Введение
Модели́рование — исследование объектов познания на их моделях; построение и изучение моделей реально существующих объектов, процессов или явлений с целью получения объяснений этих явлений, а также для предсказания явлений, интересующих исследователя. В силу многозначности понятия «модель» в науке и технике не существует единой классификации видов моделирования: классификацию можно проводить по характеру моделей, по характеру моделируемых объектов, по сферам приложения моделирования (в технике, физических науках, кибернетике и т. д.).
Процесс моделирования включает три элемента:
· субъект (исследователь),
· объект исследования,
· модель, определяющую (отражающую) отношения познающего субъекта и познаваемого объекта.
Компьютерная модель — компьютерная программа, работающая на отдельном компьютере, суперкомпьютере или множестве взаимодействующих компьютеров (вычислительных узлов), реализующая представление объекта, системы или понятия в форме, отличной от реальной, но приближенной к алгоритмическому описанию, включающей и набор данных, характеризующих свойства системы и динамику их изменения со временем.
Компьютерные модели стали обычным инструментом математического моделирования и применяются в физике, астрофизике, механике, химии, биологии, экономике, социологии, метеорологии, других науках и прикладных задачах в различных областях радиоэлектроники, машиностроения, автомобилестроения и других различных областях. Компьютерные модели используются для получения новых знаний о моделируемом объекте или для приближенной оценки поведения систем.
Компьютерное моделирование является одним из эффективных методов изучения сложных систем. Одним из объектов изучения моделирования являются сети передачи данных - системы связи компьютеров или вычислительного оборудования (серверы, маршрутизаторы и другое оборудование).
Впервые в мире вычислительная сеть была применена в советском комплексе ПРО «Система А» (генеральный конструктор Г. В. Кисунько), возведённом в 1956—1960 годах в Казахстане. В сеть были объединены разработанные Институтом точной механики и вычислительной техники АН СССР компьютеры «Диана I» и «Диана II».
В настоящее время существует множество систем моделирования, позволяющие выполнять задачи различного характера: Arena, AnyLogic, GPSS, BPwin, ARIS Toolset.
GPSS (General Purpose Simulation System — система моделирования общего назначения) — язык моделирования, используемый для имитационного моделирования различных систем, в основном систем массового обслуживания. Так же может использоваться для моделирования вычислительных сетей и других различных процессов.
Таким образом, моделирование – важная область науки, изучающая различные процессы, объекты и явления. Существует множество программных средств, позволяющих создавать и анализировать модели.
Постановка задачи
Требуется разработать и отладить модель локальной сети на языке GPSS. Схема модели предложена на рисунке 1.
Рисунок 1
Описание объекта моделирования
Компьютерные сети, называемые также сетями передачи данных, являются логическим результатом эволюции двух важнейших научно-технических отраслей современной цивилизации — компьютерных и телекоммуникационных технологий. Компьютерная сеть представляет собой сложную и дорогую систему, решающую ответственные задачи и обслуживающую большое количество пользователей.
С одной стороны, сети представляют собой частный случай распределенных вычислительных систем, в которых группа компьютеров согласованно решает набор взаимосвязанных задач, обмениваясь данными в автоматическом режиме. С другой стороны, компьютерные сети могут рассматриваться как средство передачи информации на большие расстояния, для чего в них применяются методы кодирования и мультиплексирования данных, получившие развитие в различных телекоммуникационных системах.
Существует много различных классификаций компьютерных сетей. Самой распространенной из них является следующая классификация.
Сети бывают:
· локальные – объединяют компьютеры, находящиеся недалеко друг от друга, например, стоящие в соседних комнатах, в одном здании;
· глобальные – компьютеры могут находиться в разных городах и странах. Глобальные сети, как правило, объединяют несколько локальных сетей.
Во многих организациях, в которых эксплуатируются персональные компьютеры, создаются локальные вычислительные сети. Это делается потому, что они предоставляет ряд значительных преимуществ, по сравнению с использованием отдельных компьютеров.
Разделение ресурсов – позволяет экономно использовать ресурсы в информационной системе. Например, производить печать со всех компьютеров на одном принтере, использовать один дисковод DVD и т.д.
Разделение данных – позволяет иметь доступ с разных рабочих мест к файлам, которые расположены на других компьютерах. Благодаря разделению данных можно организовать работу нескольких пользователей по созданию общего документа.
