Реферат: Моделирование систем и сетей связи на GPSS

МИНИСТЕРСТВО СВЯЗИ РОССИЙСКОЙФЕДЕРАЦИИ

Московский ордена Трудового КрасногоЗнамени

_технический университетсвязи и информатики

Кафедра вычислительной математики ипрограммирования

Методические указания дляслушателей ФПКП

по моделированию систем и сетей связина GPSS/PC

Часть 1

ОСНОВЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ НАGPSS/PC

Москва 1993

.

ПланУМД на 1993/94 уч. г.

Методические указания дляслушателей ФПКП

по моделированию систем и сетей связина GPSS/PC

Часть 1

ОСНОВЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ НАGPSS/PC

Составители: Л.А.Воробейчиков,Г.К.Сосновиков

Ил. 24, список лит. 8 назв.

Издание утверждено на заседании кафедрывычислительной

математики и программирования 11 марта 1993 г., протокол N6

Рецензент Васильев В.К., канд. техн. наук,доцент

.

ВВЕДЕНИЕ

Процессы функционирования различных системи сетей связи могут

быть представлены той или иной совокупностью систем массового

обслуживания(СМО) — стохастических, динамических, дискретно-непре-

рывныхматематических моделей. Исследование характеристик таких мо-

делей можетпроводиться либо аналитическими методами, либо путем

имитационногомоделирования [1-6].

Имитационная модель отображает стохастический процесс смены

дискретныхсостояний СМО в непрерывном времени в форме моделирующе-

гоалгоритма. При его реализации на ЭВМ производится накопление

статистическихданных по тем атрибутам модели, характеристики кото-

рых являютсяпредметом исследований. По окончании моделирования на-

копленнаястатистика обрабатывается, и результаты моделирования по-

лучаются в видевыборочных распределений исследуемых величин или их

выборочныхмоментов. Таким образом, приимитационном моделировании

систем массовогообслуживания речь всегда идет о статистическом

имитационноммоделировании [5;6].

Сложные функции моделирующего алгоритмамогут быть реализованы

средствамиуниверсальных языков программирования (Паскаль, Си), что

предоставляетнеограниченные возможности в разработке, отладке и

использованиимодели. Однако подобная гибкостьприобретается ценой

большихусилий, затрачиваемых на разработку и программирование

весьма сложных моделирующих алгоритмов, оперирующих со списковыми

структурамиданных. Альтернативой этому является использование спе-

циализированныхязыков имитационного моделирования [5-7].

Специализированные языки имеют средстваописания структуры и

процессафункционирования моделируемой системы, что значительно об-

легчает иупрощает программирование имитационных моделей, поскольку

основные функциии моделирующего алгоритма при этомреализуются ав-

томатически.Программы имитационных моделей на специализированных

языкахмоделирования близки к описаниям моделируемых систем на

естественномязыке, что позволяет конструировать сложные имитацион-

ные моделипользователям, не являющимсяпрофессиональными програм-

мистами.

Одним из наиболее эффективных и распространенных языков моде-

лирования сложныхдискретных систем является в настоящее время язык

GPSS [1;4;7]. Он может быть с наибольшимуспехом использован для

моделированиясистем, формализуемых в виде системмассового обслу-

живания. Вкачестве объектов языка используются аналоги таких стан-

дартныхкомпонентов СМО, как заявки, обслуживающие приборы, очереди

— 3 -

и т.п.Достаточный набор подобных компонентов позволяет конструиро-

вать сложныеимитационные модели, сохраняяпривычную терминологию

СМО.

На персональных компьютерах (ПК) типа IBM/PC язык GPSS реали-

зован в рамкахпакета прикладных программ GPSS/PC [8]. Основной мо-

дуль пакета представляет собой интегрированную среду, включающую

помимотранслятора со входного языка средства ввода и редактирова-

ния текстамодели, ее отладки и наблюдения за процессом моделирова-

ния, графические средства отображенияатрибутов модели, а также

средства накопления результатов моделирования в базеданных и их

статистическойобработки. Кроме основного модуля в состав пакета

входит модульсоздания стандартного отчета GPSS/PC, а также ряд до-

полнительныхмодулей и файлов.

В данном издании, состоящем из двух частей, излагаются основы

моделированиясистем и сетей связи с использованием пакета GPSS/PC.

В первой частирассматриваются основные понятия и средства GPSS/PC,

приемы конструирования GPSS-моделей и технологияработы с пакетом.

