Моделирование работы прохождения запросов по дуплексному каналу связи

Министерство образования и науки Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Северо-Кавказский государственный технический университет

Факультет информационных технологий и телекоммуникаций

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовому проекту

по Моделированию систем

на тему: Моделирование работы прохождения запросов по дуплексному каналу связи

Ставрополь 2011 г.

Содержание

Введение

. Описание моделирующей системы

. Структурная схема

. Временная диаграмма

. Q-схема системы

. Укрупненная схема моделирующего алгоритма

. Детальная схема моделирующего алгоритма

. Вывод результатов

Заключение

Список литературы

Введение

Распределенный банк данных организован на базе двух ЭВМ, соединенных каналом связи. Поступающий запрос обрабатывается на первой ЭВМ и с вероятностью 50% необходимая информация обнаруживается в этой ЭВМ. В противном случае запрос направляется во вторую ЭВМ. Запросы поступают через 103 сек.. Выдача ответа с первой ЭВМ требует 202 сек., передача по каналу на вторую ЭВМ занимает 3с. Временные характеристики второй ЭВМ аналогичны.

Смоделировать прохождение 400 запросов. Определить необходимую емкость накопителей перед обеими ЭВМ, обеспечить безотказную работу системы.

Цель работы: создать модель распределенного банка данных, рассчитать характеристики его работы и сравнить его с аналитическим.

В последние годы основные достижения в различных областях науки и техники неразрывно связаны с процессом совершенствования ЭВМ. Сфера применения ЭВМ - бурно развивающаяся отрасль человеческой практики, стимулирующая развитие новых теоретических и прикладных направлений. Ресурсы современной информационно-вычислительной техники дают возможность ставить и решать математические задачи такой сложности, которые в недавнем прошлом казались нереализуемыми, например моделирование больших систем.

Исторически первым сложился аналитический подход к исследованию систем, когда ЭВМ использовалась в качестве вычислителя по аналитическим зависимостям. Анализ характеристик процессов функционирования больших систем с помощью только аналитических методов исследования наталкивается обычно на значительные трудности, приводящие к необходимости существенного упрощения моделей либо на этапе их построения, либо в процессе работы с моделью, что может привести к получению недостоверных результатов.

Поэтому в настоящее время наряду с построением аналитических моделей большое внимание уделяется задачам оценки характеристик больших систем на основе имитационных моделей, реализуемых на современных ЭВМ с высоким быстродействием и большим объемом оперативной памяти. Причем перспективность имитационного моделирования как метода исследования характеристик процесса функционирования больших систем возрастает с повышением быстродействия и объема оперативной памяти ЭВМ, с развитием математического обеспечения, совершенствованием банков данных и периферийных устройств для организации диалоговых систем моделирования. Это, в свою очередь, способствует появлению новых "чисто машинных" методов решения задач исследования больших систем на основе организации имитационных экспериментов сих моделями. Причем ориентация на автоматизированные рабочие места на базе персональных ЭВМ для реализации экспериментов с имитационными моделями больших систем позволяет проводить не только анализ их характеристик, но и решать задачи структурного, алгоритмического и параметрического синтеза таких систем при заданных критериях оценки эффективности и ограничениях.

Теоретические сведения к работе можно найти в следующей литературе:

1. Советов Б.Я., Яковлев С. А. Моделирование систем. - М.:ВШ,1995.

2. Советов Б.Я., Яковлев С.А. Моделирование систем. Практикум. - М.:ВШ,1999.

3. Вентцель Е.С. Исследование операций. - М.:Сов. Радио, 1972.

1. Описание моделирующей системы

Из анализа задачи можно сделать вывод о том, что процессы, протекающие в нашей системе являются случайными. Действительно: запрос, который нуждается в обработке, может появиться в любой момент времени. Случайна и продолжительность обработки запроса ЭВМ. Поэтому, данную систему можно отнести к классу систем массового обслуживания (СМО). СМО - это разновидность математических схем, разработанных в теории массового обслуживания для формализации процессов функционирования систем с преобладанием массового обслуживания (например, очереди любого вида, работа любой АТС, поток задач в вычислительный центр, поток неисправных приборов в ремонтную мастерскую и т. п.). Такие системы описываются при помощи терминов Q-схем (непрерывно-стохастических схем). Потоки требований, потоки обслуженных требований и вообще все потоки в СМО обладают одним свойством - они случайны. Любой элементарный акт обслуживания в СМО можно разделить на две составляющих:

1)   ожидание заявкой начала обслуживания;

2)   собственно обслуживание заявки.

