Гольцова Н.В. Сети связи - файл n1.docx

Гольцова Н.В. Сети связи
скачать (158.8 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.docx159kb.02.11.2012 20:27скачать

n1.docx

Министерство Российской Федерации по связи и информатизации

Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича


Н. В. Гольцова

Сети связи




СОДЕРЖАНИЕ:

  1. Исследование ВВХ систем массового обслуживания

  2. Исследование процессов управления потоками в сетях ПД-КП

  3. Исследование ВВХ локальной сети со случайным доступом

  4. Моделирование фрагмента ЦК и анализ его параметров
    Литература

1. Исследование ВВХ систем массового обслуживания

 

Цель работы. Изучение вероятностно-временных характеристик многоканальных и одноканальных систем массового обслуживания с ограниченным и неограниченным буфером.

 

Описание

 

В лабораторной работе исследуются одноканальные и многоканальные системы различных типов (рис. 1.1):

M/M/1/

M/M/1/N

M/M/N

D/D/1/

G/G/1/ и др.

Физические модели таких одноканальных и многоканальных систем с/без ограничения буфера представлены на рис.1.1а, 1.1б и 1.1в соответственно.

 

http://dvo.sut.ru/libr/setysv/034goltc/pic/1-1a.gif

 

 

Рис. 1.1а. Физическая модель одноканальной СМО

с неограниченным буфером
 

http://dvo.sut.ru/libr/setysv/034goltc/pic/1-1b.gif

 

Рис.1.1б. Физическая модель одноканальной СМО

с ограниченным буфером

 

 

http://dvo.sut.ru/libr/setysv/034goltc/pic/1-1v.gif

Рис 1.1в. Физическая модель многоканальной СМО

с ограниченным буфером

 

В лабораторной работе имитируется процесс работы для каждой из этих систем путем моделирования системы с помощью проблемно-ориентированного языка, описывающего процессы, происходящие в системах массового обслуживания.

Для одноканальной СМО с неограниченным и ограниченным буферами используются программы АNAL1 и АNAL2 соответственно, а для многоканальной системы –ANAL3. В процессе выполнения работы можно изменять интенсивность поступления заявок на вход системы, емкость буфера, а также время обслуживания заявок.

Кроме того, можно изменять закон распределения заявок на входе системы, а также их обслуживание.

В качестве выходных характеристик можно определить среднюю и максимальную длины очереди, среднее время пребывания заявки в очереди, коэффициент использования прибора, а также вероятность отказа заявки в обслуживании.

Кроме того, с помощью входных и выходных счетчиков можно подсчитать число поступивших и обслуженных заявок за время моделирования.

Не выходя за рамки физической модели, можно произвести дополнительное исследование.

 

Порядок выполнения

 

1. Запустить программу ANAL1.Задав интервал между поступлением заявок и время их обслуживания в 50 м.е., получить набор выходных статистических данных и свести их в табл. 1.

 

 

 

Таблица 1

Показатель

Закон распределения поступающих сообщений

Детерминированный

Равномерный

Пуассона

отклонение 10%

отклонение 50%

Средняя

длина очереди

 

 

 

 

Максимальная

длина очереди

 

 

 

 

Коэффициент

использования прибора

 

 

 

 

Количество обслуженных заявок

 

 

 

 

 

2. С помощью статистических данных, полученных в результате моделирования одноканальной системы с неограниченным буфером (программа ANAL1), построить зависимости:

q = f( вх), tсист = f( вх), Yобсл = f( вх).

 

При этом время обслуживания заявок –50 м.е., интервал между заявками изменять в диапазоне 25–100 м.е.

3. Построить те же зависимости, изменяя время обслуживания в интервале 25-100 м.е., для интенсивности поступления заявок, соответствующей интервалу между заявками в 50 м.е.

4. Запустить программу ANAL2 и для одноканальной системы с ограниченным буфером определить вероятность отказа в обслуживании для интенсивностей входного потока, соответствующим интервалам между заявками в 25–100 м.е.

5. Запустить программы ANAL3 и ANAL4 для моделирования многоканальных систем с ограниченным и неограниченным буфером и изменяя интенсивность входного потока в диапазоне 25–100 м.е., построить те же зависимости.

6. Экспериментальные зависимости подтвердить расчетами по формулам Эрланга.

2. Исследование процессов управления потоками

в сетях ПД-КП

Цель работы. Изучение процессов управления потоками в сетях ПД-КП на базе исследования ВВХ фрагмента сети ПД с ограничением нагрузки местного узла (узла перегруза).  

