Моделирование вычислительной сети

Содержание 

Введение            4

1 Описание  моделируемой системы и задание  на моделирование   6

2 Структурная  схема модели системы       8

3 Результат  работы модели                 16

4 Эксперимент  пользователя                17

5 Расчет статистических  показателей              26

Заключение                  30

Список использованной литературы              31

Приложение А                  32

Приложение Б                  38 
 

 

      Введение 

       Модель — способ замещения реального объекта, используемый для его изучения. Модель вместо исходного объекта используется в случаях, когда эксперимент опасен, дорог, происходит в неудобном масштабе пространства и времени (долговременен, слишком кратковременен, протяжен), невозможен, неповторим, ненагляден и т. д. Процесс моделирования есть процесс перехода из реальной области в виртуальную (модельную) посредством формализации, далее происходит изучение модели (собственно моделирование) и, наконец, интерпретация результатов как обратный переход из виртуальной области в реальную. Этот путь заменяет прямое исследование объекта в реальной области, то есть лобовое или интуитивное решение задачи. 

       Сегодня наблюдается повсеместное и всё ускоряющееся усложнение и увеличение всевозможных систем, охватывающих все сферы жизнедеятельности человека.  Проведение экспериментов над ними часто весьма дорогостояще, часто вообще невозможно. В то же время нельзя мириться с убытками, наносимыми ошибками в планировании. Для подобных случаев и предназначаются такие дисциплины, как моделирование систем, и языки программирования, как GPSS, позволяющие с определённой вероятностью проанализировать поведение системы с заданными показателями. Для этого необходимо корректно отразить в программе структуру исследуемой системы, а также её временные показатели. Наиболее проработанной областью для GPSS являются различные системы массового обслуживания – заводы, магазины, склады. Использование моделирования позволяет оптимизировать работу системы без проведения реальных экспериментов.

       Целью данного курсового проекта является построение имитационной модели вычислительной сети и определение её оптимальных критериев для минимизации убытков. Исходя из этого, можно выделить следующие задачи:

1. Построение имитационной модели предприятия;
2. Проведение имитационных экспериментов и сбор статистики;
3. Анализ полученных данных, выводы о результатах моделирования.

       Для достижения поставленной цели используется система имитационного моделирования  GPSS.

         

 

1 Описание моделируемой  системы и задание  на моделирование 

       Система обработки информации содержит мультиплексный канал и N мини-ЭВМ. На вход канала через интервалы времени T₁ микросекунд поступают сообщения от датчиков. В канале они буферизируются и предварительно обрабатываются на протяжении Т₂ микросекунд. Потом сообщения поступают на обработку в ту мини-ЭВМ, которая имеет наименьшую длину входной очереди. Емкости входных накопителей всех мини-ЭВМ рассчитаны на хранение пяти сообщений. Если в момент прихода сообщения входные накопители всех мини-ЭВМ полностью заполнены, то сообщение получает отказ. Время обработки сообщения во всех мини-ЭВМ равно T₃ микросекунд.

       Есть  две возможности уменьшения числа  сообщений, получающих отказ:

• увеличение емкости входных накопителей ЭВМ;
• ускорение обработки сообщений в ЭВМ при достижении суммы 
  длин очередей во всех ЭВМ некоторого порогового значения 
  (авральный режим).

       Увеличение  на единицу емкости входного накопителя требует S₁ единиц стоимости на каждое сообщение.

       Переключение  ЭВМ в авральный режим происходит тогда, кода суммарное количество сообщений во входных накопителях всех мини-ЭВМ достигает значения 3N. В этом случае все мини-ЭВМ уменьшают время обработки сообщения на k (k <T₃) микросекунд, что требует k ´ S₂ единиц стоимости на каждое сообщение. Все мини-ЭВМ в авральный режим переводятся одновременно.

       Убытки  за каждое сообщение, которому отказано в обработке, оставляют S₃ единиц стоимости, единица времени работы одной ЭВМ в авральном режиме обходится в S₄ единиц стоимости.

       Определить, при каких емкостях входных накопителей и авральной скорости обработки сообщений достигается минимум суммарных затрат (убытков от отказов сообщениям в обслуживании, затрат на увеличение емкости входных накопителей и затрат на поддержку аврального режима).

       Варианты  заданий приведены в таблице 1. 

       Таблица 1 – Исходные данные

 
 
 

 

2 Структурная схема  модели системы 

       Описанная система представляет собой систему массового обслуживания с неограниченным потоком заявок, а происходящие в ней процессы – по сути своей процессы обслуживания. Поэтому для наглядного представления структуры системы была построена Q–схема, представленная на рисунке 1. 

