99312

Моделирование магистрали передачи данных

Курсовая

Информатика, кибернетика и программирование

Восстановление основного канала занимает.. Определить загрузку запасного канала число отказов основного канала и число прерванных сообщений. Устройства в которых производится обслуживание транзактов называются обслуживающими аппаратами ОА или каналами. Время восстановления основного канала..

Русский

2016-09-07

195 KB

11 чел.

АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

РЯЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ РАДИОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

КАФЕДРА САПР

П О Я С Н И Т Е Л Ь Н А Я  З А П И С К А

К КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ

 

ПО ДИСЦИПЛИНЕ

«Программные средства моделирования в САПР»

на тему

МОДЕЛИРОВАНИЕ МАГИСТРАЛИ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ

   

                                                                                                          Выполнила:  

                                                                                                              ст. гр.447

                                                                                                         Фокина А.А.

                                                                                                      Проверил:

                                                                                                           Скворцов С.В.

Рязань, 2008

          Содержание:

Бланк задания……………………………………………………………….....3

Введение………………………………………………………………………..4

  1.  Построение структурной схемы модели…………………………………...5

  1.  Описание сети в виде системы массового обслуживания………………..6

  1.  Формализация и алгоритмизация модели .………………………………...7

 

  1.  Имитационный эксперимент………………………………………………..8

4.1. Текст программы с комментариями………………………………….....10

4.2. Листинг результатов моделирования………………………...................11

4.3 Описание используемых блоков…………………………………………12

     5. Заключение (выводы)………………………………………………............14

Библиографический список……………………………………………..........16

Исходные данные

(вариант 26)

Магистраль передачи данных состоит из 2 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 170+30 с. Если сбой происходит во время передачи данных,  то за 2 с запускается резервный канал, который передает прерванное сообщение с самого начала, т.е. из исходного накопителя. Восстановление основного канала занимает 20+7 с. После восстановления резервный канал отключается , а основной канал продолжает работу с очередного сообщения.  Сообщения поступают на магистраль через 8+4 с и хранятся в накопителе до окончания передачи по каналу. В случае сбоя, передаваемое сообщение пересылается повторно по резервному каналу.

Смоделировать работу магистрали передачи данных в течении 2 часов. Определить загрузку запасного канала, число отказов основного канала и число прерванных сообщений. Определить функцию распределения времени передачи сообщений по магистрали  и снять зависимость величины необходимого для бесперебойной работы объема накопителя от времени работы магистрали.  

Введение

В настоящее время использование современных компьютеров является мощным средством реализации имитационных моделей в САПР вычислительных средств. Для того, чтобы реализовать имитационную модель  сложной системы в составе САПР требуются  специальные  средства  автоматизации  моделирования,  в  состав  которых  обычно входят  язык  описания  объектов  моделирования,  средства  обработка  языковых  конструкций   (компилятор  или интерпретатор ),  система  организации  имитационного  процесса  во  времени.

  Применение  универсальных  языков  программирования  в  имитационном  моделировании  вычислительных  систем  позволяет  достигнуть  гибкости  при  разработке,  отладке  и  испытании модели.  Однако  при  этом  затрачиваются  большие  усилия  на  программирование,  так  как  моделирование  элементов  вычислительных  систем,  отсчёт  модельного  времени,  управление  и  контроль  процесса  моделирования  существенно  усложняются.  Поэтому  целесообразно  применять  специализированные  средства  имитационного  моделирования,  которые  имеют  следующие  преимущества  перед  универсальными  языками:   

- существенно  меньшие  затраты  времени  на  программирование;

- возможность  предварительной  разработки  набора  стандартных  компонент  имитационных  моделей  для  заданного  класса  объектов;

- удобство  описания  моделей,  а  также  представления  входных  и  выходных  данных;

- автоматическое  формирование  необходимых  типов  данных  и  распределение  памяти  в  процессе  имитационного  эксперимента  и  т.д.