Изложениематериала сопровождается небольшими учебными примерами.

Относительно подробное рассмотрение языка GPSS/PC вызвано

отсутствием влитературе учебного материала по данной версии языка.

Во второй части рассматриваются примеры GPSS-моделейразличных

систем и сетеймассового обслуживания, используемых дляформализа-

ции процессов функционирования систем и сетейсвязи. Приводится

также рядпримеров моделирования систем и сетей связи с использова-

нием GPSS/PC.Подробно комментируются тексты GPSS-моделей и резуль-

татымоделирования.

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О GPSS/PC

Исходная программа на языке GPSS/PC, как и программа на любом

языкепрограммирования, представляет собойпоследовательность опе-

раторов.Операторы GPSS/PC записываются и вводятся в ПК в следующем

формате:

1номер 0_ 1строки имяоперация операнды; комментарии

Все операторы исходной программы должны начинаться с 1номе-

1ра 0_ 1строки 0- целого положительного числа от 1 до 9999999. После вво-

да операторов онирасполагаются в исходной программе в соответствии

с нумерациейстрок. Обычно нумерация производится снекоторым ша-

гом, отличным от1, чтобы иметь возможность добавления операторов в

нужное место исходнойпрограммы. Некоторые операторы удобно вво-

дить, не включая их в исходную программу. Такиеоператоры вводятся

— 4 -

без номерастроки.

В настоящем издании при описании форматаоператоров и в приме-

рах моделейномера строк будут опускаться для лучшей читаемости

текста.

Отдельные операторы могут иметь 1имя 0для ссылки на эти операто-

ры в другихоператорах. Если такие ссылки отсутствуют, то этот эле-

мент оператора неявляется обязательным.

В поле 1операции 0записываетсяключевое слово (название операто-

ра), указывающееконкретную функцию, выполняемую данным оператором.

Это поле оператора является обязательным. У некоторых операторов

поле операциивключает в себя также 1вспомогательный операнд 0.

В полях 1операндов 0записывается информация, уточняющая и конк-

ретизирующаявыполнение функции, определенной в полеоперации. Эти

поля взависимости от типа операции содержат до семи операндов,

расположенных в определенной последовательности и обозначаемых

обычно первымибуквами латинского алфавита от A до G. Некоторые

операторы вообще не имеют операндов, а в некоторых операнды могут

бытьопущены, при этом устанавливаются ихстандартные значения (по

умолчанию). При записи операндов используется позиционныйпринцип:

пропуск операндаотмечается запятой.

Необязательные 1комментарии 0вслучае их присутствия отделяются

от поля операндовточкой с запятой. Комментарии не могутсодержать

букв русскогоалфавита.

Операторы GPSS/PC записываются, начиная с первой позиции, в

свободномформате, т.е. отдельные поля разделяются произвольным ко-

личествомпробелов. При вводе исходной программы винтегрированной

среде GPSS/PCразмещение отдельных полей операторов с определенным

количествоминтервалов между ними производится автоматически.

Каждый оператор GPSS/PC относится к одномуиз четырех типов:

операторы-блоки,операторы определения объектов, управляющие опера-

торы и операторы-команды.

1Операторы-блоки 0формируют логику модели. В GPSS/PC имеется

около 50различных видов блоков, каждый изкоторых выполняет свою

конкретнуюфункцию. За каждым из таких блоков стоит соответствующая

подпрограмматранслятора, а операнды каждого блокаслужат парамет-

рами этойподпрограммы.

1Операторы определенияоб 0ъ 1ектов 0служат для описания параметров

некоторых объектов GPSS/PC (о самих объектах речь пойдет дальше).

Примерамипараметров объектов могут быть количество каналов в мно-

гоканальной системе массового обслуживания, количество строк и

столбцов матрицыи т.п.

— 5 -

1Управляющие операторы 0служат для управления процессоммодели-

рования (прогономмодели). 1Операторы-команды 0позволяют управлять

работойинтегрированной среды GPSS/PC. Управляющие операторы и опе-

раторы-командыобычно не включаются в исходную программу, а вво-

дятся непосредственно с клавиатуры ПК в процессеинтерактивного

взаимодействия синтегрированной средой.

После трансляции исходной программы в памяти ПК создается так

называемая 1текущая модель, 0являющаясясовокупностью разного типа

1объектов 0, каждый из которых представляет собой некоторый набор

чисел в памятиПК, описывающих свойства и текущеесостояние объек-

та. Объекты GPSS/PC можно разделить на семьклассов: динамические,

операционные,аппаратные, статистические, вычислительные, запомина-

ющие игруппирующие.