Рисунок 1 - Q-схема системы массового обслуживания 

       BUFF – накопитель мультиплексного канала;

       MCH – мультиплексный канал, в котором происходит буферизация поступающих сообщений;

       MIN – выбор наименьшей очереди;

       Q=N – проверка заполнения накопителя ЭВМ. Если накопитель заполнен, сообщение теряется;

       1..n – входные накопители мини-ЭВМ;

       EVM1..EVMn – мини-ЭВМ, обрабатывающие сообщения;

         Сообщения поступают в канал с частотой T₁ микросекунд. Сначала поступающие сообщения попадают в накопитель мультиплексного канала. Если накопитель пуст и канал не занят, сообщение обрабатывается в нём T₂ микросекунд. Затем выбирается мини-ЭВМ с наименьшей длиной очереди входного накопителя. Если её накопитель заполнен, то сообщение удаляется из системы и теряется S₃ единиц стоимости, иначе сообщение становится в очередь. Затем проверяется, не достигло ли суммарное количество сообщений в накопителях 3N. Если нет, то все мини-ЭВМ обрабатывают сообщения с одинаковой скоростью T₃ микросекунд. Иначе включается авральный режим - все мини-ЭВМ уменьшают время обработки сообщения на k микросекунд, что требует k* S₂ единиц стоимости на каждое сообщение и S₄ – за микросекунду работы аврального режима. Также возможно увеличение ёмкости входных накопителей всех мини-ЭВМ, что требует S₁ единиц стоимости за увеличение ёмкости на 1.

       Так как нам необходимо отслеживать  суммарные затраты, складывающиеся из убытков от отказов сообщениям в обслуживании, затрат на увеличение емкости входных накопителей и затрат на поддержку аврального режима, нам потребуются величины:

1. Ёмкость входного накопителя мини-ЭВМ;
2. Количество обработанных сообщений;
3. Количество сообщений, обработанных в авральном режиме;
4. Суммарное время действия аврального режима;
5. Количество потерянных сообщений.

     В модели необходимо реализовать:

1. Задание исходных данных;
2. Сегмент имитации буферизации и предварительной обработки;
3. Сегмент имитации выбора наименьшей очереди и её проверки;
4. Сегмент имитации штатной обработки ЭВМ;
5. Сегмент имитации авральной обработки ЭВМ;
6. Сегмент учёта потерянных сообщений;
7. Сегмент задания времени моделирования и расчёта результатов.

     Исходя  из необходимости исследования приведённых  выше величин, дадим описание основной программе.

     Сегмент буферизации тривиален и будет  реализован с помощью одного устройства и одной очереди.

     Далее необходимо выбрать наименьшую очередь – для этого используем оператор SELECT, который ищет минимальную очередь, записывая её № в параметр EVM.

     Затем длина очереди сравнивается с максимальной ёмкостью накопителя Ncapacity. Если они равны, значит все накопители заполнены и сообщение переходит в сегмент учёта потерянных сообщений GOOUT.

     Иначе увеличивается сохраняемая величина ALLENTERS, отвечающая за учёт всех обработанных сообщений. Сообщение поступает в накопитель выбранной ЭВМ. Этот факт также отражается в занятии сообщением места в общей очереди MAINSTREAM, представляющей собой сумму очередей всех накопителей. Производится сравнение её длины и величины 3N. Если очередь меньше, сообщение обрабатывается в штатном режиме. В противном случае система переходит в авральный режим AVRALMODE.

     Штатный режим обработки реализуется  также, как и буферизация, но с  использованием двух очередей.

     Авральный режим аналогичен штатному, но изменяется время обработки и учитывается  количество обработанных сообщений  AVRCOUNT и общее время работы режима AVRTIME.

     

     Рисунок 2 – Сегмент буферизации и предварительной обработки 

     При поступлении сообщение становится в очередь BUF. Если устройство M свободно, производится буферизация.

     

     Рисунок 3 – Сегмент выбора наименьшей очереди и её проверки 

     Выбирается  мини-ЭВМ с наименьшей длиной очереди с помощью блока SELECT. Если её накопитель заполнен, то сообщение удаляется из системы и теряется S₃ единиц стоимости, иначе сообщение становится в очереди P$EVM и MS. Затем проверяется, не достигло ли суммарное количество сообщений в накопителях 3N. Если очередь меньше, сообщение обрабатывается в штатном режиме. В противном случае система переходит в авральный режим AVRALMODE.  

     

     Рисунок 4 – Сегмент штатной обработки