Одним из таких специализированных и эффективных средств имитационного моделирования и исследования сложных техническим систем является GPSS ( GENERAL  PURPOSE  SIMULATION  SYSTEM ). Это универсальная  система  имитационного  моделирования  дискретных  объектов  и  процессов  и  одноимённый  входной  язык,  предназначенные   для  построения  моделей  и  проведения   вычислительного  эксперимента.  Язык  GPSS  ориентирован  на  класс  объектов,  которые  можно  представить  в  виде  систем  массового  обслуживания.  В  него  входят  специальные  средства,  позволяющие  описывать  поведение  исследуемых  систем  в  динамике.

Целью данной курсовой работы является изучение и освоение навык создания имитационных моделей систем массового обслуживания на ЭВМ с помощью специального языка моделирования GPSS , который позволяет при моделировании на ЭВМ проводить всего за несколько секунд реального времени эксперименты, отнимающие недели, месяцы и даже годы модельного времени.

1. Построение структурной схемы модели

В нашем случае имеется магистраль передачи данных от удаленного объекта, состоящая из:

- общего накопителя системы;

- 2-х каналов – основного и резервного.

Основной канал

 

                                           

        Резервный канал

     

Рис.1 Структурная схема модели

2. Описание сети в виде системы массового обслуживания

При решении задач моделирования с помощью СМО процесс анализа связан с исследованием прохождения через эти системы заявок (транзактов). Все транзакты являются случайными процессами и при моделировании СМО могут быть известны лишь законы распределения и числовые характеристики этих случайных распределений, т.е. СМО носит статистический характер.

Устройства, в которых производится обслуживание транзактов, называются обслуживающими аппаратами (ОА) или каналами. ОА в совокупности образуют статические объекты. Транзакты являются динамическими объектами. ОА (каналы) описываются в СМО с помощью булевых переменных: «свободно» или «занято» («1» или «0»).

В процессе работы СМО могут возникать очереди. Количество очередей может быть бесконечно или с ограничением. Правила, согласно которым заявки выбираются из очереди, называются дисциплиной обслуживания. Величина, выражающая преимущество на право обслуживания называется приоритетом.

В соответствии с полученной структурной схемой модели, представим её в виде СМО. В нашей модели роль сообщений выполняют транзакты (динамические объекты), поступающие в модель каждые 8+4 с. Приоритет этих транзактов, одинаков (они поступают с равной вероятностью). В качестве каналов: К1, К2 выступает ОА типа прибор (FACILITY); в качестве общего накопителя магистрали: O4ERED – ОА типа очередь (QUEUE). За единицу модельного времени принята 1 с.

Передача сообщений из общего накопителя осуществляется по основному каналу за время 7+3 с. В основном канале происходят сбои через 170+30 с . Тогда через время ожидания 2 с подключается резервный канал, по которому сообщение передается заново. Время восстановления основного канала 20+7 с.

 

                                                                                                                                                                   

 8+4 c

                             tож=2c

Рис. 2. Модель в виде СМО

И  - источник заявок;                  

O4ERED – общий накопитель системы;

К1 – основной канал;

К2 – резервный канал;

T1=170+30с – время  отказа основного канала;

T2=20+7с – время восстановления основного канала;

Tож=2c – время подключения резервного канала.

3. Формализация и алгоритмизация задачи

 3.1 Алгоритм обработки транзактов

  1.  Вход транзакта в модель;
  2.  Вход в очередь (O4ERED);
  3.  Занятие первого канала (К1) для обработки;
  4.  Проверка условия: возник сбой? Если ДА, то переход к п.3; НЕТ – к п.5
  5.  Обработка транзакта за время 4 – 10  с;
  6.  Проверка условия: возник сбой? Если ДА, то переход к п.10; НЕТ – к п.7
  7.  Освобождение первого канала (К1);
  8.  Выход из очереди (O4ERED);
  9.  Удаление транзактов.