Общие сведения 

Одной из важнейших задач в сетях ПД-ОП является задача динамического управления потоками сообщений в целях повышения эффективности использования сетевых ресурсов. Суть динамического управления потоками сообщений сводится к ограничению нагрузки на сети в тех случаях, когда нагрузка превышает пропускную способность сети или существует угроза перегруза. Такое ограничение предотвращает наличие перегрузок в сети и улучшает ее качественные характеристики. Существуют различные стратегии управления потоками – стратегии “оконного” управления потоками - “из конца в конец”, оконного поузлового управления и стратегии ограничения нагрузки в промежуточных узлах – узлах перегруза и пр. Суть каждого из них состоит в уменьшении количества пакетов, циркулирующих в сети.
В лабораторной работе исследуется локальный метод ограничения нагрузки в узле перегруза. Стратегия ограничения нагрузки в узлах перегрузки основана на ограничении входящего (местного) потока – частично или полностью.
При отсутствии динамического управления потоками сообщений в сетях ПД-ОП возникают ситуации, когда поступающая нагрузка превышает максимально допустимую – ту, которая может быть обслужена даже при оптимальной маршрутизации. Отвергнутые пакеты будут передаваться повторно, что приведет к бесполезной трате сетевых ресурсов.
В данной лабораторной работе рассматривается стратегия ограничения нагрузки в промежуточных узлах (узлах перегруза) - частичного (ЧОН) и полного (ПОН). В этой стратегии предполагается, что при возникновении перегрузки в сети часть ее ограничивается – полностью (ПОН) или частично (ЧОН) – на 10, 20, 30% и т.д., что уменьшает общее число пакетов, циркулирующих в сети.
В стратегии ограничения нагрузки в узле перегруза индикатором перегрузки является “порог” буфера. При превышении порога буфера (h) формируется сигнал об ограничении нагрузки.
Предполагается, что имеется система с конечным, но достаточно большим буфером (W) и порого (h) , при превышении которого начинается управление потоками.
Таким образом, при превышении порога буфера сообщения продолжают обслуживаться, и вместе с тем начинает ограничиваться входная нагрузка. Это означает, что при превышении порога буфера, к местному источнику сообщений поступит сигнал об ограничении нагрузки. Временные диаграммы, иллюстрирующие процесс ограничения нагрузки, представлены на рис. 2.4

Описание лабораторной работы

В лабораторной работе исследуется фрагмент сети ПД-ОП, состоящей из нескольких узлов, представляющих собой СМО типа M/M/1/N – т.е. системы, имеющей распределение числа сообщений на входе системы по закону Пуассона и экспоненциальное распределение времени обслуживания пакетов.
В работе моделируется промежуточный узел сети – предполагаемый узел “перегруза”, через который проходит суммарный поток, состоящий из транзитного потока и местного. Моделируется два режима работы системы – без управления потоками и с управлением. Для первого режима работы – без управления потоками – определяющим является, что все сообщения, получившие отказ в обслуживании из-за конечности буфера, через некоторое время возвращаются в систему для повторного обслуживания. Для второго режима работы – с управлением потоков - определяющим является исключение части нагрузки из обращения при возникновении ситуации повторных вызовов. В этом случае предполагается, что система имеет ограниченный, но достаточно большой буфер W. Однако при достижении определенного порога h часть нагрузки на входе ограничивается (как правило, за счет местного потока).
Схема физической модели узла перегрузка в терминах ТМО представлена на рис. 2.1.

Принятые обозначения:

WAIT – буфер (очередь) с именем “WAIT”, куда поступают транзитные и местные сообщения;

?вх = ?т + ?м – суммарная интенсивность входящего потока;

?м – интенсивность входного местного потока;

?т – интенсивность транзитного потока;

?вых – интенсивность выходного потока;

? – ?иния задержки на время распространения до источника информации и обратно;

h – порог буфера;

FAC – прибор обслуживания. 

 

http://dvo.sut.ru/libr/setysv/034goltc/pic/2-1top.gif

 

 

а) Физическая модель фрагмента сети ПД-КП:

УС – узел связи;

МИИ – местный источник информации;

СДУ – система динамического управления потоком 

 

http://dvo.sut.ru/libr/setysv/034goltc/pic/2-1niz.gif

 

б) Модель динамического управления потоком в терминах ТМО:

1 – схема объединения потоков;

СУ – схема управления нагрузкой;

? – ?ремя распространения до МИИ и обратно

 

Рис. 2.1. Модель фрагмента сети ПД-КП

с узлом перегруза и ограничением входного потока

 

Алгоритмы работы системы без/с ограничением нагрузки представлены на рис. 2.2, 2.3 соответственно.

http://dvo.sut.ru/libr/setysv/034goltc/pic/2-2.gif

 

Рис. 2.2. Алгоритм работы системы без ограничения нагрузки

 

Описание алгоритма работы без ограничения нагрузки 

Рассматривается система с ограниченным буфером. При превышении порога w заявки покидают систему для повторного обслуживания. Текущая емкость буфера обозначается как Q.
В блоке 1 формируются поступающие на вход системы пакеты (транзитные и местные), а в блоке 2 (счетчик “INPUT”) -подсчитывается их количество.
Поступившие в систему пакеты встают в очередь на обслуживание (блок 3). Система подсчитывает число пакетов, находящихся в очереди, и при превышении порога (блок 4 ) выводит пакеты из очереди, и через интервал времени в t (блок5 )возвращает их на вход системы для повторного обслуживания.
При отсутствии превышения емкости буфера W пакеты поступают в прибор обслуживания (блок 6) по мере его освобождения.
Количество обслуженных пакетов подсчитывается с помощью счетчика “OUT” блок 8).
Имитационная модель такой системы описывается с помощью программы UPR1. Для сравнения ВВХ систем в работе также рассматривается классическая система с ограниченным буфером (программа UPR0).

