Информационно-вычислительная сеть коллективного пользования

Федеральное агентство по образованию  РФ

Государственное образовательное  учреждение

высшего профессионального  образования

Тульский  государственный  университет 

Факультет Экономики и права

Кафедра

Автоматизированных  информационных и управляющих систем

                                                                                                УТВЕРЖДАЮ

                                                                                               Зав.каф.АИУС 

                                                                                   _________В.А.Фатуев                       

«  »__________2004г. 

                       ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

                                  к курсовой работе

                                     по «Моделированию систем»

на тему: Информационно-вычислительная сеть коллективного  пользования

Разработал______________________________________ Дергачева Е.А.  

Специальность 220200                           Группа:   720211

Руководитель:       к.т.н., доц. Семенчев Е.А.  

Работа защищена_____________Оценка __________

                                 (дата) 
 
 

Тула 2004. 
 
 

УТВЕРЖДАЮ    Зав.кафедрой АИУС    ___________В.А.Фатуев    "___"___________20__г.

 

  

ЗАДАНИЕ

на курсовую работу по моделированию систем

студента  Дергачевой Е.А.       гр. 720211  
ТЕМА: Информационно-вычислительная сеть коллективного пользования 
Исходные данные:    Рассматривается информационно-вычислительная сеть коллективного пользования.    Информация, требующая обработки, поступает с терминалов пользователей в виде сообщений длины q бит с интенсивностью 0,01 сообщений в секунду. Длина сообщений равномерно распределена в интервале 0..q. Абонентская ЭВМ обрабатывает поступающую от концентратора информацию. Концентраторы обеспечивают сопряжение входных низкоскоростных каналов связи с выходным высокоскоростным каналом. Мультиплексные каналы ЭВМ обслуживают k терминалов.

    Требуется определить зависимость  среднего времени обработки запроса  от быстродействия абонентской  ЭВМ. 

Руководитель  работы         ______________________________________ 

Задание принял к исполнению ___________________________________ 

Оглавление

Введение.

         Вычислительная сеть – система, состоящая из объектов, осуществляющих функции генерации, преобразования, хранения и потребления информации, называемых пунктами (узлами) сети, и линий передачи (связей, коммуникаций, соединений), осуществляющих передачу информации между пунктами, в состав которой входит вычислительное оборудование. К передаче информации имеют прямое отношение телефонные сети, вычислительные сети передачи данных, спутниковые системы связи, системы сотовой радиосвязи.

         Компонентами вычислительной сети  могут быть ЭВМ и периферийные  устройства, являющиеся источниками и приемниками данных или сообщений, передаваемых по сети.

         Компоненты вычислительной сети  составляют оконечное оборудование  данных. В качестве ООД могут  выступать ЭВМ, принтеры и другое  вычислительное, измерительное и  исполнительное оборудование автоматических и автоматизированных систем   

          Канал (канал связи) - средства односторонней передачи данных. Примером канала может быть полоса частот, выделенная одному передатчику при радиосвязи. В некоторой линии можно образовать несколько каналов связи, по каждому из которых передается своя информация. При этом говорят, что линия разделяется между несколькими каналами.

         В данной информационно-вычислительной  сети используется коммутация каналов, т.е. осуществляется соединение ООД двух или более станций данных и обеспечивается монопольное использование канала передачи данных до тех пор, пока соединение не будет разомкнуто

         Увеличение использования информационно-вычислительных  сетей на предприятиях, в учебных  заведениях, существующие даже в отдельных домах требует разработки моделей работы сетей. На данном этапе развития науки и техники наиболее подходящим методом разработки таких моделей является имитационное моделирование.  

         В последние годы все более увеличивается роль имитационного подхода при выполнении исследовательских и проектных работ по созданию эффективных сложных систем различного назначения и ускорению поиска рациональных решений в промышленности и управлении. Имитационное моделирование становиться признанным, порой единственным методом решения сложных задач анализа, оптимизации, управления и проектирования систем управления производством, отраслями промышленности, технологическими процессами, синтеза структур гибких автоматических производств, автоматизированных систем научных исследований.

         В общем случае имитационное  моделирование всегда проводится  с целью определения некоторых оценок показателя (или  показателей) эффективности системы. Проводить имитационное моделирование целесообразно лишь в случаях, когда интересующий исследователя показатель эффективности системы невозможно или сложно определить аналитически.