Таким образом, можно представить следующую схему элементарной СМО (рис. 1.1).

банк данный накопитель компьютер алгоритм

Рис. 1.1. Q-схема элементарной СМО.

Здесь:

И - источник заявок; Н_i - i-ый накопитель заявок; К_i - i-ый обслуживающий прибор; W_i - поток заявок на обслуживание; V_i - поток заявок, получивших отказ в обслуживании; Y_i - поток обслуженных заявок.

Накопитель заявок Н_i характеризуется емкостью:

l_i = 0, L,

где l_i - количество заявок в настоящий момент;- емкость накопителя.

Канал обслуживания К_i характеризуется скоростью или интенсивностью обслуживания заявок.

Потоки W_i, V_i и Y_i являются потоками событий.

. Структурная схема

Структурная схема модели системы приведена на рис. 2.1.

Рис. 2.1. Структурная схема модели системы.

В результате анализа условия задачи можно сделать вывод, что для данной модели существуют две ситуации:

a) Запрос обрабатывается с положительным результатом на первой ЭВМ и уходит из системы.

b)   В результате обработки нужная информация не находится на первой ЭВМ и запрос передается на вторую ЭВМ, после чего уходит из системы.

Как видно из условия, в системе не предусмотрен отказ, и расчет размеров накопителей является одним из рассчитываемых параметров.

. Временная диаграмма

Процесс функционирования станции техобслуживания автомобилей можно представить на временной диаграмме (рис. 3.1).

Рис. 3.1. Временная диаграмма.

На диаграмме:

Ось 1 - время поступления запросов;

Ось 2 - время ожидания запросов в накопителе №1;

Ось 3 - время обработки запросов в первой ЭВМ;

Ось 4 - время ожидания запросов в накопителе №2;

Ось 5 - время обработки запросов во второй ЭВМ;

С помощью временной диаграммы можно выявить все особые состояния системы, которые необходимо будет учесть при построении детального моделирующего алгоритма.

4. Q -схема системы

Все описанное выше есть, по сути, этап построения концептуальной модели системы. Следующим должен дать этап формализации модели. Так как описанные процессы являются процессами массового обслуживания, то для формализации задачи используем символику Q-схем . В соответствии с построенной концептуальной моделью и символикой Q - схем структурную схему данной СМО (рис. 2.1) можно представить в виде двухфазной одноканальной Q-схемы, показанной на рис. 4.1, где И - источник, К - канал, Н - накопитель.

Рис. 4.1. Структурная схема БД в символике Q - схем.

Источник И имитирует процесс появления запросов (в терминах Q-схем - заявок). Если каналы К1, К2 имитирующие работу бригад, заняты, то заявки поступают в накопители Н1 и Н2 соответственно. Если необходимая информация не была найдена на первой ЭВМ, то запрос поступает на обработку во вторую ЭВМ.

. Укрупненная схема моделирующего алгоритма

Обобщенная схема моделирующего алгоритма данной задачи, построенная с использованием принципа t, представлена на рис. 5.1. При построении моделирующего алгоритма по принципу t или алгоритма с детерминированным шагом тщательно анализируются все потоки событий в моделируемой системе. Выбирается поток с максимальной интенсивностью событий, в нем определяется минимальный интервал времени между двумя соседними событиями и этот интервал принимается неизменным: t = const. По этому алгоритму в момент времени t_i производится просмотр состояний всех элементов системы, делаются необходимые изменения в состояниях, и считается, что далее в течение времени t в системе ничего не происходит. Очередной просмотр состояний элементов системы производится в момент времени t_i+t, и далее все повторяется с этой периодичностью. В приведенном моделирующем алгоритме блоки 2,3,11,12 являются типовыми. Блоки 4-10 - это блоки, в которых содержатся операции, характерные для рассматриваемой СМО.

Рис. 5.1. Обобщенная схема моделирующего алгоритма процесса обработки запросов банком данных.

В соответствии с рассмотренными выше соображениями, при моделировании СМО целесообразно начинать просмотр элементов схемы от конца к началу, поэтому блоки 4 - 10 будут иметь следующее содержание:

·   блок 4: проверка условия окончания процесса моделирования работы системы;

·   блок 5: поступление запросов на вход системы;

·   блок 6: моделирование работы канала К1;

·   блок 7: проверка на наличие необходимой информации в первой ЭВМ.