 

http://dvo.sut.ru/libr/setysv/034goltc/pic/2-3a.gifит

 

Рис. 2.3а. Алгоритм работы системы с ограничением нагрузки

 

Алгоритм работы системы с ограничением нагрузки

Система с ограничением нагрузки представляет собой СМО с ограниченным буфером W и порогом h, связанным с системой динамического управления.
Алгоритм работы системы с ограничением нагрузки состоит из 2-х сегментов – общего алгоритма прохождения заявок и алгоритма работы системы динамического управления, представленных на рис. 2.3а, б соответственно.

http://dvo.sut.ru/libr/setysv/034goltc/pic/2-3b.gif

 

Рис. 2.3б. Алгоритм работы системы динамического управления

 

Система динамического управления представляет собой устройство, следящее за текущим состоянием длины очереди “WAIT”.
Максимальная длина очереди определяется емкостью буфера WAIT Принята емкость буфера W. При превышении емкости буфера заявки получают отказ в обслуживании. Кроме ограничения общей длины очереди, в системе используется порог буфера h, при достижении которого в системе начинает функционировать схема ограничения входящей нагрузки. В лабораторной работе переключение режимов работы – с ограничением нагрузки и без ограничения осуществляется с помощью некоторого ключа, реализованного на ячейке памяти UPR. Ограничение нагрузки в системе осуществляется за счет ограничения нагрузки от местного источника информации.
Фиксируется два состояния системы: отсутствие превышения очереди порога буфера (состояние ячейки памяти UPR=1) и наличие превышения порога буфера (состояние ячейки UPR=2). Алгоритм работы ключа, реализованного с помощью ячейки памяти UPR, представлен на рис. 2.3б. В режиме отсутствия превышения порога h (блок 12), через время распространения tp = ? (?лок 13) местному источнику (ИИ) поступает сигнал разрешения передачи информации. В алгоритме это соответствует записи значения “1” в ячейку памяти UPR (блок 14).
При наличии ситуации превышения очереди порога буфера (блок 12) формируется сигнал ограничения нагрузки, который через время распространения tр (блок 15) ограничит интенсивность потока информации от местного источника. В алгоритме это соответствует записи числа 2 в ячейку памяти UPR (блок 16).
Таким образом, в зависимости от текущего значения длины очереди в ячейку памяти UPR будут записываться соответственно числа 2 или 1,что будет указывать на наличие / отсутствие сигнала ограничения нагрузки.
Тогда в общем алгоритме прохождения заявок (рис. 2.3а) после формирования общего потока заявок в блоке 1 и подсчете его количества в блоке 2, проверяется состояние ячейки памяти UPR с помощью блока 5. В зависимости от текущего состояния ячейки памяти UPR входной поток ограничивается или нет с помощью блока 6.
Далее процесс происходит аналогично предыдущему – без ограничения нагрузки.
В данной работе исследование характеристик фрагмента сети ПД производится с помощью имитационной модели фрагмента сети ПД-КП, созданной на базе проблемно-ориентированного языка, описывающего СМО. Работа фрагмента сети исследуется в течение 1000 м.е. (1000 с), что задается таймером модельного времени в программе.
Студенту не предлагается знакомиться с языком программирования и изучать программу. Цель работы состоит в том, чтобы получить набор статистических данных, используя данную программу имитационной модели.

 

http://dvo.sut.ru/libr/setysv/034goltc/pic/2-4.gif

Рис. 2.4. Временные диаграммы

 

В лабораторной работе студенту предлагается: 

  1. Исследовать фрагмент сети ПД и построить зависимости Yвых =
    = f(Yвх) для идеальной системы, рассчитав предварительно пропускную способность системы. При этом Yвых – число обслуженных пакетов за время моделирования (1000 м.е.), Yвх – число поступивших пакетов за время моделирования. 

  2. Пользуясь программами имитационных моделей UPR0 и UPR1, снять аналогичные зависимости для систем в режиме работы без ограничения потоков.
    Определить точки “перегрузки” и “блокировки”. Точкой “перегруза” принято считать точку отклонения реальной зависимости от идеальной. Точкой “блокировки” принято считать точку снижения интенсивности выходной нагрузки.
    На базе этой модели исследовать ВВХ системы с отказами и ожиданием. Построить зависимости ротк = f(h),

  3. где ротк - вероятность отказа заявке в обслуживании;

tочер = f(?), tсист = f(?),

где t - время пребывания пакета в очереди и системе соответственно.

  1. Пользуясь программой имитационной модели UPR2, использующей стратегию частичного ограничения нагрузки, построить аналогичную зависимость Yвых = f(Yвх) и определить оптимальные параметры системы управления – порог буфера (h) и долю ограничения нагрузки для данных условий. 

  2.  

Изменение исходных данных в программах

В программах UPR1 и UPR2 генерация входного потока осуществляется оператором:

20 GENERATE 40,FN$EXP

где 20 – номер строки; 40 математическое ожидание интервала между поступлением пакетов на вход системы (t? = 40); FN$EXP – экспоненциальный закон распределения интервалов между поступлением пакетов на входе системы.
Интенсивность поступления пакетов ? = 1/t?. Соответственно, интенсивность обслуживания пакетов ?вых = 1/t?, где t? – время обслуживания пакета. Время обслуживания сообщения соответствует его длине и скорости передачи и задается оператором:

50 ADVANCE 20,FN$EXP (t? = 20)

Изменение порога буфера можно осуществить операторами 33 (UPR1) и 76 (UPR2)

33 TEST LE Q$WAIT,5,BAC

Порог буфера в данном случае соответствует 5. (h=5)

76 TEST LE Q$WAIT,5,BAC

 

Наконец, изменение доли оганичения нагрузки можно произвести с помощью оператора 26 (программа UPR2)

26 TRANSFER .75.,YXOD

в данном примере ограничивается 75% входного (местного) потока.