Динамические объекты, соответствующие заявкам в системах

массовогообслуживания, называются в GPSS/PC 1транзактами 0. Они «соз-

даются" и«уничтожаются» так, как это необходимо по логике модели в

процессемоделирования. С каждым транзактом может быть связано про-

извольное число параметров, несущих в себе необходимую информацию

об этомтранзакте. Кроме того, транзакты могут иметь различные при-

оритеты.

Операционные объекты GPSS/PC, называемые 1блоками 0, соответству-

ютоператорам-блокам исходной программы. Они, как уже говорилось,

формируют логикумодели, давая транзактам указания: куда идти и что

делать дальше.Модель системы на GPSS/PC можно представить совокуп-

ностьюблоков, объединенных в соответствии слогикой работы реаль-

ной системы в так называемую 1блок-схему 0. Блок-схема модели может

быть изображенаграфически, наглядно показываявзаимодействие бло-

ков в процессемоделирования.

Аппаратные объекты GPSS/PC — этоабстрактные элементы, на ко-

торые может бытьрасчленено (декомпозировано) оборудование реальной

системы. К ним относятся 1одноканальные 0и 1многоканальные устройства

и 1логические переключатели. 0Многоканальное устройство иногда назы-

вают 1памятью 0.

Одноканальные и многоканальные устройствасоответствуют обслу-

живающим приборамв СМО. Одноканальное устройство 1, 0которое для

краткостидалее будем называть простоустройством, может обслужи-

вать одновременнотолько один транзакт. Многоканальное устройство

(МКУ) может обслуживать одновременно несколько транзактов. Логи-

ческиепереключатели (ЛП) используются для моделирования двоичных

состояний логического или физического характера. ЛП может нахо-

диться в двухсостояниях: включено и выключено. Его состояние может

— 6 -

изменяться впроцессе моделирования, а такжеопрашиваться для при-

нятияопределенных решений.

Статистические объекты GPSS/PC служат для сбора и обработки

статистическихданных о функционировании модели. К ним относятся

1очереди 0и 1таблицы 0.

Каждая очередь обеспечивает сбор иобработку данных о транзак-

тах, задержанныхв какой-либо точке модели, напримерперед однока-

нальнымустройством. Таблицы используются дляполучения выборочных

распределенийнекоторых случайных величин, напримервремени пребы-

вания транзакта вмодели.

К вычислительным объектам GPSS/PC относятся 1переменные 0(ариф-

метические ибулевские) и 1функции 0. Онииспользуются для вычисления

некоторыхвеличин, заданных арифметическими или логическими выраже-

ниями либотабличными зависимостями.

Запоминающие объекты GPSS/PC обеспечиваютхранение в памяти ПК

отдельныхвеличин, используемых в модели, а также массивов таких

величин. К нимотносятся так называемые 1сохраняемые величины 0и 1мат-

1рицысохраняемых величин.

К объектам группирующего класса относятся 1списки пользователя

и 1группы. 0Списки пользователя используются для организации очередей

с дисциплинами, отличными от дисциплины «раньше пришел — раньше

обслужен".Группы в данном издании рассматриваться не будут.

Каждому объекту того или иного класса соответствуют 1числовые

1атрибуты 0,описывающие его состояние в данный момент модельного вре-

мени. Кроме того, имеется ряд так называемых 1системных атрибутов,

относящихся не котдельным объектам, а к модели вцелом. Значения

атрибутов всехобъектов модели по окончании моделирования выводятся

в стандартныйотчет GPSS/PC. Большая часть атрибутов доступна прог-

раммисту и составляет так называемые 1стандартные числовые атрибуты

1(СЧА), 0которые могут использоваться в качестве операндов операторов

исходнойпрограммы. Все СЧА в GPSS/PC являются целыми числами.

Каждый объект GPSS/PC имеет 1имя 0и 1номер 0. Имена объектам даются

в различныхоператорах исходной программы, а соответствующие им но-

мера трансляторприсваивает автоматически. Имя объекта представляет

собойначинающуюся с буквы последовательность букв латинского алфа-

вита, цифр исимвола «подчеркивание». При необходимости имени любо-

го объекта, кромеимени блока, можно поставить в соответствие любой

номер с помощьюоператора описания EQU, имеющего следующий формат:

1имя 0 EQU 1номер

Блокамприсваиваются их порядковые номера висходной программе (не

путать с номерамистрок!).

