-
Пройти Антиплагиат ©



Главная » Управление системами связи специального назначения » 13.1 Специализированные системы имитационного моделирования вычислительных сетей



Специализированные системы имитационного моделирования вычислительных сетей

Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная. Уникализировать текст 



Существуют специальные, ориентированные на моделирование вычислительных сетей программные системы, в которых процесс создания модели упрощен. Такие программные системы сами генерируют модель сети на основе исходных данных о ее топологии и используемых протоколах, об интенсивностях потоков запросов между компьютерами сети, протяженности линий связи, о типах используемого оборудования и приложений. Программные системы моделирования могут быть узко специализированными и достаточно универсальными, позволяющими имитировать сети самых различных типов. Качество результатов моделирования в значительной степени зависит от точности исходных данных о сети, переданных в систему имитационного моделирования.
Программные системы моделирования сетей — инструмент, который может пригодиться любому администратору корпоративной сети, особенно при проектировании новой сети или внесении кардинальных изменений в уже существующую. Продукты данной категории позволяют проверить последствия внедрения тех или иных решений еще до оплаты приобретаемого оборудования. Конечно, большинство из этих программных пакетов стоят достаточно дорого, но и возможная экономия может быть тоже весьма ощутимой.
Программы имитационного моделирования сети используют в своей работе информацию о пространственном расположении сети, числе узлов, конфигурации связей, скоростях передачи данных, используемых протоколах и типе оборудования, а также о выполняемых в сети приложениях.
Обычно имитационная модель строится не с нуля. Существуют готовые имитационные модели основных элементов сетей: наиболее распространенных типов маршрутизаторов, каналов связи, методов доступа, протоколов и т.п. Эти модели отдельных элементов сети создаются на основании различных данных: результатов тестовых испытаний реальных устройств, анализа принципов их работы, аналитических соотношений. В результате создается библиотека типовых элементов сети, которые можно настраивать с помощью заранее предусмотренных в моделях параметров.
Системы имитационного моделирования обычно включают также набор средств для подготовки исходных данных об исследуемой сети — предварительной обработки данных о топологии сети и измеренном трафике. Эти средства могут быть полезны, если моделируемая сеть представляет собой вариант существующей сети и имеется возможность провести в ней измерения трафика и других параметров, нужных для моделирования. Кроме того, система снабжается средствами для статистической обработки полученных результатов моделирования.
Следует отметить, что системы имитационного моделирования, позволяющие исследовать работу сетей связи, часто входят в состав программного комплекса, обеспечивающего функции по управлению телекоммуникационной системой. Среди наиболее популярных систем моделированияможно выделить следующие:
NetCrackerSuite (www.netcracker.com, фирма NetCrackerTechnology, входит в состав компании NEC)—комплекс программ, позволющий разрабатывать проекты телекоммуникационных систем, задавать характеристики трафика и определять статистические данные о работе сети.
SteelCentral (https://ru.riverbed.com/products/performance-management-control, компания Riverbed) — в большей степени данный продукт используется для контроля и управления производительностью сети, однако включает в свой состав отдельные модули с интеллектуальной поддержкой принятия решений. В частности, Netplanner — позволяет осуществлять прогнозирование появления «узких» мест в сети при увеличении интенсивности трафика.
Prophesy(https://www.abstraction.com, компания Abstraction Software) — простая система для моделирования локальных и глобальных сетей. Позволяет оценить время реакции компьютера на запрос, количество «хитов» на www-сервере, количество рабочих станций для обслуживания активного оборудования, запас производительности сети при поломке определенного оборудования.
Simprocess (https://www.simprocess .net, фирма CACI)—объектно-ориентированная система моделирования локальных и глобальных сетей. Позволяет моделировать уровни: приложений, транспортный, сетевой, канальный. Использует все известные на сегодня технологии и протоколы, а также системы клиент-сервер. Легко настраивается на модель оборудования и технологий. Возможность импорта и экспорта данных о топологии и сетевом трафике. Моделирование иерархических сетей, многопротокольных локальных и глобальных сетей; учет алгоритмов маршрутизации. Использует собственный язык Simscriptдляпостроения моделей.