Порядок выполнения работы

  1. Запустить поочередно программы UPR0 и UPR1. Вызвать в командную строку оператор программы GENERATE 40,FN$EXP (program line 1) и, изменяя значение операнда от 50 до 5, получить набор статистических данных.

Полученные данные свести в табл. 1 и 2,

где INPUT – счетчик, подсчитывающий суммарное число поступивших на вход пакетов;

OUT – счетчик, подсчитывающий число обслуженных пакетов;

ОТК – вероятность отказа в обслуживании в % для программы UPR0 и вероятность повторной передачи пакетов в программе UPR1;

tочер – среднее время пребывания пакета в очереди WAIT (в выходной статистике фиксируется

QUEUE WAIT ……… AVE TIME);

tсист – среднее время пребывания пакета в системе (в выходной статистике фиксируется

TABLE TIME ……… MEAN TIME).

Таблица 1 (2)

Средний интервал между поступлением заявок (операнд А в блоке GENERATE)

50

40



5

Число заявок, поступивших на вход системы (показания счетчика INPUT)

 

 

 

 

Число обслуженных заявок (показания счетчика OUT)

 

 

 

 

Вероятность отказа в обслуживании ОТК

 

 

 

 

Среднее время ожидания в очереди tочер

 

 

 

 

Среднее время пребывания в системе tсист

 

 

 

 

Порог буфера h = 3, 6, 9

 

 

 

 

  

  1. Запустить программу UPR2 для стратегии с ограничением нагрузки. Вызвать в командную строку оператор программы GENERATE и, изменяя значения операнда от 50 до 5 получить очередной набор статистических данных. Полученные результаты свести в табл. 3. 

Таблица 3

Средний интервал между поступлением заявок (операнд А в блоке GENERATE)

50

40



5

Число заявок, поступивших на вход системы (показания счетчика INPUT)

 

 

 

 

Число обслуженных заявок (показания счетчика OUT)

 

 

 

 

25%, 50%, 75% ЧОН

 

 

 

 

Порог буфера h = 3, 6, 9

 

 

 

 

 

Оформление отчета 

1. Построить зависимость интенсивности количества заявок обслуженного потока от количества заявок, поступивших на вход идеальной системы, и для реальных систем с ограниченным буфером (программы UPR0 и UPR1):

Yвых = f(Yвх).

При расчете пропускной способности системы необходимо определить максимальную пропускную способность системы в виде максимального числа пакетов, которое система может обслужить за время моделирования Т при среднем времени обслуживания пакета t.

2. На основании статистических данных, полученных в процессе выполнения программы UPR1 и сведенных в табл. 1 и 2, построить зависимости:

Yвых = f(Yвх) для различных значений h =3, 6, 9;

ротк = f(h) при среднем интервале времени между поступлением пакетов - 20 (15) м.е.;

tочер = f(? вх) для различных значений h=3,9;

tсист = f(? вх) для различных значений h=3,9;

 

3. На основании статистических данных, полученных в результате моделирования системы с ограничением нагрузки и сведенных в табл. 2, построить зависимости:

Yвых = f(Yвх) при ЧОН – 25, 50, 75% для h = 3, 9.

Контрольные вопросы 

  1. Проанализировать полученные зависимости.

  2. Построить зависимость Yвых = f(Yвх) для различных стратегий управления потоком в узле перегрузки. 

  3. Проанализировать аналогичные зависимости для других промежуточных узлов сети ПДС (до узла перегрузки).

  4. Объяснить, как влияет величина порога h на пропускную способность сети. 

  5. Объяснить, как влияет доля ограничения нагрузки на потери пропускной способности сети.

3. Исследование ВВХ локальной сети со случайным доступом

Общие сведения

Передача сообщений между абонентами в локальных сетях (ЛС) осуществляется в соответствии с 7- уровневой моделью ВОС.
Ввиду характерных особенностей функционирования ЛС, 2-й уровень ЭМ ВОС для ЛС подразделяется на 2 подуровня:

- уровень логического звена (УЛЗ);

- уровень доступа к среде (УДС).

На уровне логического звена решаются все традиционные задачи второго уровня:

- зашита от ошибок;

- синхронизация;

- выбор длины кадра и пр.

На уровне доступа определяются характеристики, связанные с реализацией процедуры доступа.
В работе исследуется процедура доступа абонентов к среде передачи и связанные с ней ВВХ.
Исследуется локальная сеть шинной топологии. Метод доступа к моноканалу случайный – с прослушиванием канала до и после передачи.
Для абонентов, включенных в ЛС, реализуется система РОС-ОЖ, в которой передача последующих пакетов осуществляется только после успешной передачи предыдущего пакета. Никакого упорядоченного управления не существует. Каждая система действует независимо, без учета состояния очереди у каждого абонента.
Повторная передача пакетов осуществляется в соответствии с заданным временем, распределенным по случайно равномерному закону.
В работе рассматривается локальная сеть с асинхронным доступом, т.е. передача пакетов осуществляется немедленно после возникновения потребности в передаче пакета. Задержка определяется только доступностью канала.
Исследуются системы М/М/1/?, D/D/1, G/G/1 – т.е. распределение входного потока и обслуженного осуществляется по закону Пуассона, равномерному, детерминированного .и пр.
Каждый пакет, попавший в конфликт, должен передаваться повторно, причем повторные передачи продолжаются до тех пор, пока пакет не будет успешно принят.
Основными выходными характеристиками ЛС в данной работе приняты:

