Имитационная модель на языке gpss/h системы передачи данных

 

Министерство образования и  науки Российской федерации

ФГАОУ ВПО «Уральский федеральный  университет имени первого 

Президента России Б.Н. Ельцина»

ИРИТ-РТФ

Кафедра автоматики и информационных технологий

 

 

 

 

Оценка работы: _______________

 

Члены комиссии: _______________

 

 

 

 

 

 

 

 

ИМИТАЦИОННАЯ  МОДЕЛЬ НА ЯЗЫКЕ GPSS/H СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ

Курсовой проект по дисциплине “Моделирование” 

Задание №4

Пояснительная записка

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Руководитель:                               доцент Барышников Ю.А. _____________

 

Студент гр. РИ-480203:             Лаздовская Т.Е.                

 

     __________     __________

^{(подпись)                  (дата сдачи)}

 

 

 

 

2012 
СОДЕРЖАНИЕ

 

1 ОПИСАТЕЛЬНО-СОДЕРЖАТЕЛЬНАЯ МОДЕЛЬ СИСТЕМЫ И ЦЕЛИ МОДЕЛИРОВАНИЯ 3

2 КОНЦЕПТУАЛЬНАЯ МОДЕЛЬ СИСТЕМЫ 4

3 РАЗРАБОТКА ПРОГРАММЫ GPSS-МОДЕЛИ И ЦИФРОВЫХ ЭКСПЕРИМЕНТОВ 7

4 ПОЛУЧЕНИЕ И ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ЦИФРОВЫХ ЭКСПЕРИМЕНТОВ 9

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 14

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 Листинг программы 15

ПРИЛОЖЕНИЕ 2 Список сокращений 21

 

 

1 ОПИСАТЕЛЬНО-СОДЕРЖАТЕЛЬНАЯ  МОДЕЛЬ СИСТЕМЫ И ЦЕЛИ МОДЕЛИРОВАНИЯ

В системе передачи данных осуществляется обмен пакетами данных между пунктами А и В по дуплексному каналу связи. Пакеты поступают в пункты системы от абонентов с интервалами времени между ними 9±7 мс. Передача пакета занимает 10 мс. В пунктах имеются буферные регистры, которые могут хранить два пакета (включая передаваемый). Если к приходу пакета заняты оба регистра, то пунктам системы предоставляется дополнительный выход самых долгоожидающих пакетов из буферных регистров на резервную полудуплексную линию связи, которая осуществляет передачу пакетов данных за 11±5 мс. При занятости резервной линии посланный в нее пакет теряется.

Разработать по концептуальной модели программную модель системы  с использованием ЯИМ GPSS/H. Экспериментально определить: плотность событий посылки пакетов в резервную линию, её загрузку, среднее время задержки в буферах пакетов, направляемых в резервную линию, а также гистограмму и среднюю длительность времени прохождения через систему переданных пакетов, вероятность потерь пакетов в СПД.

 

2 КОНЦЕПТУАЛЬНАЯ МОДЕЛЬ  СИСТЕМЫ

Концептуальная схема  движения заявок через функциональные элементы концепции (ФЭК) КМ системы передачи данных представлена на рис.1.

 

Рис. 1. Концептуальная схема  моделирования системы.

 

Данная концептуальная схема  иллюстрирует модель системы обмена пакетами данных с потерями между пунктами А и В по дуплексному каналу связи для двух абонентов. Реальные пакеты данных моделируются «заявками».

Поступление пакетов в систему массового обслуживания от двух абонентов, со случайным интервалом времени 9±7 мс, моделируется входами в КМ ФЭК1 и ФЭК7.

Заявки поступают в накопители неограниченной емкости Н1 и Н2 (ФЭК2 и ФЭК8 соответственно). При помощи данных накопителей производится моделирование буферных регистров, которые могут хранить по два пакета. В ФЭК «Накопитель» вложены два ФЭК «Клапан» и ФЭК «Обслуживающее устройство».

 

ФЭК3 и ФЭК12 – одноканальные обслуживающие устройства ОУ1 и ОУ2, моделируют передачу пакета данных по основной линии в течение 10 мс.

 

ФЭК4 (ФЭК9) на КС вложен в ФЭК2 (ФЭК8) для проверки, были ли выполнены возможные продвижения всех других заявок.

После К2 (К4), заявки поступают на ФЭК «Разветвление» (ФЭК6 и ФЭК10), моделирующий выход самой долгоожидающей заявки, если ОУ1 (ОУ2) занято и клапан К1 (К3) закрыт. Если обслуживающее устройство свободно, то заявка поступает в него на обслуживание (модель передачи пакета данных по каналу связи).