GPSS (англ. General Purpose Simulation System — система моделирования общего назначения) — язык моделирования, используемый для имитационного моделирования различных систем, в основном систем массового обслуживания. Широко используется для решения практических задач. Динамическим элементом модели является транзакт — абстрактный объект, который перемещается между статическими элементами, воспроизводя различные события реального моделируемого объекта. В процессе работы модели накапливается статистика, автоматически выводимая по завершении процесса моделирования. Статические элементы модели: источники транзактов, устройства, очереди и другие. Их расположение в модели определяется блоками. На основе языка в настоящее время разработано несколько программных оболочек, позволяющих осуществлять имитационное моделирование работы систем и сетей связи (www.gpss.ru):
GPSS/PC, GPSS World,  GPSS/H  (разработка Minuteman Software— https://www.minutemansoftware.com)
Micro-GPSS, WebGPSS  (разработка Ингольфа Сталла).
GPSS основан на допущении, что любую сложную систему можно представить как совокупность элементарных абстрактных понятий, называемых объектами. Объекты GPSS — это абстрактные объекты, функционирующие в процессе моделирования. Совокупность всех объектов GPSS называется имитационной моделью.
Объекты системы имеют различное назначение. Модель может содержать множество различных объектов любого типа. В зависимости от характеристик моделируемой системы осуществляется выбор объектов для реализации конкретной модели. Каждый объект характеризуется некоторым числом свойств, называемых в GPSS стандартными числовыми атрибутами (CЧA). Часть СЧА доступна пользователю только для чтения, а на значение других он может влиять. Для эффективного моделирования необходимо понимать свойства каждого из объектов GPSS и способы применения блоков GPSS, это позволит обеспечить требуемое взаимодействие между объектами.
Блоки и транзакты. Основные типы объектов — это транзакты и блоки, которые отображают соответственно динамические и статические элементы моделируемой системы, а моделирование заключается в продвижении множества транзактов от одного блока модели к другому. Последовательность блоков GPSS-модели показывает направления, в которых перемещаются транзакты.
Транзакт имитирует некоторое сообщение (заявку, требование на обслуживание и т.п.), которое поступает извне на вход системы и подлежит обработке. Транзакт — обязательный элемент каждой модели на GPSS. Транзакты генерируются и уничтожаются, воздействуя при этом на объекты модели.
C точки зрения программы транзакт — это структура данных,которая содержит следующие поля:
- имя или номер транзакта;
- время появления транзакта;
- текущее модельное время;
- номер блока, в котором находится транзакт;
- номер блока, в который транзактпродвигается;
- момент времени начала продвижения транзакта;
- приоритет транзакта;
- параметры транзакта (P1, P2, ...).
Отличие одних транзактов от других состоит в назначаемом им наборе параметров. Параметры транзактов отображают свойства моделируемого динамического объекта.
По мере появления в модели транзактов им присваиваются соответствующие номера. Каждый транзакт занимает некоторый объем памяти ЭВМ. Так как интерпретатору неизвестно, сколько транзактов одновременно будет находиться в модели, память под транзакты выделяется динамически. После того как транзакт закончит свое движение по блокам модели, его необходимо уничтожить для освобождения памяти.
Если транзакт начал свое движение, то он перемещается от блока к блоку, согласно логике работы модели. Перемещение продолжается до тех пор, пока не выполнится одно из следующих возможных условий: транзакт входит в блок, функцией которого является задержка транзактана определенное время; транзакт входит в блок, функцией которого является удаление транзакта из модели; транзакт пытается войти в следующий блок, но блок не принимает этот транзакт. В последнем случае транзакт остается в том блоке, в котором в данное время находится, но позже будет повторять попытки войти в следующий блок.
Как было отмечено, транзакты в модели продвигаются от одного блока к другому, согласно логике работы модели. Совокупность блоков GPSS, имеющих специальное обозначение и формат описания, соответствует реальным объектам моделируемой системы.
Блоки системы GPSS имеют входы и выходы, с помощью которых осуществляется их связь в модели через транзакты. Блоки GENERATE и TERMINATE, предназначенные соответственно для ввода транзактов в модель и вывода их из модели, являются исключениями: блок GENERATE имеет только выход, блок TERMINATE имеет только вход.
Структура GPSS-модели имеет вид, представленный на рис. 4.1.
 