Описание лабораторной работы

Структурная схема ЛС шинной топологии и физическая модель в терминах ТМО приведены на рис. 3.1, а алгоритм работы - на рис. 3.2.
В лабораторной работе моделируется ЛС с помощью проблемно-ориентированного языка, предназначенного для описания процессов, происходящих в СМО. Время моделирования принято – 10000 м.е.
Предполагается определить ВВХ: время доставки пакета и коэффициент использования моноканала с помощью статистических данных, полученных в результате моделирования.
В лабораторной работе на базе проблемно-ориентированного языка GPSS-PC создана программа имитационной модели локальной сети. Параметры имитационной модели при желании можно изменять. В работе используются следующие параметры:

1. l (средняя длина пакета) определяет время обслуживания/передачи заявки ( tпер). Определяется операндом А-оператора

200 ADVANCE 50,FN$EXP

В работе приняты: скорость модуляции В = 200 кб/с, l = 100 бит. Следовательно, время передачи tпер = 1/В = 100/200  103 = 50  10-5 с.

В имитационной модели локальной сети принят масштаб, в котором
1 м.е. = 10-5 с, поэтому время передачи соответствует 50 м.е., т.е. операнду
А-оператора 200.

2. ?вх – интенсивность входного потока. Необходимо иметь в виду, что в программе ?вх соответствует значению суммарной интенсивности. В данной модели используются 4 абонента на входе ЛС. Соответственно

?вх = ?1 + ?2 + ?3 + ?4,

что справедливо при ?1 = ?2 = ?3 = ?4. При этом ?вх = 1/t?, где t? – средний интервал между поступлением заявок. Определяется операндом А-оператора

40 GENERATE 50,FN$EXP

В модели t? = 50 м.е. = 50  10-5с, ?вх = 1/50  10-5 = 2000 собщ/с.

3. L ( длина моноканала, км) определяет время распространения сообщения по моноканалу tр = L/с, где с = 3  105 км/с, определяется операндами А и В оператора

70 ADVANCE 4,4

В исходной программе длина моноканала принята равной 24 км, что соответствует tр = L/с = 24 / 3  105 = 8  10-5 = 8 м.е. (в программе 4 + 4).

Изменить исходные данные можно с помощью указанных операторов.

http://dvo.sut.ru/libr/setysv/034goltc/pic/3-1top.gif

а) Схема ЛС шинной структуры

http://dvo.sut.ru/libr/setysv/034goltc/pic/3-1niz.gif

 

б) Физическая модель ЛС в терминах ТМО 

Рис. 3.1. Структурная схема и физическая модель ЛС со случайным доступом

Обозначения:
аб.n – абонентская установка; МП – микропроцессорная система; CAN – моноканал; 1, 2, …, n – очереди абонентских система; УПМДО – устройство прослушивания моноканала до передачи; УПМПЛ – устройство прослушивания моноканала после передач.

 Описание алгоритма

В алгоритме отражены последовательно узлы генерации входных потоков от абонентов и размещение их в очередях от 1 до n.
Далее следуют общие блоки, отражающие работу по доступу к моноканалу – проверка доступности моноканала до передачи сообщения в канал, занятие моноканала и задержка сообщений на время 15–40 м.е. для повторной передачи сообщений в случае наличия конфликта. 

http://dvo.sut.ru/libr/setysv/034goltc/pic/3-2.gif

Рис. 3.2. Алгоритм работы модели ЛС со случайным доступом

 

Порядок выполнения работы

В лабораторной работе предлагается исследовать влияние времени распространения на исследуемые ВВХ.
Для этого предлагается запустить программу LOCAL и вызвать в командную строку оператор программы

GENERATE 50, FN$EXP

(program. line 1) и, изменяя значения операнда А (интервал между поступлением пакетов), получить набор статистических данных. Данные свести в табл. 1.
1. Задать значение времени распространения tр = 4 + 4 м.е. и построить табл.1 для различных законов распределения поступающих заявок (детерминированный, равномерный и Пуассона).

Таблица 1

Значения операнда А в блоке GENERATE

200

100

90

80

70

60

50

40

30

Среднее время пребывания заявки в очереди tq

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Среднее время пребывания заявки в системе tw

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Средняя длина очереди

q

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Коэффициент использования моноканала ?

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Снять аналогичную зависимость для tр = 20,20
3. На основании полученных результатов построить зависимости ? = f(?) для систем: M/M/1, D/D/1, G/G/1.

 Контрольные вопросы

  1. Объяснить достоинства и недостатки синхронной и асинхронной ЛС.

  2. Проанализировать параметры ЛС и их влияние на исследуемые зависимости.

  3. Определить влияние времени распространения на время доставки пакета.

  4. Сравнить данный метод доступа к моноканалу с другими методами случайного доступа.

4. Моделирование фрагмента ЦК и анализ его параметров 

Цель работы. Ознакомиться с принципом работы центров коммутации. Произвести анализ характеристик ЦК. Произвести расчет параметров центра коммутации сообщений, определить оптимальные параметры с точки зрения заданных критериев.

