имитационных моделей и поведения экспериментов на ЭВМ.
Модели систем на GPSS имеют несколько вариантов записи: в виде блок-схем или в виде последовательности строк программы, эквивалентных блок-схеме. Блок-схема представляет собой набор фигур c характерными контурами блоков языка GPSS, соединенных между собою линиями. Блоки же являются подпрограммами, реализованными средствами макроассемблера. В разных версиях языка количество блоков для создания имитационных программ разное и составляет около 40. В язык моделирования GPSS включаются специальные средства для описания динамического поведения систем через изменение состояний в дискретные моменты времени, другими словами, время моделирования изменяется случайным образом от события к событию.
Система GPSS представляет собой язык и транслятор. Как каждый язык он содержит грамматику и словарь, c помощью которых разрабатываются модели систем определенного типа. Транслятор языка работает в две фазы. На первой фазе компиляции проверяется синтаксис и семантика написания строк самой GPSS-программы или всей программы в целом, а на второй (интерпретирующей) осуществляется продвижение транзактов по модели от одного блока к другому.
3.2 Описание используемых операторов блоков и команд
3.3 Результаты моделирования
В процессе курсовой работы была создана модель для симуляции соединения между устройствами, в которой использовалась коммутация пакетов. В приложении 1 показан листинг программы, а в приложении 2 отчёт о результатах её работы.
Рисунок 3.3.1 - Результат моделирования, гистограмма TAB1
Рисунок 3.3.2 - Результат моделирования, гистограмма TAB2
Рисунок 3.3.3 - Результат моделирования, гистограмма TAB3
Рисунок 3.3.4 - Результат моделирования, гистограмма TAB4
Рисунок 3.3.5 - Результат моделирования, гистограмма TAB5
Рисунок 3.3.6 - Результат моделирования, статистика по очередям
Рисунок 3.3.7 - Результат моделирования, график TAB1
Рисунок 3.3.8 - Результат моделирования, график TAB2
Рисунок 3.3.9 - Результат моделирования, график TAB3
Рисунок 3.3.10 - Результат моделирования, график TAB4
Рисунок 3.3.11 - Результат моделирования, график TAB5
Заключение
В настоящие дни программы имитационного моделирования продолжают непрерывно развиваться. При этом выделяются два основных их отличия от GPSS World. Первое - ни до сих пор ориентируются на визуальное программирование с помощью условных графических обозначений блоков, связей между ними. Второе - они базируются на универсальных языках программирования типа Java, Pascal и т.п. Это, с одной стороны, даёт возможность упростить моделирование, используя только графические объекты, а, с другой стороны, моделирование сложных моделей таким методом лишь усложняет программирование и их восприятие. Именно поэтому этот язык оказывается востребованным не только в учебном процессе, но и в профессиональной деятельности.
Язык GPSS создавался в результате раннего опыта, накопленного при разработке имитационных моделей (Gordon 1981). И в последующее время дальнейшая эволюция GPSS все больше основывалась на все более широком использовании опыта, совмещая это с извлечением выгоды из практических приложений. Классы GPSS и связанные с ними методы не манна небесная, а плод исследовательского духа. Наиболее важные классы объектов (транзакты) и другие классы объектов (например, устройства памяти и логические ключи) и их свойства (блоки) отображаются в языке имитационного моделирования элементами, которые используются в реальных вычислительных сетях и в других дискретных системах. В действительности GPSS приспосабливается так быстро и легко, так хорошо представляет реальные дискретные системы и сделан так рано (вовремя) в истории вычислительной техники и имитационного моделирования, что все это обусловило его долголетие. дискретный имитационный блок команда
1. Учебное руководство по системе GPSS World.
2. Бронов С.А. Имитационное моделирование. Учебное пособие. 2007г.
3. В. Томашевский, Е. Жданова. Имитационное моделирование в среде GPSS. 2003г.
4. Т.И. Алиев. Основы моделирования дискретных систем. Учебное пособие. 2009г.