 

Клапаны К1 и К3 (ФЭК5 и ФЭК11 соответственно) «пропускают» самую долгоожидающую заявку на обслуживание в ОУ3 (ФЭК13) в случае, если буфер накопителей Н1 или Н2 заполнен, т.е. если в накопителе более двух заявок (S1 > 2 или S2 > 2).

 

Передача пакета на резервную линию моделируется одноканальным обслуживающим устройством ОУ3 (ФЭК13), с временем обслуживания 11±5 мс, перед которым указан ФЭК «Табулировать» (ФЭК15), для занесения времени ожидания заявок в накопителях Н1 и Н2.

 

После ФЭК15, заявки поступают на ФЭК «Разветвление» (ФЭК18). В случае, если буфер накопителя Н3 заполнен, то происходит потеря заявки, ФЭК «Выход» (ФЭК14).

 

Если заявка проходит через  ОУ1, ОУ2 или ОУ3, то она попадает на ФЭК «Табулировать» (ФЭК16), для занесения в таблицу времени ее прохождения через КМ, с целью построения гистограммы и определения среднего значения этого времени. После этого заявка выходит из КМ (ФЭК17, «Выход» для обслуженных заявок).

 

 

 

3 РАЗРАБОТКА ПРОГРАММЫ  GPSS-МОДЕЛИ И ЦИФРОВЫХ ЭКСПЕРИМЕНТОВ

LINE# STMT#  IF DO  BLOCK#  *LOC OPERATION A,B,C,D,E,F,G COMMENTS 

 

        1     1                  SIMULATE   *начать прогон, при наличии карты START

        2     2                  RMULT 1E5   *задание начального значения ГСЧ

        3     3              1 FVARIABLE 1/N24  *вычисление плотности событий посылки пакетов в резервную линию

        4     4              2 FVARIABLE (N$BAD)/(N$GOOD+N$BAD)   *вычисление вероятности потери заявок

        5     5              1 TABLE M1,1,0.7,30  *объявление таблицы T1 для определения ср. длительности прохождения *          заявок через КМ

        6     6              2 TABLE M1,1,1,1  *объявление таблицы T2, для определения ср. времени задержки в  
*          накопителях заявок, поступающих в ОУ3

        7     7                 

        8     8                 

        9     9       1    GENERATE 9,7  *генерация заявок, равномерно распределенных в интервале 9 +- 7 мс

       10    10       2    QUEUE 1   *создание очереди в накопителе Н1

       11    11       3        BUFFER   *проверка выполнения возможных продвижений всех других заявок,  
*          для выхода самых долгоожидающих

       12    12       4        TRANSFER BOTH,OY1,KLAPAN1 *проверка возможности передать заявку в ОУ1 или в ОУ3

       13    13       5    OY1 SEIZE 1   *заявка поступает в ОУ1

       14    14       6          ADVANCE 10   *обслуживание заявки в ОУ1, 10 мс.

       15    15       7          RELEASE 1   *выход заявки из ОУ1

       16    16       8          DEPART 1   *удаление заявки из очереди накопителя Н1

       17    17       9          TRANSFER ,STTAB  *выход заявки из системы

       18    18       10  KLAPAN1 TEST G Q1,2   *если буфер накопителя Н1 заполнен,то выполняем передачу заявки в ОУ3

       19    19       11          DEPART 1   *удаление самой долгоожидающей заявки из очереди

       20    20       12          TRANSFER ,REZERV  *передача по заявки на ОУ3 по резервной линии

       21    21                 

       22    22                 

       23    23       13    GENERATE 9,7  *генерация заявок, равномерно распределенных в интервале 9 +- 7 мс

       24    24       14          QUEUE 2   *создание очереди в накопителе Н2

       25    25       15         BUFFER   *проверка выполнения возможных продвижений всех других заявок, для  
*          выхода самых долгоожидающих

       26    26       16    TRANSFER BOTH,OY2,KLAPAN2 *проверка возможности передать заявку в ОУ2 или ОУ3

       27    27       17  OY2 SEIZE 2   *заявка поступает в ОУ2

       28    28       18    ADVANCE 10   *обслуживание заявки в ОУ2, 10 мс.

       29    29       19    RELEASE 2   *выход заявки из ОУ2

       30    30       20    DEPART 2   *удаление заявки из очереди накопителя Н2

       31    31       21    TRANSFER ,STTAB  *выход заявки из системы

       32    32       22  KLAPAN2 TEST G Q2,2   *если буфер накопителя Н2 заполнен, то выполняем передачу заявки в ОУ3

       33    33        23    DEPART 2   *удаление самой долгоожидающей заявки из очереди

       34    34                 

       35    35                 

       36    36        24  REZERV TABULATE 2   *занесение времени прохождения заявки через Н1, Н2 в таблицу

       37    37        25    TRANSFER BOTH,OY3,BAD *если ОУ3 занято, то происходит потеря заявки. Иначе

       38    38        26  OY3 SEIZE 3   *заявка поступает в ОУ3

       39    39        27    ADVANCE 11,5  *обслуживание заявки в ОУ3 в течение отрезка времени, равномерно  
*          распределенного в интервале 11 +- 5 мс.