Общие сведения

В работе необходимо произвести исследование фрагмента центра коммутации (ЦК) на ступени абонентского искания. Как известно, структура современных центров коммутации (ЦК) и алгоритмы обслуживания вызовов в них отличаются от систем коммутации ступеней абонентского искания существующих АТС.
Это отличие делает выполнение расчетов ЦК весьма затруднительным, а иногда и просто невозможным, например, в том случае, когда обслуживание вызовов происходит по какому-то специальному закону, отличающемуся от закона обслуживания вызовов от обычных телефонных абонентов.
Моделирование работы ЦК позволяет провести комплексное исследование работы этой системы и не только получить результаты работы системы до ее физического создания, но и позволит провести оптимизацию структуры системы и алгоритмов обслуживания вызовов. Кроме того, результаты моделирования позволяют существенно сократить и облегчить в дальнейшем работу по распределению нагрузки на приборы обслуживания и оптимизировать их работу. И, наконец, наличие модели позволит в дальнейшем любые изменения в структуре ЦК и алгоритмах обслуживания вызовов моделировать на модели и проверять эффективность любых изменений до их физической реализацией, что, несомненно, уменьшит вероятность принятия ошибочных решений по дальнейшему развитию ЦК.
Результатом работы по моделированию будут оптимальное построение ЦК и оптимальные алгоритмы обслуживания вызовов с учетом ограничений, которые накладываются в реальных системах при их реализации. В частности, могут быть учтены многие факторы, влияющие на качество обслуживания вызовов, до реализации ЦК. Например, может быть оптимизировано число соединительных линий между ступенями, алгоритмы обслуживания вызовов на каждой ступени, время ожидания, алгоритмы обслуживания вызовов и т. д. И, наконец, модель позволит в дальнейшем моделировать любые предполагаемые изменения в ЦК для оптимизации дальнейшего развития ЦК.

Задание

В данной работе студенту предлагается рассчитать параметры конкретного фрагмента ЦК в виде ступени искания и произвести его исследование. Задача формулируется следующим образом.
На вход ступени искания центра коммутации, имеющей m соединительных линий, поступает групповой поток с интенсивностью  сообщ./с. Сканирующее устройство распределяет заявки группового потока по направлениям. При занятости соответствующей линии, заявки получают отказ в обслуживании.
После занятия соединительной линии заявки через буфер поступают в прибор обслуживания заявок SERVER в l мест. Заявки могут получать отказ в обслуживании при недостаточной емкости буфера h и при превышении времени ожидания в очереди Тож.
Во время нахождения в очереди и далее в приборе обслуживания SERVER, заявки удерживают соединительную линию. После обслуживания прибором SERVER, заявки покидают прибор обслуживания и освобождают соответствующую соединительную линию.
Общая физическая модель фрагмента ЦКС представлена на рис 4.1.

Порядок выполнения работы

1. Построить временные диаграммы, отражающие работу отдельных узлов ЦК при заданных исходных данных:

- построить физическую модель системы в терминалах ТМО для заданных параметров и привести его описание;

- определить абсолютное число отказов каждого вида для детерминированного процесса при заданных исходных значений;

- построить временную диаграмму, иллюстрирующую расчет параметров на заданном отрезке моделирования Т;

- определить статистические вероятности отказов всех типов.

2. Рассчитать параметры моделируемой системы:

-среднее время занятия соединительных линий;

-расчет вероятностей отказов в обслуживании по различным причинам по ОТК1, ОТК2, ОТК3.

3. Запустить программу JJJ, введя предварительно свои исходные данные. Получить выходные статистические результаты. Проверить совпадение с результатами, полученными в процессе построения временных диаграмм.

http://dvo.sut.ru/libr/setysv/034goltc/pic/4-1.gif

Приложение

Описание алгоритма и программы моделирования

В данной работе моделирование системы осуществляется с помощью проблемно-ориентированного языка, описывающего процессы, происходящие в СМО.
Имитационное машинное моделирование на языке GPSS-РС предполагает разворачивание физического процесса во времени, как это имеет место в реальном процессе. Процесс обработки заявок в узле коммутации предполагает обработку системой очередной заявки во времени. Операторы программы соответствуют логическим узлам системы и их работа соответствуют обработке сообщений, поступающих на вход.
Источник сообщений, генерирующий заявки группового потока, соответствует оператору GENERATE. Уход отработанных заявок осуществляется с помощью оператора TERMINATE. Термин ‘заявка’ в версии GPSS-PC соответствует термину “транзакт”. Остальные операторы в программе соответствуют обработке сгенерированных сообщений в логических узлах. Так, с помощью оператора ASSIGN A,B в параметр транзакта, заданном в операнде А, записывается какая-либо информация. В данном случае во второй параметр каждого транзакта записывается текущее содержимое ячейки памяти с именем SAV. Оператор SAVEVALUE A+,B означает, что в ячейку памяти с именем, указанном в операнде А при прохождении очередного транзакта добавляется число, указанное в операнде В. В данном случае добавляется единичка, т.е. производится подсчет транзактов.
Назначение операторов и логика их работы указаны в правом поле приведенной программы.

 

SIMULATE

Начать моделирование

 

INITIAL X$SAV,0

 

SERV STORAGE 4

Ввести исходные. Данные:

 

  • записать “0” в ячейку памяти с именем SAV

 

  • указать емкость прибора обслуживания SERV (l = 4)

GENERATE 10

Сгенерировать поток сообщения со средним интервалом между заявками в 10 м.е.

