Этапы выполнения практикума
Этап построения концептуальной модели системы и ее формализации
На первом этапе проведения моделирования конкретного объекта (системы) на базе ЭВМ необходимо построить концептуальную (содержательную) модель Мк процесса функционирования этой системы, а затем провести ее формализацию, т. е. основным содержанием этого этапа является переход от словесного описания объекта моделирования к его математической (аналитико-имитационной) модели. Наиболее ответственными моментами в этой работе является упрощение описания системы, т. е. отделение собственно системы S от внешней среды Е и выбор основного содержания модели Мк путем отбрасывания всего второстепенного с точки зрения поставленной цели моделирования [ 1 ].
Для более глубокого понимания содержания этапов и подэтапов моделирования процесса функционирования системы будем иллюстрировать их конкретными действиями при моделировании некоторой реальной системы (в отличие от гипотетической системы S, рассматриваемой в общем виде в [1, 2]. В качестве объекта моделирования выберем систему, процесс функционирования которой можно описать в терминах и понятиях, уже известных из изученных дисциплин.
Пусть необходимо провести моделирование с целью получения оценок вероятностно-временных характеристик процесса функционирования фрагмента сети передачи данных (СПД) [2]. Напомним основные понятия и определения из этой предметной области.
Данные—это факты и(или) понятия, описанные в формализованном виде. В СПД различают пользовательские и управляющие данные. Пользовательские данные — это данные, вводимые пользователями в СПД или получаемые ими из сети. Управляющие данные — это данные, используемые для управления работой СПД.
Сеть передачи данных
Сеть передачи данных представляет собой совокупность средств для передачи и распределения данных. Выделяют магистральную (базовую) и терминальную (абонентскую) части СПД (рис. 3.1). Магистральная СПД служит для передачи данных между вычислительными комплексами ВК, ресурсы которых доступны для пользователей сети, и включает в себя узлы коммутации УК и соединяющие их каналы связи КС. Узел коммутации выполняет функции маршрутизации, передачи и коммутации данных и имеет для этого соответствующие аппарат-но-програмные средства. Канал связи представляет собой совокупность технических средств и среды распространения, которая обеспечивает доставку данных в нужную точку сети. Терминаль- ная СПД используется для подключения непосредственно, либо через концентраторы нагрузки КН абонентских пунктов АЛ и терминалов пользователей ТП. Концентратор представляет собой устройство, обеспечивающее сопряжение входных низкоскоростных каналов связи с выходными высокоскоростными КС. Абонентские пункты оборудуются аппаратурой передачи данных и устройствами ввода-вывода, т. е. терминалами, осуществляющими доступ к вычислительным ресурсам и базам данных сети. Обычно терминалы группируются и подсоединяются к/терминальной сети (или прямо к ВК) непосредственно, либо с помощью АП. В качестве терминалов могут быть использованы как простейшие устройства ввода-вывода (телетайпы, дисплеи и т. п.), так и персональные (интеллектуальные) терминалы.
В рассматриваемой СПД реализован режим коммутации пакетов, представляющей собой такой способ передачи, при котором данные из сообщений пользователей разбиваются на отдельные пакеты, маршруты передачи которых в сети от источника к получателю определяются в каждом У К, куда пакеты поступают. Под сообщениями понимается конечная последовательность символов, имеющая смысловое содержание. Пакет — это блок данных с заголовком, представленный в установленном формате и имеющий ограниченную максимальную длину. Обычно в СПД используются пакеты постоянной длины, содержащие от 500 до 2000 двоичных знаков (бит). Отметим, что СПД с коммутацией пакетов обладают высокой эффективностью благодаря возможности быстрой перестройки путей передачи данных (маршрутизации) при возникновении перегрузок и повреждении элементов СПД. Эффективность различных вариантов построения СПД и ее фрагментов оценивается средними временами доставки данных пользователям и вероятностями отказа в установлении требуемого пользователю соединения в данный момент времени. Совокупность таких показателей для оценки эффективности процесса функционирования СПД принято называть ее вероятностно-временными характеристиками [2].
Для упрощения объекта -моделирования (в данном случае исходя из необходимости упрощения учебного примера с точки зрения его наглядности и, что особенно важно, уменьшения затрат машинных ресурсов на его реализацию) рассмотрим процесс функционирования фрагмента СПД, представляющий собой взаимодействие двух соседних узлов коммутации СПД, обозначенных УК1 и УК2. Эти узлы соединены между собой дуплексным дискретным каналом связи (ДКС), позволяющим одновременно передавать данные во встречных направлениях, т. е. имеется два автономных однонаправленных ДКС. Считаем также, что все сообщения, поступающие в СПД, являются однопакетными.
Структурная схема варианта УК
Структурная схема варианта УК представлена на рис. 3.2, где обозначено:5х5Я и ВыхБН — входные и выходные буферные накопители соответственно; К — коммутаторы; ЦП — центральный процессор. Этот УК функционирует следующим образом. После поступления пакета из одного из входных КС узла он помещается в ВхБН. Затем ЦП на основе заголовка пакета и хранимой в УК маршрутной таблицы определяет требуемое направление дальнейшей передачи пакета и помещает его в соответствующий ВыхБН для последующей передачи по выходному КС.
Структурная схема варианта ДКС с решающей обратной связью показана на рис. 3.3, гце обозначено: КУ и ДКУ — кодирующее и декодирующее устройства соответственно; УУК — устройство управления каналом; КА — каналообразующая аппаратура. На передающей стороне пакет из ВыхБН узла коммутации попадает в КУ, где производится кодирование, т. е. внесение избыточности, необходимой для обеспечения помехоустойчивой передачи по КС. Согласование с конкретной средой распространения реализуется КА (например, организация коротковолнового радиоканала через спутник-ретранслятор для распределенной СПД или оптического канала с использованием световода для локальной СПД). На приемной стороне из КА пакет попадает в ДКУ, которое настроено на обнаружение (и/или) исправление ошибок. Все функции управления КУ, ДКУ (в том числе и принятие решений о необходимости повторного переспроса копии пакета с передающего УК) и взаимодействия с центральной частью узла реализуются УУК, которое является либо автономным, либо представляет собой часть процедур, выполняемых ЦП узла.
Рассмотрим содержание подэтапов первого этапа моделирования (см. рис. 1.2.).