— 7 -

Для 1ссылки 0на какой-либо стандартный числовойатрибут некото-

рого объектасоответствующий операнд оператора исходной программы

записываетсяодним из следующих способов:

Ш1

1СЧА 0$ 1имя 0 ;

Ш1.5

1СЧАj 0 ,

где 1СЧА 0- системное обозначение (название) конкретного стандартного

числовогоатрибута данного объекта; 1имя 0- имя объекта; 1j 0- номер

объекта; $ — символ-разделитель.

1Прогон 0текущей модели, т.е.собственно моделирование, выполня-

ется с помощьюспециальной управляющей программы, которую называют

симулятором (отанглийского SIMULATE — моделировать, имитировать).

РаботаGPSS-модели под управлением симулятора заключается в переме-

щении транзактовот одних блоков к другим, аналогичнотому, как в

моделируемой СМОперемещаются заявки, соответствующие транзактам.

В начальный момент времени в GPSS-моделинет ни одного тран-

закта. В процессе моделирования симуляторгенерирует транзакты в

определенныемоменты времени в соответствии с теми логическими пот-

ребностями, которые возникают в моделируемойсистеме. Подобным же

образом транзактыпокидают модель в определенные моменты времени в

зависимости отспецифики моделируемой системы. В общем случае в мо-

дели одновременносуществует большое число транзактов, однако в

каждый моментвремени симулятор осуществляет продвижение только ка-

кого-либо одноготранзакта.

Если транзакт начал свое движение, он перемещается от блока к

блоку по пути,предписанному блок-схемой. В тот момент, когда тран-

закт входит внекоторый блок, на исполнение вызывается подпрограмма

симулятора, соответствующая типу этого блока, а после ее выполне-

ния, при которомреализуется функция данного блока, транзакт «пыта-

ется" войтив следующий блок. Такое продвижение транзакта продолжа-

ется до тех пор,пока не произойдет одно из следующих возможных со-

бытий:

1) транзакт входит в блок, функциейкоторого является удаление

транзакта измодели;

2) транзакт входит в блок, функциейкоторого является задержка

транзакта нанекоторое определенное в модели время;

3) транзакт «пытается» войтив следующий блок, однако блок

«отказывается» принять его. В этом случае транзакт остается в том

блоке, где находился, и позднее будет повторять своюпопытку войти

в следующийблок. Когда условия в моделиизменятся, такая попытка

может оказатьсяуспешной, и транзакт сможет продолжить свое переме-

щение поблок-схеме.

— 8 -

Если возникло одно из описанных вышеусловий, обработка данно-

го транзакта прекращается, и начинается перемещение другого тран-

закта. Таким образом, выполнение моделированиясимулятором продол-

жается постоянно.

Проходя через блоки модели, каждыйтранзакт вносит вклад в со-

держимое 1счетчиков блоков 0. Значения этих счетчиков доступны прог-

раммисту черезСЧА блоков: W — текущее содержимое блока и N — общее

количество входовв блок.

Каждое продвижение транзакта в моделиявляется событием, кото-

рое должнопроизойти в определенный момент модельного времени. Для

того, чтобы поддерживать правильную временную последовательность

событий,симулятор имеет 1таймер 0модельного времени, который автома-

тическикорректируется в соответствии с логикой, предписанной мо-

делью.

Таймер GPSS/PC имеет следующиеособенности:

1) регистрируются только целые значения (все временные интер-

валы в моделиизображаются целыми числами);

2) единица модельного времени определяетсяразработчиком моде-

ли, который задает все временные интервалы водних и тех же, выб-

ранных имединицах;

3) симулятор не анализирует состояниемодели в каждый следую-

щий моментмодельного времени (отстоящий от текущего на единицу мо-

дельноговремени), а продвигает таймер к моменту времени, когда

происходитближайшее следующее событие.

Значения таймера доступны программистучерез системные СЧА C1

( 1относительноевремя 0) и AC1 ( 1абсолютное время 0).

Центральной задачей, выполняемойсимулятором, является опреде-

ление того, какойтранзакт надо выбрать следующим для продвижения в

модели, когда егопредшественник прекратил свое продвижение. С этой

целью симуляторрассматривает каждый транзакт как элемент некоторо-

го списка. В относительно простых моделях используются лишь два

основных списка: 1список текущих событий 0и 1список будущих событий 0.