Разделение программных средств – позволяет пользователям использовать программы, установленные на других компьютерах.
В локальной компьютерной сети компьютеры могут соединяться между собой, используя различные среды доступа: медные проводники (витая пара), оптические проводники (оптические кабели) и через радиоканал (беспроводные технологии). Отдельная локальная вычислительная сеть может иметь связь с другими локальными сетями через шлюзы, а также быть частью глобальной вычислительной сети (например, Интернет) или иметь подключение к ней.
Маршрутизация в локальных сетях используется простая, если она необходима. Чаще всего это статическая либо динамическая маршрутизация.
Internet – это глобальная компьютерная система, которая:
· логически взаимосвязана пространством глобальных уникальных адресов (каждый компьютер, подключаемый к сети имеет свой уникальный адрес);
· способна поддерживать коммуникации (обмен информацией);
· обеспечивает работу высокоуровневых сервисов (служб), например, WWW, электронная почта, телеконференции, разговоры в сети и другие.
Internet является одноранговой сетью, т.е. все компьютеры в сети равноправны, и любой компьютер можно подключить к любому другому компьютеру. Таким образом, любой компьютер, подключенный к сети, может предлагать свои услуги любому другому.
Надо отметить, что Internet – это не только каналы связи. В узлах этого всемирного соединения установлены компьютеры, которые и содержат нужную информацию и предлагающие различные информационные и коммуникационные услуги. Эти компьютеры называются серверы (хосты).
Серверы содержат информационные ресурсы. К ресурсам относятся любые базы данных, например, законодательные, научно-технические, коммерческие, рекламные, информацию из газет и журналов, файлы, программы, Web-страницы и т.д.
Сервер предоставляет услуги другим компьютерам, запрашивающим информацию, которые называют клиентами (пользователями, абонентами). Таким образом, работа в Internet предполагает наличие передатчика информации, приемника и канала связи между ними.
Для взаимодействия между собой программ в Internet используют протоколы.
Протокол передачи данных – набор соглашений интерфейса логического уровня, которые определяют обмен данными между различными программами. Эти соглашения задают единообразный способ передачи сообщений и обработки ошибок при взаимодействии программного обеспечения.
Таким образом, каждая программа, претендующая на работу в сети, должна следовать определенным правилам для приема и передачи данных.
Выбор решения
Для выполнения поставленной задачи была промоделирована часть исходной системы коммуникации. Модель скомпонована из 13ти клиентских компьютеров, 6ти локальных серверов и связей между ними. Передача осуществляется «свитчем», то есть передача информации от одного компьютера к другому происходит через специальные адреса. Модель выбранного решения, рассмотренная на примере передачи данных от ПК0 на ПК11 выглядит следующим образом (Рис. 3):
Рисунок 2
Маршрут 1: С0 –> С1 –> С2 –> С3 –> С4–> С5 –> С6 –> С7 –> С8 –> С9 –> С10–> С11.
Маршрут 2: С0 –> С12 –> С6–> С7 –> С13–> С11.
Описание блоков
Модель (программа) на языке GPSS представляет собой последовательность операторов (их называют блоками), отображающих события, происходящие в системе при перемещении транзактов.
Операторы (блоки) GPSS имеют следующий формат:
<метка> <имя_оператора> <поле_операндов> [<комментарий>]В данной работе используются следующие блоки:
GENERATE – блок, который определяет точку входа транзакций в модель.
GATE - блок, проверяющий состояния устройств, памятей, логических ключей (NU - устройство не занято; SNF - память не заполнена).
LEAVE - выводит транзакт из памяти.
ENTER - помещает транзакт в память.
TERMINATE – уничтожает транзакции, входящие в него.
START – запуск имитации модели.
ADVANCE – внесение задержек в прохождение.
RELEASE – освобождение устройства.
TRANSFER - пересылка сообщения на указанный блок.
SEIZE - занятие устройства или ожидание его освобождения для последующего занятия.
Заключение
В ходе выполнения курсовой работы были изучены основы работы локальных сетей, основные блоки языка имитационного моделирования GPSS и их использование при разработке модели. Была разработана и отлажена часть модели локальной сети на языке GPSS в соответствии с рис. 1. Также, были рассчитаны исходные данные передачи и внесены в модель. Был составлен отчёт, таблицы и график, что позволяет оценить результаты работы модели. Моделирование системы прошло успешно, и были получены результаты.