  1.  Восстановление основного канала за время 13 – 27 с;
  2.  Время ожидания подключения резервного канала 2 с;
  3.   Занятие второго канала (К2) для обработки;
  4.  Обработка транзакта за время 4 – 10  с;
  5.  Освобождение второго канала (К2);
  6.   Переход к п.7

3.2  Блок-схема программы

  

                    

да нет

 

         

да нет

         

       

      Рис. 3. Блок-схема алгоритма             

Проверка на сбой осуществляется следующим образом:

        

        

Рис. 4. Блок-схема алгоритма проверки на сбой

4. Имитационный эксперимент

4.1 Текст программы

WAITTAIM QTABLE O4ERED,4,2,24 

;задает таблицу распределения времени передачи сообщения по магистрали

GENERATE 8,4        ;генерация транзактов( сообщений)

QUEUE O4ERED        ;вход в очередь

SEIZE K1            ;занятие первого канала (основного)

ADVANCE 7,3         ;задержка на 4 - 10 с

RELEASE K1          ;освобождение первого канала

DEPART O4ERED       ;выход из очереди

TERMINATE 0         ;удаление транзактов из системы

GENERATE 170,30     ;генерация транзактов (обеспечивают сбой)

PREEMPT K1,,L1,,RE  ;захват первого канала

ADVANCE 20,7        ;задержка на 13 - 27 с

RETURN K1           ;возвращение первого канала

TERMINATE 0         ;удаление транзактов из системы

GENERATE ,,,0       ;генерация транзактов (нулевых)

L1 ADVANCE 2     ;задержка подключения второго канала

  SEIZE K2        ;занятие второго канала (резервного)

  ADVANCE 7,3      ;задержка на 4 - 10 с

  RELEASE K2       ;освобождение первого канала

TERMINATE 0         ;удаление транзактов из системы

GENERATE 7200       ;генерирует транзакты каждые 7200 с ( 2 часа)

TERMINATE 1         ;удаление транзактов из системы и уменьшение ССМ на 1

START 1             ;установка нач. значения счётчика моделирования (1)