Рис. 4.1. Структурная схема GPSS-модели
 
Устройства. Аналогами обслуживающих устройств реальных систем в GPSS являются одноканальные, многоканальные устройства и логические


ключи.
Одноканальное устройство, или прибор, представляет собой ресурс системы, который в любой момент времени может быть занят только одним транзактом. Интерпретатор автоматически вычисляет такие его СЧА, как общее время занятости устройства, число транзактов, которые занимали устройство, коэффициент использования устройства, среднее время занятости устройства одним транзактом и т. п.
Многоканальные устройства (МКУ) (несколько параллельных одинаковых устройств) могут использоваться несколькими транзактами одновременно, они представляют собой ресурсы системы, предназначенные для параллельной обработки. В GPSS емкость каждого МКУ, используемого в модели, определяется пользователем. Интерпретатор автоматически подсчитывает число устройств, занятых в каждый момент времени, а также такие СЧА, как число транзактов, которые вошли в МКУ, среднее число каналов, занятых одним транзактом, среднее время нахождения транзакта в устройстве и др.
Логические ключи. Логические ключи служат для моделирования объектов с двумя логическими состояниями: «включено», «выключено». Управление ключами осуществляется транзактами, продвигающимися по модели. Транзакт может установить ключ в состояние «включено» или сбросить его, т. е.перевести в состояние «выключено» (инвертировать).
Переменные. Арифметические переменные позволяют вычислять арифметические выражения. В арифметических выражениях могут применяться функции (библиотечные или пользовательские) и некоторые арифметические операции.
Булевы переменные позволяют пользователю одновременно проверять несколько условий исходя из состояния объектов или значений СЧА.
Функции. Применяя функции, пользователь может задавать непрерывную или дискретную функциональную зависимость между аргументом функции и ее значением. Все функции в GPSS задаются табличным способом c помощью специальных операторов описания функций (непрерывного или дискретного типа).
Ячейки. Ячейки применяются для сохранения некоторой числовой информации.В системе GPSS выделяют ячейки сохраняемых величин и матрицы ячеек сохраняемых величин, запись в эти объекты выполняют транзакты. Объекты являются глобальными и доступны из любой части модели.
Очереди. В любой системе может возникать задержка в продвижении потока транзактов из-за недоступности ресурсов. В этом случае задержанные транзакты становятся в очередь. Учет очередей — одна из основных функций интерпретатора GPSS, который автоматически поддерживает дисциплину обслуживания очереди FIFO («первым пришел — первым обслужен»), соответственно получить стандартную статистическую информацию возможно только об этой очереди. Если возникает необходимость организовать очередь из транзактов с другой дисциплиной обслуживания (например, LIFO), то для этого используются списки пользователей, которые также помогают осуществлять синхронизацию движения разных транзактов по модели.
Таблицы.Таблицы предназначены для сбора и регистрации различного рода статистической информации.
Часы модельного времени
В реальных системах события происходят в течение некоторого периода времени. В модели события происходят на фоне модельного времени.Часы модельного времени (далее — часы) автоматически обслуживаются интерпретатором.В момент начала моделирования интерпретатором планируется появление первого транзакта. Часы модельного времени устанавливаются на значение времени, которое соответствует моменту появления первого транзакта в модели. Этот транзакт (и другие, если они появляются в этот же момент времени) входит в модель. Далее транзакт проходит через все возможные блоки модели, которые ему встречаются. События, возникающие как следствие продвижения транзактов через блоки, планируются на последующие моменты времени. Интерпретатор GPSS продвигает значение часов дальше, к тому значению времени, на которое запланировано следующее (или следующие) событие.Если во второй момент времени, отмеченный часами, нет транзактов, которые нужно перемещать, то часы модельного времени снова продвигаются вперед и т. д. Смена модельного времени происходит от события к событию.
