Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Моделирование телекоммуникационных систем и сетей. Учебное пособие

.pdf
Скачиваний:
0
Добавлен:
07.09.2026
Размер:
2 Мб
Скачать
☆
1
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное автономное
образовательное учреждение высшего образования
«ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
С. А. ХОВАНСКОВ
МОДЕЛИРОВАНИЕ
ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ
СИСТЕМ И СЕТЕЙ
Учебное пособие
Ростов-на-Дону – Таганрог
Издательство Южного федерального университета
2020
2
УДК 621.39.001.57(075.8) ББК 32.8я73 Х683
Печатается по решению кафедры информационной безопасности
телекоммуникационных систем Института компьютерных технологий
и информационной безопасности Южного федерального университета
(протокол № 12 от 5 февраля 2020 г.)
Рецензенты:
доктор технических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории
информационных технологий и процессов управления Южного научного
центра Российской академии наук С. Г. Капустян
кандидат технических наук, доцент кафедры систем автоматизированного
проектирования Института компьютерных технологий и информационной
безопасности Южного федерального университета В. А. Литвиненко
Ховансков, С. А.
Х683 Моделирование телекоммуникационных систем и сетей : учебное
пособие / С. А. Ховансков ; Южный федеральный университет. – Ро­стов-на-Дону ; Таганрог : Издательство Южного федерального уни­верситета, 2020. – 116 с.
ISBN 978-5-9275-3606-1
Учебное пособие предназначено для студентов специальности 10.05.02. Целью пособия является ознакомление студентов с принципами моделирова­ния телекоммуникационных систем и сетей. Информация, содержащаяся в учебном пособии, позволяет студентам освоить процесс создания моделей, исследовать и анализировать результаты процесса моделирования реальных телекоммуникационных систем.
УДК 621.39.001.57(075.8)
ББК 32.8я73
ISBN 978-5-9275-3606-1
© Южный федеральный университет, 2020 © Ховансков С. А., 2020 © Оформление. Макет. Издательство Южного федерального университета, 2020
Содержание
3
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ ……………………………………………………………
5
1. МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ В GPSS ……………………………………………………………..……
9
2. НАЧАЛО РАБОТЫ C СИСТЕМОЙ МОДЕЛИРОВАНИЯ GPSS
17
3. СТРУКТУРА И КОМАНДЫ ОКНА МОДЕЛИРОВАНИЯ GPSS
24
3.1. Меню «File» ………………………………….………………….
26
3.2. Меню «Edit» …………………………………………………….
29
3.3. Меню «Search» ………………………………………………….
34
3.4. Меню «View» ………………………………………………
35
3.5. Меню «Command» ……………………………………………...
36
3.6. Меню «Window» ………………………………………………..
38
4. ОКНО ПРОГРАММЫ МОДЕЛИ …………………………………
41
4.1. Функциональные клавиши ……………………………………..
41
4.2. Универсальные клавиши ……………………………………….
42
5. ОБЪЕКТЫ …………………………………………………………..
46
5.1. Блоки и Транзакты ……………………………………………...
46
5.2. Типы операторов ………………………………………………..
52
5.3. Часы модельного времени ……………………………………..
54
6. ОКНА СИСТЕМЫ GPSS WORLD ……………………………….
56
6.1. Окно блоков Blocks Window …………………………………...
57
6.2. Окно выражений Expression Window ………………………….
60
6.3. Окно обслуживающих устройств Facilities Window ………….
65
6.4. Окно логических ключей Logicswitches Window ……………..
67
6.5. Окно матриц Matrix Window …………………………………...
69
6.6. Окно графиков Plot Window ……………………………………
72
6.7. Окно очередей Queues Window ………………………………..
76
6.8. Окно сохраняемых величин Savevalues Window ……………..
78
6.9. Окно Storages Window ………………………………………….
79
6.10. Окно гистограмм Table Window ……………………………...
80
6.11. Совместное использование нескольких окон ………………..
82
Содержание
4
7. СОЗДАНИЕ МОДЕЛИ …………………………………………….
84
7.1. Компиляция модели …………………………………………….
90
7.2. Запуск модели …………………………………………………..
92
7.3. Получение файла-отчета ……………………………………….
93
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ………………………………………………………..
101
ПРИЛОЖЕНИЯ ……………………………………………………….
102
Приложение 1 ………………………………………………………..
102
Приложение 2 ………………………………………………………..
103
Приложение 3 ………………………………………………………..
104
Приложение 4 ………………………………………………………..
106
Приложение 5 ………………………………………………………..
107
Приложение 6 ………………………………………………………..
110
Приложение 7 ………………………………………………………..
112
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ …………………………………………….