·   Блок 8: переход запроса в накопитель Н2

·   Блок 9: обработка запроса в канале К2

·   Блок 10: переход к следующему моменту

системного времени t_n.

6. Детальная схема моделирующего алгоритма

Блок 2.

Рис. 6.1. Детальная блок-схема блока 2.

Предназначен для объявления исходных переменных.

Содержит следующее описание:

Блок 3

Предназначен для задания начальных значений.

{Устанавливаем параметры источника}.WorkTime:=Round(SE1.Value);.WorkTimeDisp:=Round(SE2.Value);

I.FullWorkTime:=0;

{Устанавливаем параметры каналов}

Chan1.Busy:=False;.WorkTime:=Round(SE3.Value);.WorkTimeDisp:=Round(SE4.Value);.Busy:=False;.WorkTime:=Round(SE5.Value);.WorkTimeDisp:=Round(SE6.Value);

{Устанавливаем параметры накопителей}

Store1.Size:=0;.MaxSize:=Round(SE7.Value-((SE1.Value-.Value)*SE7.Value/(SE3.Value+SE4.Value)));.Size:=0;.MaxSize:=Round(SE7.Value-((SE3.Value-.Value)*SE7.Value/(SE5.Value+SE6.Value+3)));

Блок 4

Блок-схема блока 4 приведена на рис. 6.3

Рис. 6.3 Детальная блок-схема блока 4.

Предназначен для проверки окончания процесса моделирования, который прекращается при обработке всех запросов .

Блок 5.

Блок-схема блока 5 приведена на рис. 6.4

Поступление запроса в систему.

Рис. 6.4 Детальная блок-схема блока 5.

Если системное время становится равным времени выдачи сообщени , то производится вычисление времени выдачи следующего сообщения и увеличение запросов в накопителе Н1.

Блок 6.

Блок-схема блока 6 приведена на рис. 6.5. В блоке 6 производится передача запросов из накопителя Н1 в канал К1.

Рис. 6.5 Детальная блок-схема блока 6.

Если накопитель Н1 не пуст и канал К1 не занят, то производится вычисление времени обработки запроса в первом канале и уменьшение количества запросов в накопителе.

Блок 7. Блок-схема блока 7 приведена на рис. 6.6

Рис. 6.6 Детальная блок-схема блока 7.

Если необходимая информация не найдена в первой ЭВМ, то запрос передается во второй накопитель. В противном случае запрос уходит из системы.

Блок 8. Блок-схема.

Передача запроса по каналу связи во второй накопитель.

Рис. 6.7 Детальная блок-схема блока 8.

Если канал К1 занят и время обработки запроса каналом К1 подошло к концу, то увеличивается количество запросов в накопителе Н2.

Блок 9. Блок-схема блока 9 приведена на рис. 6.8

В блоке производится передача запроса из накопителя Н2 в канал К2.

Если накопитель Н2 не пуст и канал К2 не занят, то производится расчет времени обработки запроса в канале К2, и уменьшение количества запросов в накопителе Н2.

Рис. 6.8 Детальная блок-схема блока 9.

Блок 11.

В блоке 11 подсчитываются показатели системы.

Рис. 6.9 Детальная блок-схема блока11.

Блок 12.

В блоке 12 производится вывод результатов.

Рис. 6.10 Детальная блок-схема блока12.

. Результаты моделирования

Результаты моделирования представлены с помощью формы следующего вида:

Заключение

Как уже отмечалось выше, в основе построения моделирующего алгоритма лежит принцип t. К преимуществам такого подхода к моделированию можно отнести простоту и наглядность, а также сравнительно небольшой расход машинной памяти Основной недостаток моделирующих алгоритмов, построенных с использованием принципа t - это большой расход машинного времени.

1)   повышение гибкости алгоритма;

2)   увеличение удобства работы пользователя;

3)   введение возможности оперативно вмешиваться в процесс моделирования с целью внесения необходимых поправок и изменений в текущее состояние системы;

4)   выгрузка текущего состояния системы в файл с возможностью дальнейшей загрузки и продолжения процесса моделирования.

Список литературы

1. Советов Б.Я., Яковлев С. А. Моделирование систем. - М.:ВШ,2003.

2. Советов Б.Я., Яковлев С.А. Моделирование систем. Практикум. - М.:ВШ,2007.

3. Вентцель Е.С. Исследование операций. - М.:Сов. Радио, 1972.