Единица модельного времени определяется разработчиком, интерпретатору ее не сообщают. Так, например, если все данные выражены в минутах, то одна единица модельного времени равна одной минуте реального времени.
Описание операторов GPSS World
Операторы GPSS делятся на три типа:блоки, операторы описания данных, команды GPSS.
Для ссылки на числа, блоки и объекты в GPSS World используются имена(идентификаторы). Максимальная длина имени составляет 250 символов, имя может содержать символылатинского алфавита, цифры, знакподчеркивания и должно начинаться с буквы.
Запись операторов GPSS имеет следующий формат:
[<Метка >] <Оператор >< Операнды > [<; Комментарии >]
Поля, приведенные в квадратных скобках, являются необязательными для использования.
Метка (имя блока).Содержимым поля является имя — последовательность символов, начинающаяся c буквы.
Оператор.Операторы описывают основные функциональные назначения блоков.
Операнды. Блоки могут иметь операнды, которые указываются после имени оператора через один пробел. Количество операндов различно для разных операторов. Операнды блоков задают информацию, специфичную для действия данного блока. В общем случае операнды обозначаются символами: А, В, C, D, E, F, G. Значения операндов определяются типом блока. Одни операнды некоторых блоков должны быть определены всегда, а другие — могут быть заданы или не заданы. Операнды следуют один за другим и отделяются запятыми или одним пробелом. Если операнд опущен, то вместо него ставится запятая. Между операндами не должно быть более одного пробела.
Комментарииотделяются от поля операндов символом«;».При записи комментарияcначаластроки в первой позиции строки ставится символ «;» или «*». GPSSWorld допускает использование символов кириллицы.
Строка описания блока в GPSSWorld может содержать до 250символов. Именами и метками не могут быть названия или начальные символыназваний блоков, операторов, команд и СЧА. Во избежание конфликтов c ключевыми словами рекомендуется в именах использовать символ подчеркивания.
Ввод транзактовв модель
Транзакты входят в модельчерез блок GENERATE (генерировать), ограничений на количество разных блоков GENERATEв одной модели не существует. Интервал времени между последовательными появлениями транзактов из блока GENERATE называют интервалом поступления. В момент входа в модель транзакта через блок GENERATE интерпретатор планирует время поступления следующего транзакта путем розыгрыша случайного числа c соответствующим распределением интервалов поступления на время, равное сумме текущего значения часовмодельного времени и разыгранного значения.
Случайные распределения интервалов поступления транзактов в GPSS делятся на равномерное распределение и другие виды распределений. Рассмотрим самое простое из всех случайных нетривиальных распределений — равномерное.
Формат записи блока GENERATE:
GENERATE [A],[B],[C],[D],[E],
где А — среднее значение интервала поступления транзактов (число, СЧА, по умолчанию — 0);
В — величина разброса возможных значений относительно среднего значения (число, CЧА, по умолчанию — 0); в случае, если операнд В не задан, интервал поступления является детерминированной величиной;
С —смещение интервалов, момент времени, в который в блоке GENERATEдолжен появиться первый транзакт (по умолчанию — 0);
D—ограничитель числа транзактов, которые могут войти в модель через данный блок GENERATEна протяжении времени моделирования (по умолчанию–∞);
Е —уровень приоритета транзакта (возможные значения — целые числа от 0 до 127; чем больше значение, тем выше приоритет, по умолчанию — 0).
Если опущено поле операнда, то транслятор проставляет значение по умолчанию или выдает ошибку (в случае обязательности данного поля). Операнды не могут быть отрицательнымичислами. ВGPSS World операнды А, В, C могут быть действительными числами.
Примеры задания оператора GENERATE:
GENERATE 10,2 задает равномерный закон распределения. Значение операндаA равно десяти, В— двум. Интервал поступления транзактов —