114
Введение
5
ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время наиболее распространенным средством выпол­нения процесса моделирования является персональный компьютер. Во всех областях производственной деятельности используется моделирования с помощью компьютеров. Особенно эффективно выполняется моделирова­ние при применении компьютеров в таких областях, как технологическое моделирование, техническое моделирование, моделирование телекомму­никационных систем, развития общества и вселенной. Моделирование дей­ствительности сопровождает человека всю жизнь, давая ему возможность изучать и познавать мир. Благодаря компьютерному моделированию по­явилась возможность не только познавать, изучать сложные системы, но и проверять полученные знания о действительной реальности на основе ре­зультатов моделирования. При моделировании стало возможным изучать любые ситуации, любые режимы функционирования сложных систем, даже те, которые в реальной жизни привели бы к разрушению изучаемой системы. Это позволяет составлять модели различных чрезвычайных ситу­аций и событий, вероятность появления которых очень мала и т.п. Еще од­ним достоинством компьютерного моделирования является изучение мо­делей несуществующих объектов и систем, например при разработке новой техники. Любая компьютерная игра – это тоже модель, иногда настолько точно повторяющая реальные события, что создается впечатление о полной реальности происходящего в игре и реального присутствия играющего в моделируемом мире [1–9].
Всё это обеспечило популярность компьютерного моделирования, которое используется чаще других видов моделирования для принятия ре­шений и разработки стратегии управления или поведения системы для до­стижения поставленных целей. В связи с широким распространением ком­пьютеров компьютерное моделирование внедрено во все области деятель­ности человека и позволяет быстрее и с меньшими затратами получать эф­фективные решения различных проблем [7–9].
Процессы функционирования различных телекоммуникационных систем и сетей связи могут быть представлены при моделировании «систе­мой массового обслуживания» (СМО) в различных видах:
Введение
6
−стохастических;
−динамических;
−дискретно-непрерывных;
−математических моделей.
Моделирование применяется с целью исследования основных пара­метров любой системы массового обслуживания. Выполнение моделиро­вания СМО производится в основном средствами имитационного модели­рования и аналитическими методами.
Создание модели для имитационного моделирования выполняется в моделирующих системах в форме программы на специализированном языке программирования. Модель создается путем имитации случайных процессов функционирования СМО и повторяет дискретные состояния ре­альной СМО в заданном интервале времени.
В процессе моделирования на компьютере выполняются исследова­ния изучаемой системы массового обслуживания. Для исследования и ана­лиза основных характеристик СМО, которые и являются целью моделиро­вания, полученные значения характеристик исследуемой системы накапли­ваются и изучаются исследователем. Помимо этого определяются стати­стические атрибуты модели для выбора наиболее оптимального варианта реализации системы массового обслуживания. Полученная в результате моделирования информация используется для создания новых, более слож­ных моделей СМО.
Модель, реализующая алгоритм функционирования исследуемой системы, может быть реализована с помощью языков программирования высокого уровня (Си, Делфи и т.д.). Программная модель, полученная в ре­зультате такой реализации, является более гибкой, более функциональной, поддерживает возможность доработки, привязки к изменяющимся усло­виям, имеет широкий набор средств отладки и позволяет решать широкий круг задач. Недостатком такого подхода к работе с моделью является то, что гибкость используемых языков приводит к большим затратам усилий. В реальных условиях зачастую приходится работать с весьма сложными алгоритмами и большими списками структуры данных. Поэтому в систе­мах имитационного моделирования для создания моделей используют спе­циализированные языки программирования, позволяющие описать очень сложные СМО [4–6].
Введение
7
Языки моделирования включают в себя компоненты позволяющие
подробно описывать структуры и процессы функционирования моделиру­емой системы. Такой подход значительно ускоряет и упрощает программи­рование имитационных моделей, поскольку при этом подходе основные функции моделируемой системы реализуются автоматически.
Программы, в которых модели реализуются на языках имитацион­ного моделирования, повторяют описания моделируемых систем на «чело­веческом» языке, что позволяет пользователям, не являющимся професси­ональными программистами, создавать сложные имитационные модели. В настоящее время одним из эффективных и распространенных языков мо­делирования для телекоммуникационных систем является язык GPSS [1; 2; 5]. Наибольшим эффектом обладает использование этого языка для моделирования систем, относящихся к системам массового обслуживания. При программировании моделирования систем массового обслуживания поддерживается использование аналогов таких основных стандартных компонентов, как очереди, обслуживающие приборы, заявки и т.п. Этот набор компонентов позволяет программировать имитационные модели для сложных систем СМО, сохраняя их привычную терминологию. Язык GPSS предназначен для использования на ПК.
Система моделирования является многомодульной.
В ее состав входит:
−модуль транслятора с языка системы моделирования GPSS;
−модуль набора и редактирования программы моделирования;
−модуль управления и слежения за выполнением процесса моделиро-
вания;
−модуль графических средств для визуализации элементов и струк-
туры модели;
−модуль средств сбора результатов процесса моделирования и их об-
работки.
В системе предусмотрен модуль, собирающий все результаты моде­лирования и представляющий их в виде отчета в удобном для анализа виде. Для обеспечения дополнительной функциональности в систему включены дополнительные модули и файлы.
