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

53 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

73412. Мир и события в лирике. «Лирический сюжет» 28 KB
  Хотя есть лирические стихотворения полностью лишенные внешних событий. Там описаны события внутреннего мира размышления; поэтому нет повода для внешних событий. Лирический сюжет Это не цепь жизненных событий это развитие мысли переживания которое дается в стихотворении.
73413. Лирический субъект 43.5 KB
  Начиная с эпохи романтизма когда лирика получила почетное место в системе родов сформировалась идея о том что лирический субъект если не равен автору то чрезвычайно к нему близок. Лирический субъект ≠ автору.
73414. Жанр и жанровые системы в литературе традиционного типа 38 KB
  Прозаические жанры находились на периферии человеческого сознания. Жанровые каноны Все жанры средневековой и древней литературы а также эпохи Возрождения образовывали жанровую систему которая членилась на подсистему: Самым главным признаком была иерархия жанров.
73415. Пространство и время в литературе 47 KB
  Пространство и время в литературе. Реальное время - это время за которое читается книга. Изображаемое время время в произведении. Были попытки сблизить время изображаемое и реальное.
73417. Повествование и его композиция (композиционно-речевые формы) 31 KB
  Организация повествования возникла давно на Западе. Она включает в себя: структуру повествовательного текста фигуру которая является источником повествования Повествование весь текст повествовательного произведения; весь текст за вычетом прямых речей.
73418. Образ повествователя и его историческая трансформация 41.5 KB
  Образ автора - автор создает повествователя который похож на автора. Повествователь Находится за пределами изображаемого мира Близок к автору По речевому строю По восприятию Близок к образу автора Главный признак повествователя: Вне изображаемого мира в отличие от рассказчика...
73419. Образ рассказчика 35.5 KB
  Образ автора – автор создает повествователя, который похож на автора. Рассказ, который ведется от 3-его лица, называется безличным. Повествователь находится вне изображаемого мира, а рассказчик – внутри него. Автор ближе к повествователю, а рассказчик – к герою.
73420. Художественная речь. Поэтический язык 38.5 KB
  На такие вопросы как чем вызывается эстетический эффект чем обусловлена художественность речи пытаются ответить теоретики начиная с античности. Русская литературная теория занимается вопросом художественной речи чем обусловлена эта художественность.