SSS SAVEVALUE SAV+,1

Последовательно производить подсчет заявок от 1 до m и записывать результат в ячейку памяти с именем SAV. Это будет соответствовать в дальнейшем номеру соединительной линии.

 

TEST LE X$SAV, 8, NNN

Произвести проверку содержимого счетчика ,реализованного на базе ячейки памяти SAV

Если содержимое ячейки SAV= m ,то заявка поступает в систему, в противном случае, она идет по адресу NNN, где счетчик обнуляется и заявка возвращается по метке SSS на вход счетчика.

ASSIGN 2, X$SAV

Переписать содержимое счетчика SAV в какой-то параметр заявки транзакта (например, второй) для того, чтобы под этим номером занимать соединительную линию (СЛ) от 1 до m

GATE NU P2, OTK 1

Проверить занятость соединительной линии, номер которой указан в параметре 2.Если линия свободна, то заявка поступает в систему, в противном случае, она уходит в отказ по метке ОТК1. Во втором параметре транзакта– Р2, могут быть номера от 1 до m

TEST L Q$WAIT,4, OTK 2

Проверить текущую емкость буфера с именем WAIT – меньше ли (h) четырех. Если так, то заявка будет далее продвигаться в системе (встанет в очередь), в противном случае она должна покинуть систему по метке ОТК 2

SEIZE P2

Занять соединительную линию, номер которой содержится в параметре два – Р2, т.е. от 1–m

QUEVE WAIT

Занять буфер с именем WAIT

TEST LE M1, 14, OTK 3

Проверить время нахождения в системе (т.е. в очереди) – М1, меньше или равно (LE) – пороговому значению Тож (14). Если время ожидания меньше порогового, заявка (транзакт), находится в очереди, в противном случае она уходит в отказ по ОТК 3.

ENTER SERV

Занять многоканальный прибор обслуживания с именем SERVER

DEPART WAIT

Поcле занятия прибора обслуживания SERVER, покинуть очередь WAIT

ADVANCЕ 51

Произвести обслуживание заявки в течении 51 м.е. (t =51 мс)

LEAVE SERV

Покинуть прибор обслуживания SERV

RELEASE P2

Освободить соответствующую СЛ, номер которой хранится во втором параметре – Р2

TERM

Покинуть систему .

 

OTK1 TERM

OTK2 TERM

OTK3 TERM

NNN SAVEVALUE SAV,0,

TRANSFER ,SSS

Покинуть систему.

Покинуть систему.

Покинуть систему

Обнуление счетчика.

Возврат транзакта в систему

GENE 1000

Задать время моделирования – Т

(Т = 1000)

SAVEVALUE SCH 1, N$ OTK1

 

SAVEVALUE SCH 2, N$OTK2

 

SAVEVALUE SCH 3, N$OTK3

 

Записать в ячейку памяти SCH1 число отказов по входу

Записать в ячейку памяти SCH2 число отказов из-за недостаточной емкости буфера

Записать в ячейку памяти SCH3 число отказов по времени ожидания

 

 

http://dvo.sut.ru/libr/setysv/034goltc/pic/4-2.gif

Рис. 3.2. Алгоритм моделирования

Построение временных диаграмм

В работе предлагается построить временные диаграммы для заданных исходных данных.
Имитационное моделирование в данной системе начинается с генерации во времени группового потока заявок, которое будет происходить до окончания времени моделирования Т. Операторы программы реагируют на поступившее очередное сообщение и обрабатывают его в соответствии с назначенной им логики работы.
Рассмотрим пример построения временной диаграммы для следующих исходных данных (рис 4.3.):

t - интервал между заявками – 10 м.е.,

в модельных единицах;

t - время обслуживания заявок – 52 м.е.,

в модельных единицах;

m = 8; l = 3; h = 2

Тож – порог времени ожидания в буфере – 21 м.е.,

в модельных единицах;

Т – время моделирования – 115 м.е.,

в модельных единицах.