Появление языка GPSS World оказало значительное влияние на фор­мирование многих других языков моделирования. Выполняемые с их
Введение
8
помощью процессы во многом опираются на понятия, сформированные в системе моделирования GPSS World. В настоящее время за счет того, что компьютеры стали более доступными и пользовательский интерфейс ком­пьютерных систем стал более дружественным по отношению к пользова­телю, повысилась популярность системы моделирования GPSS World во всем мире. Благодаря использованию системы отмечены значительные успехи в обслуживании реальных систем.
Основной целью создания системы GPSS World было расширение возможностей пользователя. GPSS World использует все примитивы моде­лирования пользовательского интерфейса в упрощенном виде. Поэтому упрощается процесс визуализации и управления моделированием. Приме­нение системы GPSS World обеспечило возможность более быстрой разра­ботки, тестирования и понимания моделей. Считается, что система GPSS World представляет собой не просто язык GPSS. Она предоставляет новые возможности и является многофункциональной интерактивной имитаци­онной средой.
1. Моделирование телекоммуникационных систем в GPSS
9
1. МОДЕЛИРОВАНИЕ
ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ В GPSS
Телекоммуникационными системами называют системы, предна-
значенные для выполнения различных операций над информацией. Теле­коммуникационные системы выполняют операции хранения, передачи, по­лучения, уничтожения и обработки информации.
Необходимость в моделировании телекоммуникационных систем возникла при появлении телефонной связи. Для обеспечения качествен­ного обслуживания абонентов телефонной сети требовалось правильно определить количество оборудования системы. Отличительной особенно­стью телефонных сетей являлось то, что количество абонентов, устанавли­вающих соединения в любой момент времени, всегда меньше общего ко­личества абонентов, подключенных к этой сети.
Существует проблема определения необходимого количества обо­рудования телефонной сети. Если будет использоваться максимальное ко­личество оборудования, позволяющее одновременно соединять всех або­нентов друг с другом, то это приведет к тому, что какая-то часть оборудо­вания будет все время простаивать. А если количество оборудования будет минимальным, то может возникнуть ситуация, когда вызовы, поступающие от абонентов, не будут обслужены из-за занятости оборудования. В этом случае абонентам придётся посылать повторные вызовы для установления соединения с другими абонентами либо ждать, когда освободится нужное количество оборудования.
Поэтому, с одной стороны, должно обеспечиваться условие произ­водительного использования оборудования, т.е. его количество должно быть меньше, чем общее количество абонентов, с другой стороны, должно обеспечиваться требуемое качество обслуживания абонентов, т.е. время ожидания установления соединения и вероятность повторных вызовов должны быть минимальными.
С появлением телефонной связи возникла проблема качества обслу­живания абонентов, использующих телефонную связь. Качество обслужи­вания абонентов зависит от величины потерянных вызовов и от времени ожидания обслуживания поступающих вызовов. Величина потерянных
1. Моделирование телекоммуникационных систем в GPSS
10
вызовов определяется количеством не обслуженных вызовов, а время ожи­дания обслуживания определяется временем соединения абонентов в теле­коммуникационной системе.
Для решения проблемы определения оптимального количества обо-
рудования, в зависимости от параметров телекоммуникационной системы, стали создаваться математические модели, позволяющие определять опти­мальное количество оборудования в зависимости от параметров конкрет­ной телекоммуникационной системы.
Поскольку телекоммуникационные системы относятся к системам массового обслуживания, то для создания математических моделей теле­коммуникационных систем, учитывающих особенности функционирова­ния систем, был разработан новый раздел теории массового обслужива­ния – теория телетрафика.
В процессе создания любой телекоммуникационной системы все начинается с формулирования к ней функциональных требований и парамет­ров. Для обеспечения выполнения требований и исследования проблем, воз­никающих при разработке ТКС, используют компьютерное моделирование.
Поскольку ТКС относятся к системам массового обслуживания, то для ее моделирования используются методы, разработанные для СМО и ориентированные на использование в качестве моделирующего устройства компьютер. К таким методам относится имитационное моделирование, позволяющее за приемлемое время определять с достаточной точностью основные параметры разрабатываемой ТКС в ходе выполнения исследова­ния модели.
В современном мире телекоммуникационные системы передачи ин­формации включают в себя различные системы передачи информации, та­кие как радиосвязь, компьютерные сети, телефонные сети. Они в основном представляют собой цифровые сети. Можно передавать любую информа­цию, будь это голосовая информация, данные, видеоданные. В современ­ных телекоммуникационных системах любая передаваемая информация представляется в виде пакетов данных. Поэтому телекоммуникационные сети чаще называют широкополосными мультисервисными сетями, выпол­няющими передачу информации путём коммутации пакетов.
В зависимости от протяжённости цифровые сети классифициру­ются на локальные, региональные и глобальные сети. Локальными
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]