Список текущих событий включает в себя тетранзакты, планируе-

мое время продвижения которых равно или меньшетекущего модельного

времени (кпоследним относятся транзакты, движение которых было

заблокированоранее). Он организуется в порядкеубывания приорите-

товтранзактов, а в пределах каждого уровняприоритета — в порядке

поступлениятранзактов.

Список будущих событий включает в себятранзакты, планируемое

время продвижения которых больше текущеговремени, т.е. события,

связанные спродвижением этих транзактов, должныпроизойти в буду-

— 9 -

щем. Этот список организуется в порядкевозрастания планируемого

временипродвижения транзактов.

Симулятор GPSS/PC помещает транзакты в зависимости от условий

в модели в тотили иной список и переносит транзакты из списка в

список, просматривает списки, выбирая следующийтранзакт для обра-

ботки, корректирует таймер модельного времени послеобработки всех

транзактов всписке текущих событий.

2. ОСНОВНЫЕ БЛОКИ GPSS/PC И СВЯЗАННЫЕ СНИМИ ОБЪЕКТЫ

2.1. Блоки, связанные странзактами

С транзактами связаны блоки создания, уничтожения, задержки

транзактов,изменения их атрибутов и создания копий транзактов.

Для создания транзактов, входящих в модель, служит блок

GENERATE(генерировать), имеющий следующий формат:

1имя 0 GENERATE A,B,C,D,E

В поле A задается среднее значениеинтервала времени между мо-

ментамипоступления в модель двух последовательных транзактов. Если

этот интервалпостоянен, то поле B не используется.Если же интер-

вал поступленияявляется случайной величиной, то в полеB указыва-

ется модификаторсреднего значения, который может быть задан в виде

модификатора-интервалаили модификатора-функции.

Модификатор-интервал используется, когда интервал поступления

транзактовявляется случайной величиной с равномерным законом расп-

ределениявероятностей. В этом случае в поле B может быть задан лю-

бой СЧА, кроме ссылки на функцию, адиапазон изменения интервала

поступления имеетграницы A-B, A+B.

Например, блок

GENERATE 100,40

создаеттранзакты через случайные интервалы времени, равномерно

распределенные наотрезке [60;140].

Модификатор-функция используется, еслизакон распределения ин-

тервалапоступления отличен от равномерного. В этом случае в поле B

должна быть записана ссылка на функцию (ееСЧА), описывающую этот

закон, и случайный интервал поступления определяется, как целая

частьпроизведения поля A (среднего значения) на вычисленное значе-

ние функции.

В поле C задается момент поступления вмодель первого транзак-

та. Если это поле пусто или равно 0, то момент появления первого

транзактаопределяется операндами A и B.

— 10 -

Поле D задает общее число транзактов,которое должно быть соз-

дано блокомGENERATE. Если это поле пусто, то блок генерирует неог-

раниченное числотранзактов до завершения моделирования.

В поле E задается 1приоритет 0, присваиваемыйгенерируемым тран-

зактам. Числоуровней приоритетов неограничено, причем самый низкий

приоритет — нулевой. Если поле E пусто, то генерируемые транзакты

имeют нулевойприоритет.

Транзакты имеют ряд стандартных числовыхатрибутов. Например,

СЧА с названиемPR позволяет ссылаться на приоритет транзакта. СЧА

с названием M1содержит так называемое 1резидентное время 0транзакта,

т.е. время,прошедшее с момента входа транзакта в модель через блок

GENERATE. СЧА с названием XN1 содержит внутренний 1номер транзакта 0,

который являетсяуникальным и позволяет всегда отличить один тран-

закт отдругого. В отличие от СЧА другихобъектов, СЧА транзактов

не содержатссылки на имя или номер транзакта. Ссылка на СЧА тран-

закта всегдаотносится к активному транзакту, т.е. транзакту, обра-

батываемому вданный момент симулятором.

Важными стандартными числовыми атрибутамитранзактов являются

значения их параметров. Любой транзакт может иметь неограниченное

числопараметров, содержащих те или иныечисловые значения. Ссылка

на этот СЧА транзактов все

еще рефераты

Еще работы по радиоэлектронике

Реферат по радиоэлектронике

Расчет линейных цепей методом топологических графов

29 Августа 2013

Реферат по радиоэлектронике

Исследования согласованного фильтра

29 Августа 2013

Реферат по радиоэлектронике

Схемотехническое и функциональное проектирование вакуумной коммутационной аппаратуры

29 Августа 2013

Реферат по радиоэлектронике

Технология и автоматизация производства РЭА

29 Августа 2013