Алматинский институт энергетики и связи Кафедра автоматической электросвязи

ОСНОВЫ САПР ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ (GPSS)

Методические указания к выполнению лабораторных работ

(для студентов специальности 050719 – Радиотехника, электроника и телекоммуникации)

Алматы 2005

СОСТАВИТЕЛИ: К.Х.Туманбаева, Л. О. Балгабекова. Основы САПР телекоммуникационных систем. Методические указания к выполнению лабораторных работ (для студентов специальности бакалавриата 050719 – Радиотехника, электроника и телекоммуникации). - Алматы: АИЭС, 2005 - 26с.

Методические указания содержат исходные данные и рекомендации для выполнения лабораторных работ по дисциплине «Основы САПР телекоммуникационных систем». Выполнение работ позволяет приобрести навыки работы с системой имитационного моделирования GPSS World, применяемой при проектировании телекоммуникационных систем.

Ил. 3, табл. 2, библиогр.- 3 назв.

Рецензент: д-р. техн. наук, проф. Г.П.Данилина

Печатается по плану издания Алматинского института энергетики и связи на 2005 г.

©Алматинский институт энергетики и связи, 2005 г.

Введение

Лабораторные работы по дисциплине «Основы САПР телекоммуникационных систем» ориентированы на обучение студентов основам работы с программными пакетами, применяемыми при проектировании телекоммуникационных систем. Для проведения лабораторных работ отведено 17 часов, из них 4 часа предназначены для обучения основам работы с системой имитационного моделирования GPSS World.

Цель лабораторных работ на базе системы моделирования GPSS World – познакомить с возможностями компьютерного моделирования при проектировании телекоммуникационных систем, выработать у студентов начальные умения и навыки работы с системой имитационного моделирования GPSS World.

В методических указаниях представлены начальные сведения об имитационном моделировании, даны базовые понятия и определения о системах массового обслуживания (СМО).

Знакомство с пакетом GPSS World осуществляется после изучения программных пакетов “MapInfo” и “System View”.

Лабораторная работа посвящена ознакомлению с диалоговыми возможностями GPSS World, осуществляемых с помощью оконного интерфейса в режиме активного диалога.

При выполнении лабораторной работы студенты разрабатывают модель одноканальной СМО на языке GPSS World, вводят модель в систему, отлаживают, запускают и получают результаты моделирования.

1 Лабораторная работа №1

Работа с главным меню в системе имитационного моделирования

GPSS World

1.1 Цель работы: изучение возможностей главного меню системы имитационного моделирования GPSS World, приобретение навыков работы с системой в интерактивном режиме.

1.2 Подготовка к работе

1.2.1 Изучить и освоить понятия имитационного моделирования, систем массового обслуживания (материал для подготовки к лабораторной работе).

1.2.2 Изучить пункты главного меню системы GPSS World, представленные в методических указаниях и в /1,2,3/.

1.3 Задание к работе

Запустить GPSS World. Ознакомиться с пунктами главного меню. Изучить команды ниспадающих меню, изучить их возможности. Ввести операторы заданной модели. Произвести трансляцию введенной модели. Запустить модель. Получить отчет моделирования.

1.4 Порядок выполнения работы:

а) взять у преподавателя вариант задания;

б) запустить систему GPSS World;

в) изучить пункты главного меню;

г) ввести операторы модели;

д) запустить процесс моделирования;

е) получить результаты моделирования в виде отчета на экране;

ж) подготовить отчет о выполненной лабораторной работе, где представить модель, результаты моделирования и анализ полученных данных.

1.5 Материал для подготовки к лабораторной работе

1.5.1 Начальные сведения об имитационном моделировании

Основным современным методом исследования телекоммуникационных систем (ТС) на всех стадиях их разработки, проектирования и модернизации является моделирование. Методами моделирования решаются важнейшие задачи анализа и синтеза ТС. Моделирование дает возможность разработчику системы экспериментировать с системой (существующей или предполагаемой) в тех случаях, когда делать это на реальном объекте нецелесообразно или невозможно. По результатам моделирования могут быть построены исчерпывающие зависимости между параметрами ТС и функционалами, характеризующими ее свойства; исследованы качественные закономерности, определяющие области устойчивости значений этих функционалов; решены задачи, связанные с выбором оптимальных параметров и построения рациональной стратегии управления.