Первая строка во временной диаграмме соответствует поступлению заявок на вход системы, формируемых оператором GENERATE 10. Операнд в операторе указывает средний интервал между заявками. В данном примере он соответствует десяти. Далее, сканирующее устройство начинает распределять заявки по соединительным линиям с помощью суммирующего счетчика, реализованного на базе ячейки памяти SAV. Каждая соединительная линия представлена одноканальным прибором обслуживания, удерживаемым на все время обработки сообщения – и в очереди и в приборе обслуживания SERVER. Результат счета представлен на второй строке временной диаграммы.
Дальнейшие строки отражают состояние очереди (при h = 2) – строки 3, 4 и прибора обслуживания (при l = 3) – строки 5, 6, 7.
В соответствии с логикой работы, первые три заявки, сгенерированные в моменты времени 10, 20 и 30 м.е., через буфер поступят в свободный прибор обслуживания и займут соответствующее место в приборе на время обслуживания заявки – t (в примере t = 52м.е.) т.е. до момента времени 62, 72 и 82 м.е. соответственно. При этом будут удерживаться соединительные линии СЛ1,СЛ2 и СЛ3.
Четвертая и пятая заявки вынуждены встать в очередь. Четвертая заявка через время ожидания, равное пороговому - Тож = 21м.е. покинет очередь и уйдет в отказ (по ОТК 3). Пятая заявка к моменту освобождения одного места прибора обслуживания (62 м.е.) будет находиться в очереди 12 м.е., что меньше Тож, следовательно, она не уйдет в отказ, а займет место в приборе обслуживания SERV(ER).
Шестая заявка уйдет в отказ из-за занятости буфера - по h (ОТК 2), так как все места в очереди и приборе обслуживания будут заняты заявками 1,2,3,4 и 5.
К приходу седьмой заявки , очередь полностью освободится и заявка встанет в очередь, а через время в 2 м.е. (72 – 70)м.е., займет место приборе обслуживания SERVER. Восьмая заявка будет вести себя аналогично, и после 82 м.е. прибор обслуживания будет полностью загружен, удерживая СЛ5, СЛ7 и СЛ8.
После восьмой заявки счет заявок начнется с начала и первая заявка нового цикла встанет в очередь. Однако, через пороговое время Тож = 21 м.е., уйдет в отказ по ОТК3, т.к. прибор обслуживания освободится только в момент времени 10+ 2  52 = 114 м.е. Вторая заявка (второго цикла) встанет в очередь и через 14 м.е. займет прибор обслуживания, а третья заявка уйдет в отказ (по ОТК2) из-за занятости буфера.
Как видно из временной диаграммы, при данных исходных параметров отсутствуют отказы по входу – по ОТК1. Изменим исходные данные таким образом, чтобы имели место отказы по входу – по ОТК1.

t - интервал между заявками – 5 м.е.,

в модельных единицах;

t - время обслуживания заявок – 52 м.е.,

в модельных единицах;

m = 8; l = 3; h = 2

Тож – порог времени ожидания в буфере – 21 м.е.,

в модельных единицах;

Т – время моделирования – 115 м.е.,

в модельных единицах.

Результаты анализа модели представлены на второй временной диаграмме – рис 4.3. В данной временной диаграмме назначение строк в этой диаграмме то же, что и в предыдущей. Заявки поступают в систему через 5 м.е.- в 5м.е.,10м.е.,15м.е. и т.д.

Также, как в предыдущей диаграмме, первые три заявки транзитом займут прибор обслуживания SERVER и соединительные линии СЛ1,СЛ2 и СЛ3.

Четвертая и пятая заявки займут очередь, после чего они уйдут в отказ по ОТК3. Шестая, седьмая и восьмая заявки уйдут в отказ из-за занятости буфера –по ОТК2.

Заявки второго цикла –1,2 и 3 – уйдут в отказ по входу – по ОТК1, т.к. соединительные линии СЛ1,СЛ2 и СЛ3 заняты.

Заявки 4,5 и 6 займут освободившийся к этому времени прибор обслуживания SERVER и соединительные линии СЛ,СЛ5 и СЛ6.

Далее, заявки 7 и 8 встанут в очередь и через время в 21 м.е. уйдут в отказ по времени ожидания – по ОТК3.

Заявки третьего цикла – 1,2 и 3 уйдут в отказ по занятости буфера – по ОТК2, а заявки 4 , 5 и 6 – по занятости соединительных линий по ОТК1.

Таким образом, за время моделирования при данных исходных данных зафиксировано 16 отказов:

ОТК1 – 6; ОТК2 – 6; ОТК3 - 4

Расчет параметров

  1. Расчет среднего времени занятия СЛ можно провести по формуле:

http://dvo.sut.ru/libr/setysv/034goltc/pic/formula.gif,

где ti – время занятия СЛ индивидуальным вызовом;

n – число занятий СЛ.

Например, для случая, приведенного на рис. 4.3.

t 1 = 52 мс; t 4 = (52+21)/2=36,5; t 7 = 21 мс;

t2 = 52 мс;

t 5 =

21+50

=35,5 мс;

t 8 = 21 мс.

2

t 3 = 52 мс; t 6 = 45.

  1. Вероятности отказов:

Ротк =

Nотк

 100 (%) ,

Nобщ

Где Nотк – число отказов соответствующего типа;

Nобщ – общее число заявок.

Например, для случая, представленного на рис 4.3.

Ротк 1 =

6  100

= 27,2 %,

22




Ротк 3 =

4  100

= 18,1 %.

22

Общее число заявок за время моделирования Т можно определить по формуле:

Nобщ = Т   =

Т

 

t

где Т – период моделирования;

t - интервал между заявками;

 - интенсивность потока ( = 1/ t ).

  1. Загрузка прибора обслуживания SERVER (в эрлангах):

 = Сntзан

где С – число вызовов в час;

n – число каналов;

tзан – время занятия каналов;

 - загрузка, создаваемая сообщениями.

http://dvo.sut.ru/libr/setysv/034goltc/pic/4-3.gif

http://dvo.sut.ru/libr/setysv/034goltc/pic/4-4.gif

Литература


1. Арипов М.Н., Захаров Г.П., Малиновский С.Т., Яновский Г.Г. Проектирование и техническая эксплуатация сетей передачи дискретных сообщений. - М.:Радио и связь, 1988.
2. Зелигер Н.Б., Чугреев О.С., Яновский Г.Г. Проектирование сетей и систем передачи дискретных сообщений. - М.: Радио и связь, 1984 .
3. К. Ги. Введение в локальные вычислительные сети - М.: Радио и связь, 1986 .

Учебный материал
© bib.convdocs.org
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации