В статье представлена технология построения модели канала связи для определения скорости передачи данных. Предлагается использовать направление связи, состоящее из двух каналов (основного и резервного) и общего входного буфера. В основном и резервном каналах моделируется возникновение сбоев и восстановление канала. Компьютерная модель направления связи позволяет определить: рациональную емкость накопителя; загрузку основного и резервного каналов связи; вероятности передачи сообщений потоков; вероятность передачи сообщений направлением связи в целом. Направление связи представлено как система массового обслуживания разомкнутого типа с ожиданием и с отказами из-за ограниченной ёмкости входного буфера.
Ключевые слова: Компьютерная модель, канал связи, входной буфер сообщений, вероятность передачи сообщений, оптимальная емкость накопителя, загрузка канала связи
Моделирование сложных систем
УДК 004.056.5
Мордвинова А. Ю.
ФГАОУ ВО «СевГУ»
ПОСТРОЕНИЕ КОМПЬЮТЕРНОЙ МОДЕЛИ КАНАЛА СВЯЗИ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТИ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ
ВВЕДЕНИЕ
Невозможно представить себе современную науку без широкого применения компьютерного моделирования, суть которого состоит в замене исходного объекта его образом – математической моделью и дальнейшем изучении модели с помощью реализуемых на компьютерах вычислительно-логических алгоритмов. Вышесказанное является актуальным в условиях постоянного роста требований к эффективности устройств, применяемых в системах передачи и обработки информации, к сокращению сроков исследования и разработки новых телекоммуникационных систем и сетей.
Научная статья посвящена построению компьютерной модели канала связи и сигналов в телекоммуникационных системах, которые в настоящее время интенсивно развиваются.
ЦЕЛЬ
Целью построения компьютерной модели канала связи является разработать комплексное математическое представление работы канала связи с расчетом основных показателей эффективности его функционирования и последующей оптимизацией структуры и параметров.
ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ
Предлагается использовать направление связи, состоящее из двух каналов (основного и резервного) и общего входного буфера емкостью на Еmk сообщений.
На направление поступают два потока сообщений с экспоненциально распределенными интервалами времени, средние значения которых Т1 = 3 мин и Т2 = 4 мин. При нормальной работе сообщения передаются по основному каналу. Время передачи одного сообщения распределено по экспоненциальному закону со средним значением Т3 = 2 мин.
В основном канале происходят сбои через интервалы времени, распределенные по экспоненциальному закону со средним значением Т4 = 15 мин. Если сбой происходит во время передачи, то сообщение теряется. За время Т5 = 5 с запускается резервный канал, который передает сообщения, начиная с очередного. Время передачи одного сообщения распределено по экспоненциальному закону со средним значением Т6 = 3 мин.
Основной канал восстанавливается. Время восстановления канала подчинено экспоненциальному закону со средним значением Т7 = 2 мин. После восстановления резервный канал выключается и основной канал продолжает работу с очередного сообщения. Необходимо разработать имитационную модель и провести исследование функционирования направления связи в течение 2 ч.
Компьютерная модель направления связи позволяет определить: рациональную емкость накопителя; загрузку основного и резервного каналов связи; вероятности передачи сообщений потока 1 и потока 2; вероятность передачи сообщений направлением связи в целом.
Направление связи представим как систему массового обслуживания разомкнутого типа с ожиданием и с отказами из-за ограниченной ёмкости входного буфера. А также с выходами из строя (временного не функционирования) основного канала. В модели сообщения следует представлять заявками, основной и резервный канал – одноканальными устройствами (ОКУ), входной буфер (накопитель) – очередью. В очереди следует использовать дисциплину обслуживания FIFO.
Введём масштабирование: 1 единица модельного времени соответствует 1 с, то есть, например, время моделирования равно 2 часам, тогда 2*60*60 = 7200 единиц модельного времени. Аналогично Т1 = 120, Т2 =240 и т.д.
Декомпозиция системы и состав сегментов модели определяются разработчиком.
Введём в модели функционирования направления связи следующие сегменты: исходные данные; источники сообщений; буфер, основной и резервный каналы связи (рис. 1); имитатор отказов основного канала; результаты моделирования.
Рис. 1. Сегмент событийной части модели, представляющий основной и резервный каналы связи
Всего выполнено 8 экспериментов. Первый эксперимент соответствует постановке задачи. В каждом следующем эксперименте параметры, установленные в предыдущем эксперименте, либо остаются неизменными, либо изменяются. Указываются только новые значения параметров в строке, предшествующей результатам следующего эксперимента. Например, во втором эксперименте увеличена ёмкость входного буфера с 5 до 10 сообщений, а остальные параметры остались неизменными.
Для получения результатов моделирования с точностью ε=0,01 и доверительной вероятностью α=0,95 в GPSS World необходимо выполнить 9604 прогонов модели. В каждом эксперименте выполнялось 10000 прогонов.
Время моделирования в AnyLogic было увеличено в 10000 раз и составляло 72 000 000 единиц модельного времени. Следует заметить, что если в GPSS World выполнить с этим же модельным временем один прогон, то результаты получаются такими же, что и при 10000 прогонов модели.
Согласно полученным данным во втором, третьем и шестом экспериментах экспериментах вероятность передачи сообщений отличается на 0,002 … 0,004. В остальных экспериментах вероятности передачи сообщений, полученные в GPSS World и AnyLogic7, отличаются на 0,017 … 0,029, то есть на порядок больше. По результатам экспериментов можно сделать вывод о чувствительности модели к изменению параметров направления связи. Например, при увеличении ёмкости входного буфера с 5 до 10 сообщений вероятность передачи возрастает с 0,773 (0,752) до 0,831 (0,829).Уменьшение интервалов (увеличение интенсивности) поступления сообщений потоков 1 и 2 в два раза (90 и 120) снижает вероятности передачи сообщений с 0,831 (0,829) до 0,456 (0,438). В тоже время повышение скорости передачи основного канала в два раза (60) и увеличение не менее чем в 5 раз времени наработки на отказ основного канала приводит к возрастанию вероятностей передачи сообщений с 0,456 (0,438) до 0,815 (0,844). Машинное время выполнения модели в обеих системах составляет 5…7 сек (в AnyLogic7 в виртуальном режиме).
ВЫВОДЫ
Построена компьютерная модель канала связи, представляющая комплексное математическое представление работы канала связи с расчетом основных показателей эффективности его функционирования и последующей оптимизацией структуры и параметров.
С использованием компьютерной модели получены значения вероятности передачи и потери сообщений, коэффициентов использования каналов передачи данных, в зависимости от времени передачи сообщения, емкости буфера, времени наработки на отказ и времени восстановления канала связи.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Галкин А. П. , Лапин А. Н. , Самойлов А. Г. Моделирование каналов систем связи. М.: Связь, 1979. 96 с.
2. Васильев К. К. Математическое моделирование систем связи. Ульяновск: Изд. УлГТУ, 2008. 170 с.
3. Боев В. Д. Компьютерное моделирование. СПб.: ВАС, 2014. 432 с.
4. Брентон К. Разработка и диагностика многопротокольных сетей. М.: Лори, 1999. 410 с.
5. В. Г. Олифер, Н. А. Олифер Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы: Учебник для вузов. СПб.: Питер, 2010. 944 с.
6. Дымарский Я.С., Крутякова Н.П., Яновский Г.Г. Управление сетями связи: принципы, протоколы, прикладные задачи. М.: Мобильные коммуникации, 2003. 384 с.
7. Кульгин М. Технологии корпоративных сетей. СПб.: Питер, 1999. 704 с.
8. Мельников Д.А. Информационные процессы в компьютерных сетях. М.: Кудиц-Образ,1999. 256 с.
9. Уилсон Э. Мониторинг и анализ сетей. Методы выявления неисправностей. М.: Лори, 2002. 350 с.
В статье представлена технология построения модели канала связи для определения скорости передачи данных. Предлагается использовать направление связи, состоящее из двух каналов (основного и резервного) и общего входного буфера. В основном и резервном каналах моделируется возникновение сбоев и восстановление канала. Компьютерная модель направления связи позволяет определить: рациональную емкость накопителя; загрузку основного и резервного каналов связи; вероятности передачи сообщений потоков; вероятность передачи сообщений направлением связи в целом. Направление связи представлено как система массового обслуживания разомкнутого типа с ожиданием и с отказами из-за ограниченной ёмкости входного буфера.
Компьютерная модель, канал связи, входной буфер сообщений, вероятность передачи сообщений, оптимальная емкость накопителя, загрузка канала связи.
The article presents the technology of constructing a model of a communication channel to determine the data rate. It is proposed to use a communication line consisting of two channels (primary and backup) and the common input buffer. The primary and backup channels simulated the occurrence of failures and channel restoration. The computer model to determine the communication direction: rational storage capacity; loading the primary and backup communication channels; the probability of transmission of message flows; the likelihood of the transmission direction of communication messages in general. connection direction is represented as a queuing system is open type with the expectation and failure due to the limited capacity of the input buffer.
The computer model, the communication channel, the input buffer of messages, message transmission probability, the optimal storage capacity, the download link.
Библиографическая ссылка
Мордвинова А. Ю. ПОСТРОЕНИЕ КОМПЬЮТЕРНОЙ МОДЕЛИ КАНАЛА СВЯЗИ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТИ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ // . – . – № ;
URL: istmu2016.csrae.ru/ru/0-17 (дата обращения:
04.05.2024).