случайное число из отрезка модельного времени [8; 12], т. е. интервал поступления может приобретать с равной вероятностью одно из пяти значений:8, 9, 10, 11, 12;
GENERATE 4 — задает детерминированные значения интерваловпоступления транзактов. Значение операндаA равно четырем, В— нулю (по умолчанию). Транзакты входят в модель каждые четыре единицы модельного времени.
GENERATE ,,,1—генерирует один транзакт. Значения операндовA, В, С равно нулю (по умолчанию), D— единице. В нулевой момент времени в модель входит один транзакт.
Кроме блока GENERATEдля ввода транзактов в модель используется также блок SPLIT, который создает заданное число копий транзактов, вошедших в блок.
Удаление транзактов из модели
Транзакты удаляются из модели, попадая в блок TERMINATE(завершить). В этот момент освобождается память, выделенная под транзакт. Блоки TERMINATE всегда позволяют выйти из модели всем транзактам, которые пытаются это сделать. В модели может быть любое количество блоков TERMINATE.
Формат записи блока:
TERMINATE [A]
Операнд А задает величину уменьшения счетчика завершения, т. е. операнд задает величину, которая вычитается из счетчика каждый раз, когда транзакт входит в блок TERMINATE. По умолчанию A = 0. Вход транзакта в блок TERMINATE c нулевым значением операнда А не вызывает уменьшения счетчика завершения.
Счетчик завершения — это ячейка в памяти ЭВМ, которая хранит целое положительное число. Начальное значение счетчика задается разработчиком в виде значения операнда А команды START(начать). В процессе моделирования транзакты попадают в блок TERMINATE и из счетчика завершений вычитается значение параметра А блока TERMINATE. Моделирование заканчивается, когда значение счетчика становится равным нулю или отрицательному числу.
В модели может быть несколько блоков TERMINATE, но счетчик завершения — один (не путать с ограничителем транзактов в блоке GENERATE). Ограничитель задает число транзактов, которые войдут в модель, а счетчик — число транзактов, которые выйдут из модели. По окончании моделирования транзакты могут оставаться в модели.
Интерпретатор начинает моделирование по команде START.
 
Формат команды:
STARTA,[B],[C],[D]
В операнде А, как было отмечено ранее, задается начальное значение счетчика завершения.
Задание продолжительности моделирования.
В языке GPSS продолжительностью процесса моделирования можно управлять двумя способами: завершать моделирование после того, как модель покинет заданное число транзактов определенного типа и по истечении заданного интервала времени.
Первый способ:в команде STARTоперанду А присваивают значение заданного числа транзактов; во всех блоках TERMINATE, через которые транзакты заданного типа покидают модель, операнду А присваивается значение «1» или другое, отличное от нуля (в соответствии с содержательным значением транзактов); во всех других блоках TERMINATEиспользуется значение операнда А по умолчанию (A = 0), значение счетчика завершения не будет зависеть от этих блоков. Первый способ позволяет закончить моделирование, когда через модель пройдет заданное количество транзактов. Например, если необходимо завершить процесс моделирования, после прохождения через модель двухсот транзактов, следует написать:
GENERATE 20,3

TERMINATE 1
START 200
Второйспособ.При необходимости остановить процесс моделирования по истечении заданного интервала времени в модель вводят так называемый таймер-сегмент, который состоит из последовательности двух операторов GPSS:
GENERATE А
TERMINATE 1
Значение операнда А в этом случае должно равняться количеству единиц модельного времени, которое определяет продолжительность процесса моделирования. В команде STARTоперанд А должен равняться единице.
При этом во всех других блоках TERMINATEв модели нужно использовать значение операнда А по умолчанию (A = 0), это означает, что прекращение моделирования, определяемое счетчиком завершения, не будет зависеть от других блоков TERMINATE.
Например, разработчик выбрал за единицу модельного времени 1 мин. и моделирует поведение системы на протяжении восьми часов. В этом случае следует применить такую последовательность операторов:
GENERATE 480
TERMINATE 1
START 1
Приведенная последовательность работает следующим образом: в момент времени, равный 480 единицам модельного времени, один транзакт выйдет из блока GENERATEи сразу же перейдет в блок TERMINATE, счетчик завершения уменьшится на единицу, и интерпретатор завершит моделирование.
 