4.2 Листинг результатов моделирования

GPSS World Simulation Report - МОЯ.70.1

                  Tuesday, April 22, 2008 02:58:55  

          START TIME           END TIME  BLOCKS  FACILITIES  STORAGES

               0.000           7200.000    20        2          0

             NAME                       VALUE  

         K1                          10002.000

         K2                          10003.000

         L1                             14.000

         O4ERED                      10001.000

         WAITTAIM                    10000.000

LABEL              LOC  BLOCK TYPE     ENTRY COUNT CURRENT COUNT RETRY

                   1    GENERATE           892             0       0

                   2    QUEUE              892             1       0

                   3    SEIZE              891             0       0

                   4    ADVANCE            891             1       0

                   5    RELEASE            852             0       0

                   6    DEPART             852             0       0

                   7    TERMINATE          852             0       0

                   8    GENERATE            42             0       0

                   9    PREEMPT             42             0       0

                  10    ADVANCE             42             0       0

                  11    RETURN              42             0       0

                  12    TERMINATE           42             0       0

                  13    GENERATE             0             0       0

L1                 14    ADVANCE             38             0       0

                  15    SEIZE               38             0       0

                  16    ADVANCE             38             0       0

                  17    RELEASE             38             0       0

                  18    TERMINATE           38             0       0

                  19    GENERATE             1             0       0

                  20    TERMINATE            1             0       0

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

K1                 933    0.950       7.331  1      935    0    0     0      1

K2                  38    0.036       6.850  1        0    0    0     0      0

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

O4ERED             41   40    892      0    20.089    162.155    162.155   0

TABLE              MEAN    STD.DEV.       RANGE           RETRY FREQUENCY CUM.%

WAITTAIM         17.471    9.462                           0

                                  4.000  -        6.000            58     6.81

                                  6.000  -        8.000            81    16.31

                                  8.000  -       10.000           111    29.34

                                 10.000  -       12.000            76    38.26

                                 12.000  -       14.000            61    45.42

                                 14.000  -       16.000            47    50.94

                                 16.000  -       18.000            47    56.46

                                 18.000  -       20.000            47    61.97

                                 20.000  -       22.000            47    67.49

                                 22.000  -       24.000            49    73.24

                                 24.000  -       26.000            49    78.99

                                 26.000  -       28.000            51    84.98

                                 28.000  -       30.000            39    89.55

                                 30.000  -       32.000            25    92.49

                                 32.000  -       34.000            13    94.01

                                 34.000  -       36.000            19    96.24

                                 36.000  -       38.000             7    97.07

                                 38.000  -       40.000             9    98.12

                                 40.000  -       42.000             7    98.94

                                 42.000  -       44.000             3    99.30

                                 44.000  -       46.000             1    99.41

                                 46.000  -       48.000             4    99.88

                                 48.000  -  _                       1   100.00

4.3 Описание используемых блоков

  •  Так как нам надо смоделировать поведение системы на протяжении 2 часов. То вводим в модель таймер-сегмент, состоящий из двух блоков:

GЕNЕRАТЕ    7200

ТЕRМINATE  1

Во всех других блоках ТЕRМINATE в модели использовать значение операнда А по умолчанию (А = 0). Это означает, что прекращение моделирования, определяемое счетчиком завершения, не будет зависеть от других блоков ТЕRМINATE.

В команде SТАRТ операнд А должен равняться единице. Таким образом, в процессе моделирования завершение движения транзактов в других блоках ТЕRМINATE не влияет на счетчик завершения. В момент времени 7200 транзакт выйдет из блока GЕNЕRАТЕ и сразу же перейдет в блок ТЕRМINATE. Счетчик завершения уменьшится на единицу, и интерпретатор завершит моделирование.

  •  Блок GЕNЕRАТЕ (ГЕНЕРИРОВАТЬ) – это блок, через который транзакты входят в модель. Не существует ограничений на количество разных блоков GЕNЕRАТЕ в одной модели.

Когда транзакт входит в модель через блок GЕNЕRАТЕ, интерпретатор планирует время поступления следующего транзакта путем розыгрыша случайного числа с соответствующим распределением интервалов поступления на время, равное текущему значению ЧАСОВ плюс разыгранное значение. При достижении этого значения модельного времени следующий танзакт вводится в модель через блок GЕNЕRАТЕ и т.д.

Необходимо задать функцию распределения интервалов поступления транзактов в блоке GЕNЕRАТЕ.

GЕNЕRАТЕ   [А],[В],_,[D]

Значение операндов:

         А – среднее значение интервала поступления;

В – величина разброса возможных значений относительно среднего значения. (Если операнд В не задается, то интервал времени поступления – детерминированная величина);

D – ограничитель общего числа транзактов, которое может войти в модель через данный блок GЕNЕRАТЕ на протяжении времени моделирования.

Например задание равномерного закона распределения:

GЕNЕRАТЕ 8,4

Операнды: А =8, В = 4. Интервал времени поступления является случайным числом со средним значением 8 и полем допуска 4.

  •  Пара блоков SEIZE (ЗАНЯТЬ) и RЕLЕАSЕ (ОСВОБОДИТЬ).

SEIZE       К1

RЕLЕАSЕ  К1

Этот блок имеет следующие свойства:

1. Если в текущий момент времени устройство используется, то транзакт не может войти в блок и должен ожидать своей очереди.

2. Если устройство свободно, транзакт может войти в блок. Вход транзакта в блок вызывает выполнение подпрограммы обработки этого блока. Состояние устройства изменяется со СВОБОДНОЕ на ЗАНЯТОЕ.

Предназначением блока RELEASE является изменение состояния ранее занятого устройства с ЗАНЯТОГО на СВОБОДНОЕ.