       40    40        28    RELEASE 3   *выход заявки из ОУ3

       41    41        29  STTAB TABULATE 1   *занесение времени прохождения заявки через КМ в таблицу

       42    42        30  GOOD TERMINATE   *выход из системы обслуженной заявки

       43    43        31  BAD TERMINATE   *выход из системы потерянной заявки

       44    44                 

       45    45                 

       46    46        32    GENERATE 1E7  *задание времени моделирования Тмод

       47    47        33    SAVEVALUE 1,V1,XL  *вывод переменной V1-плотности событий посылки пакетов в резервную  
*           линию

       48    48        34    SAVEVALUE 2,V2,XL  *вывод переменной V2-вероятности потери заявок

       49    49        35    TERMINATE 1   *декремент счетчика завершений

       50    50                  START 1    

       51    51                  END

 

 

4 ПОЛУЧЕНИЕ И ОБРАБОТКА  РЕЗУЛЬТАТОВ ЦИФРОВЫХ ЭКСПЕРИМЕНТОВ

В качестве доказательства того, что при , система работает в установившемся режиме, были проведены цифровые эксперименты при различном значении зерна ГСЧ. Затем была проведена оценка результатов, которая показала что разброс результатов не превышает . 

 

Результаты цифровых экспериментов  представлены в таблице 1.

Таблица 1

Показатели	Начальное значение ГСЧ
	1E5	2E5	3E5	4E5	5E5
	0,274	0,274	0,274	0,274	0,274
, мс.	13,2086	13,2101	13,209	13,2109	13,21
, мс.	4,4542	4,4543	4,4543	4,454	4,4535
	2,9798E-06	2,9772E-06	2,9768E-06	2,9753E-06	2,9772E-06
	0,0391	0,0391	0,0391	0,0392	0,0392
	23,172	23,1613	23,174	23,1585	23,1605
Показатели	Начальное значение ГСЧ
	6E5	7E5	8E5	9E5	10E5
	0,274	0,274	0,274	0,274	0,274
, мс.	13,2092	13,2087	13,2089	13,2079	13,2082
, мс.	4,453	4,4556	4,4534	4,453	4,4525
	2,9771E-06	2,9792E-06	2,9787E-06	2,9782E-06	2,9755E-06
	0,0391	0,0391	0,0391	0,0391	0,0391
	23,1676	23,1841	23,1673	23,1851	23,1872

 

Худшим показателем является вероятность потерь пакетов в СПД ( ).

   ^%

Из результатов эксперимента можно сделать вывод, что режим  работы системы при является установившимся.

Гистограмма распределения  среднего времени прохождения пакетов через систему.

 

Для построения гистограммы  заменим операнды ФЭЯ «TABLE» в блоке 7 на следующие: TABLE M1,1,0.7,30. Т.к. имеем P_i max ≈ 23 %, то для обеспечения существенной части (т.е. значение P_i > 0,1·P_i max > 2,3 %) 10-15 значащими шагами шаг гистограммы примем равным 0.7 мс.

 

В качестве примера приведем гистограмму для установившегося  режима (Т_МОД = 10⁷ мс.):

Время t, мс.	Pi, %
9.7 –  10.1	0,2124
10.1 –10.8	23,1872
10.8 –  11.5	7,4492
11.5 – 12.2	7,4397
12.2 – 12.9	7,5048
12.9 – 13.6	7,1459
13.6 – 14.3	6,7706
14.3 – 15	6,3538
15 –  15,7	5,8439
15.7 – 16.,4	5,3432
16.4 – 17.1	4,8809
17.1 – 17.8	4,4285
17.8 – 18.5	4,0701
19.2 – 19.9	3,2205
19.9-20.6	2,5394

 

Гистограмма распределения длительностей времени прохождения заявок через систему представлена на рисунке 2.

 

 

Рис. 2. Гистограмма распределения длительностей прохождения 
заявок через КМ  

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Во время курсового  проектирования была разработана программная  модель системы передачи данных с  потерями по заданной концептуальной схеме на ЯИМ GPSS/H. Данная программа позволила провести экспериментальное исследование модели и определить искомые показатели.

 

 

 

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 Листинг программы

    STUDENT GPSS/H RELEASE 3.0c-C10 (EP195)    17 May 2012   20:58:35     FILE: C:\DOCUME~1\1BA6~1\0016~1\GPSSH\kyrs_NEW.gps