Математическая модель ТС представляет собой формальное математическое описание основных процессов функционирования системы. По своей структуре математическая модель системы состоит из моделей элементов системы, модели взаимодействия элементов между собой, а также моделей внешних воздействий на систему.

Важнейшим свойством математического моделирования является его принципиальная универсальность. Этот метод в принципе не требует создания специальной аппаратуры для каждой новой задачи, он позволяет относительно просто изменять числовые значения параметров, начальных условий и режимов работы исследуемых (создаваемых) ТС. Методологически математическое моделирование разбивается на два вида: аналитическое и имитационное моделирование.

При аналитическом моделировании математическая модель реализуется в виде такой системы уравнений относительно искомых величин, которая допускает получение нужного результата аналитически (в явном виде) или численным методом. В некоторых случаях аналитическое описание системы становится чрезмерно сложным, что затрудняет получение требуемых результатов. В данной ситуации следует переходить к использованию имитационных моделей.

Имитационная модель в принципе позволяет воспроизвести весь процесс функционирования ТС с сохранением логической структуры, связи между явлениями и последовательность протекания их во времени.

При имитационном моделировании на компьютере имитируется работа проектируемой системы. Математическая модель при этом реализуется в виде программы для компьютера. В результате экспериментов на компьютере собирается статистика, обрабатывается и выдается необходимая информация. Таким образом, можно получить характеристики проектируемой системы, исследовать факторы, влияющие на них.

1.5.2 Базовые понятия и определения системы массового обслуживания (СМО)

При математическом моделировании систем и сетей телекоммуникаций используется теория массового обслуживания.

Основоположником теории является датский математик А. К. Эрланг. Являясь сотрудником Копенгагенской телефонной компании, он опубликовал в 1909г работу «Теория вероятностей и телефонные переговоры», в которой впервые поставил и решил некоторые задачи теории массового обслуживания.

Теория массового обслуживания представляет собой комплекс вопросов эффективности конструирования и эксплуатации систем массового обслуживания (СМО).

Каждая СМО включает в свою структуру некоторое число обслуживающих устройств, которые называют каналами обслуживания. Роль каналов могут играть различные приборы, устройства, а также лица, выполняющие те или иные операции (кассиры, операторы, продавцы), линии связи, автомашины и т. д.

Системы массового обслуживания могут быть одноканальными или многоканальными.

Каждая СМО предназначена для обслуживания некоторого потока заявок, поступающих на вход системы в случайные моменты времени. Обслуживание заявок длится случайное время. После обслуживания заявки канал освобождается и готов к приему следующей заявки.

Случайный характер потока заявок и времени их обслуживания приводит к неравномерной загруженности СМО: в некоторые промежутки времени на входе скапливаются заявки, становятся в очередь на обслуживание, либо покидают систему.

Таким образом, во всякой СМО можно выделить следующие основные элементы:

- входящий поток заявок;

- очередь;

- каналы обслуживания;

- выходящий поток обслуженных заявок.

Каждая СМО в зависимости от своих параметров: характеристик потока заявок, числа каналов обслуживания и их производительности, а также от правил организации работы - обладает определенной эффективностью функционирования (пропускной способностью). В общем случае СМО состоит из n каналов. В любое время канал пребывает в одном из состояний: свободен или занят.

Допустим, что в некоторый момент времени в систему коммутации поступил вызов. Если в системе есть свободный канал, то вызов будет обслужен. В противном случае вызов становится в очередь и ждет обслуживания.

1.5.3 Система моделирования GPSS World

Как было отмечено выше, имитационная модель представляет собой компьютерную программу. Её можно разработать на любом алгоритмическом языке, но реализация сложных моделей в этом случае становится трудоемкой, что обусловило появление специализированных языков моделирования.

Одним из первых языков моделирования, облегчающих процесс написания имитационных программ, был язык GPSS, созданный Джефри Гордоном в фирме IBM почти сорок лет тому назад. Язык GPSS положен в основу системы моделирования GPSS World, программного продукта фирмы Minuteman Software (США), появившегося в 2000 году. Система моделирования включает в себя развитые графические оболочки для создания моделей и интерпретации выходных результатов, объектно-ориентированное программирование и мультимедийные средства.

Следует отметить, что система позволяет моделировать непрерывные и дискретные процессы, особенно эффективно моделирование СМО, в качестве которых можно рассматривать системы телекоммуникаций.