  •  Перевод с английского языка блока АDVANCE (ЗАДЕРЖАТЬ)

– продвигать, а не задерживать. Этот блок действительно продвигает ЧАСЫ модельного времени на некоторое значение, но фактически он осуществляет задержку продвижения транзакта в течение некоторого интервала времени. Обычно этот интервал задается случайной величиной. Например

АDVANCE    7,3

Время задержки транзакта в этом блоке – случайная величина, равномерно распределенная на интервале [4, 10].

  •  Система моделирования GPSS обеспечивает возможность сбора статистики с помощью такого средства, как регистратор очереди. При использовании регистратора очереди в тех точках модели, где число ресурсов ограничено, интерпретатор автоматически начинает собирать различную информацию об ожидании с помощью СЧА.

Разработчик вносит регистратор очереди в модель с помощью пары взаимодополняющих блоков:

QUEUE     O4ERED      

DEPART      O4ERED

  •  Так как у нас по заданию дано что основной канал имеет сбои, то такую ситуацию можно смоделировать, считая, что отказ оборудования представляет собой транзакт, приоритет которого выше, чем у транзакта, обрабатываемого основным каналом. В этом случае более приоритетный транзакт должен прервать обслуживание менее приоритетного транзакта, т.е. выгрузить его из устройства. Отсюда понятен дословный перевод с английского слова рreempt выгрузить, но с точки зрения работы одноканальной СМО принято использовать термин ЗАХВАТИТЬ устройство. Для организации обслуживания в устройстве с прерываниями используют пару блоков РRЕЕМРТ (ЗАХВАТИТЬ) – RETURN (ВЕРНУТЬ).

              PREEMPT K1,,L1,,RE  

Операнд К1 определяет имя устройства, на котором генерируется прерывание.   

Операнд L1 задает имя блока (метка), в который в этот же момент времени должен попытаться войти прерванный транзакт. Прерванный транзакт теряет управление устройством, и не претендует на право его использования, так как задан операнд RE -  задает режим удаления.

Блок RETURN К1 предназначен для освобождения ранее захваченного устройства.

5. Заключение

В процессе имитационного эксперимента в массиве параметров накапливаются статистические данные о процессах в СМО, по которым вычисляются выходные параметры моделируемой системы.

В заключении приведём анализы файлов отчёта, содержащих всю необходимую информацию о результатах моделирования и статистические данные о работе всех узлов схемы.

1. Сначала определим функцию распределения времени передачи сообщений по магистрали (рис.5)

Рис.5 Функцию распределения времени передачи сообщений по магистрали

2. Основные данные о работе очереди:

  •  максимальное содержимое (MAXIMUM CONTENT):  41 транзактов;
  •  среднее содержимое (AVERAGE CONTENT):   20,089 транзакта;
  •  среднее время пребывания в очереди (AVERAGE TIME/TR): 162,155 с;

Зависимость величины обьема накопителя от времени работы магистрали представлена на рис.6

Рис.6

3. Загрузка запасного канала (UTIL.) – коэффициент использования =0,036

   Число отказов основного канала (ENTRIES(К1)- ENTRY COUNT(SEIZE К1)) = 933-891= 42.

   Число прерванных сообщений (ENTRIES(К2))= 38.

Библиографический список

  1.  С.В Скворцов, И.А. Телков. Учебное пособие “Языки моделирования в САПР ВС”. Рязань, 1992.

  1.  Описание структур вычислительных систем на языке GPSS: Методические указания к лабораторным работам/ РГРТА. Сост.: С.В. Скворцов, И.А. Телков, В.И. Хрюкин. Рязань, 1999

  1.  Избранные страницы из книги В.Н. Томашевского и Е.Г. Ждановой. Имитационное моделирование в среде GPSSМ.: Бестселлер, 2003. 416 с. Подготовил: проф. каф. САПР ВС РГРТУ А.П. Шибанов

4.   Кудрявцев Е.М. GPSS World. Основы имитационного моделирования различных систем. М.- 2004г.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