Лекция, реферат. Специализированные системы имитационного моделирования вычислительных сетей - понятие и виды. Классификация, сущность и особенности. 2021.

Оглавление книги открыть закрыть

1. Определения и сокращения, используемые в тексте
2. Концепции управления системами связи
2.1 Причины появлениясистем управления сетями связи
2.2 Концепция TMN
2.3 Концепции TOM и eTOM
2.4 Расширенная схема eTOM
2.5 - Потоки процессов
2.6 Концепция Frameworx
3. Концепция программно-конфигурируемых сетей (SDN)
3.1 Протокол управления процессом обработки данных OpenFlow
4. Концепция и управление сетями следующего поколения NGN
5. Организация управления сетями связи
5.1 Взаимодействие систем связи
5.2 Управление в модели открытых систем
6. Уровни управления сетями связи
6.1 Управление в глобальной информационной инфраструктуре
6.2 Функции и логические интерфейсы управления в GII
6.3 Управление сетями связи в Российской Федерации
6.4 Организация управления сетями связи МВД России
7. Протоколы управления в сетях связи
7.1 Протокол SNMP
7.2 Протокол CMIP
7.3 Общеканальная сигнализация №7
7.4 Протоколы SIGTRAN
8. Средства анализа и оптимизации локальных сетей
9. Управление ресурсами сетей связи
9.1 Динамическое управление ресурсами сети
9.2 Основные задачи динамического управления потоками
9.3 Принципы организации и методы динамического управления потоками
9.4 Управление маршрутизацией
10. Динамическое управление в сетях с различным видом коммутации
10.1 Динамическое управление ресурсами в сетях с коммутацией каналов
10.2 Динамическое управление ресурсами в сетях с коммутацией пакетов
11. Управление коммутируемыми компьютерными сетями
11.1 Классификация коммутаторов по возможности управления
11.2 Функции повышения надежности и производительности
11.3 Виртуальные локальные сети
12. Математическое моделирование сети и разработка приложений
13. Построение математических моделей
13.1 Специализированные системы имитационного моделирования вычислительных сетей




« назад Оглавление Следующая глава »
13. Построение математических моделей « | »






 

Учебники по данной дисциплине

Административно-правовое регулирование государственной службы
Как написать диссертацию
Финансовый контроль в зарубежных странах: США, ЕС, СНГ
Современные правовые семьи
Краткое содержание и сравнительная характеристика персонажей произведений Пушкина и Шекспира
Административно-правовые основы государственной правоохранительной службы
Публичное право
Правила написания рефератов, курсовых и дипломных работ
Кадровое делопроизводство
Защита вещных прав
Социология - методические указания и тесты
Психолого-педагогические аспекты работы в органах ФСИН
Антиинфляционная политика и денежно-кредитное регулирование
История и философия экономической науки
История и методология экономической науки
Прямое и косвенное регулирование мирового финансового рынка
Специальные и общие инструменты регулирования мирового финансового рынка
Факторинговые и трастовые операции коммерческих банков
Инфляционные процессы
Управление компетенциями
Характеристика логистических систем
Стратегические изменения в организации
Реструктуризация деятельности организации
Реинжиниринг бизнес-процессов
Управление персоналом в условиях организационных изменений
Развитие персональной системы ценностей как педагогическая проблема
Подготовка полицейских кадров в Германии, Франции, Великобритании и США
Манипулятивный стиль поведения пациентов с множественными суицидальными попытками
Анафилаксия: диагностика и лечение
Коллективные формы предпринимательской деятельности
Психология лидерства
Антология русской правовой мысли
Компетенции
Психология управления кадрами в бизнесе