33488. Змішана форма вини 28.5 KB
  До таких злочинів належать наприклад порушення вимог законодавства про охорону праці якщо воно спричинило загибель людей або інші тяжкі наслідки ч. 286; порушення чинних на транспорті правил що убезпечують рух якщо це спричинило загибель людей або інші тяжкі наслідки ст. 291; незаконне перевезення на повітряному судні вибухових або легкозаймистих речовин що спричинило загибель людей чи інші тяжкі наслідки ч. У другій групі злочинів складність об'єктивної сторони полягає в тому що передбачене законом умисне діяння спричиняє два...
33489. Помилка в кримінальному праві 27 KB
  Юридична помилка полягає в неправильному уявленні особи про юридичні властивості вчиненого, його правову характеристику
33490. Класифікація злочинів 27.5 KB
  Формальний критерій певний вид і розмір покарання типовий такий що найбільш повно відображає тяжкість конкретної групи категорії злочинів. Так для злочинів невеликої тяжкості закон передбачає як граничний критерій покарання у виді позбавлення волі на строк не більше двох років або інше більш м'яке покарання; для злочинів середньої тяжкості покарання у виді позбавлення волі на строк не більше п'яти років; для тяжких злочинів покарання у виді позбавлення волі на строк не більше десяти років а для особливо тяжких покарання у...
33491. Кримінальна відповідальність 31 KB
  Кримінальній відповідальності підлягає лише особа винна у вчинені злочину або така що умисно або з необережності вчинила передбачене кримінальним законом суспільне небезпечне діяння ч. Ознаки кримінальної відповідальності: 1 це особливий елемент у механізмі кримінальноправового регулювання в межах якого здійснюється реагування держави на вчинений особою злочин; 2 офіційна оцінка поведінки особи як злочину а її самої як злочинця може здійснюватись лише судом в обвинувальному вироку ч. Кримінальну правовідносини що знаменує собою...
33492. Наука кримінального права 30 KB
  Науку кримінального права як систему кримінальноправових поглядів ідей уявлень і понять слід відрізняти від кримінального права як системи сукупності юридичних норм галузі права. Саме наука кримінального права вивчаючи кримінальне законодавство з'ясовуючи його соціальне призначення характер усіх його інститутів їх ефективність виявляє практичне значення кожної норми прогалини в правовому регулюванні досліджує проблеми вдосконалення кримінальноправових норм. Предметом науки кримінального права є такі соціальні явища як злочин і...
33493. Незакінчений злочин 32 KB
  Незакінченим злочином є готування до злочину та замах на злочин ч. У літературі незакінчений злочин нерідко називають: попередньою злочинною діяльністю розпочатим незавершеним злочином невдалою діяльністю у вчиненні злочину. Незакінчений злочин готування до злочину і замах на злочин це не здійснена можливість завдання шкоди об'єкту посягання.
33494. Необхідна оборона 27.5 KB
  підстава необхідної оборони складається з двох елементів а саме: 1 суспільно небезпечного посягання і 2 необхідності е його негайному відверненні чи припиненні Ознаки необхідної оборони визначені в ст. 36 КК характеризують: 1 мету оборони; 2 спрямованість об'єкт заподіяння шкоди; 3 характер дій того хто захищається; 4 своєчасність і 5 співрозмірність оборони. Мета необхідної оборони. 36 КК метою необхідної оборони є захист охоронюваних законом прав та інтересів особи яка захищається або іншої особи а також суспільних...
33495. Обєкт злочину 44 KB
  Об‘єкт як елемент складу злочину – це цінності що охороняються кримінальним законом проти яких спрямоване злочинне діяння і яким воно може заподіяти або спричинити шкоду. Структура об‘єкта злочину та функціональне значення його компонентів: Охоронювані кримінальним законом цінності: 1.ПредметиНа що діє суб‘єкт злочину посягаючи на блага.
33496. Обєктивна сторона 30 KB
  Обєктивна сторона злочину — це зовнішня сторона (зовнішнє вираження) злочину, що характеризується суспільна небезпечним діянням (дією чи бездіяльністю), суспільна небезпечними наслідками, причинним