         Процесс моделирования требует, как правило, больших затрат машинного времени или весьма быстродействующую вычислительную технику. Кроме того, имитационное моделирование – это своего рода искусственный эксперимент с цифровой моделью системы. Обработка результатов эксперимента принципиально не может дать точных значений показателя эффективности системы, в лучшем случае можно построить хорошую оценку такого показателя. При этом неизбежно возникают вопросы точности и достоверности оценки показателя эффективности. Проделав большое количество опытов (прогонов) с моделью системы, получают экспериментальный материал, который для получения искомых оценок обрабатывается далее методами математической статистики. Если результаты моделирования подтверждаются и могут служить основой для прогнозирования процессов, протекающих в исследуемых объектах, то говорят, что модель адекватна объекту. И от того, насколько детально изучены реальные явления, насколько правильно проведена их формализация и алгоритмизация, зависит успех моделирования конкретного объекта.

         Надо иметь в виду, что любой  эксперимент может иметь существенное значение в конкретной области науки только при специальной обработке и обобщении. Единичный эксперимент никогда не может быть решающим для подтверждения гипотезы, проверке теории.  

         В данной курсовой работе будет  рассмотрена информационно-вычислительная сеть коллективного пользования. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Содержательное  описание.

    Рассматривается информационно-вычислительная  сеть коллективного пользования. 

 

Рисунок 1. Фрагмент сети коллективного пользования.

    Информация, требующая обработки,  поступает с терминалов пользователей  в виде сообщений длины q бит с интенсивностью 0,01 сообщений в секунду. Длина сообщений равномерно распределена в интервале 0..q. Абонентская ЭВМ обрабатывает поступающую от концентратора информацию. Концентраторы обеспечивают сопряжение входных низкоскоростных каналов связи с выходным высокоскоростным каналом. Мультиплексные каналы ЭВМ обслуживают k терминалов.

    Таким образом, в исходной системе можно выделить следующие элементы (объекты), взаимодействующие между собой: абонентская ЭВМ, канал связи, терминалы.

    В системе коллективного пользования  15 терминалов. На каждом из них  формируется запрос и передается  каналу для доставки абонентской  ЭВМ. Запросы от одного терминала  поступают с интенсивностью 0.01 сообщений в секунду. Длина сообщения (запроса) равномерно распределена в интервале 0..15360.

    Канал, передает запрос от  терминала к абонентской ЭВМ,  и ответ от абонентской ЭВМ  терминалу. Предполагается, что он  работает без задержки, т. е. сообщения между элементами передаются мгновенно.

         Абонентская ЭВМ выстраивает  принятые от канала запросы  в очередь и обрабатывает. Приоритет  имеет запрос, пришедший первым. Каждый запрос в очереди ЭВМ  обрабатывает 0,1 с., после чего переходит к следующему запросу, а после обработки последнего в очереди, к первому.

         В результате обработки запроса,  формируется ответ, который передается  каналу и отправляется абонентской  ЭВМ. Быстродействие абонентской  ЭВМ меняется от 100000 до 500000 операций в секунду с шагом 50000.

         Путем имитационного моделирования  требуется определить зависимость  среднего времени обработки запроса  от быстродействия абонентской  ЭВМ. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Математическая  модель системы.

         Рассматриваемая информационно-вычислительная сеть коллективного пользования начинает работу с формирования запроса терминалом. Определяется время передачи запроса на обработку :

       ,

         Здесь  - время, необходимое оператору для формулирования запроса. Это время определено из условия и является равномерно распределенной случайной величиной с плотностью распределения

f(t)=    ,

где λ  – интенсивность поступления  информации.

         Функция распределения будет иметь вид:

F(t) =                                   =                                  = 
 

         Следовательно 

    - время получения ответа на предыдущий запрос, переданное каналом.

         Таким образом, математическая модель, описывающая работу терминала, выглядит так:

,

.

         Канал получает от дисплея  время передачи запроса на  обработку , и передает его абонентской ЭВМ: . - время получения абонентской ЭВМ заявки для обработки. От абонентской ЭВМ канал получает - время завершения обработки заявки (выхода ее из ЭВМ) и передает терминалу. .

         Модель функционирования канала:

,

.

         Абонентская ЭВМ  получает  от канала время поступления  новой заявки, помещает ее в  очередь и формирует  время,  необходимое для выполнения  .

        После того, как до заявки дойдет очередь, абонентская ЭВМ начинает ее обрабатывать, уменьшая тем самым время до ее выхода.

    

    где  - интервал времени обработки заявки до перехода к следующей. = 0,1.

         После завершения обработки заявки, абонентская ЭВМ передает сформированный  ответ каналу.

      После обработки всех поступивших  запросов ЭВМ вычисляет среднее  время обработки информации в  зависимости от быстродействия.

    

где n- количество обработанных запросов в определенном режиме.

      Таким образом, математическая  модель ЭВМ: 

      

         Объединив модели элементов, можно  записать математическую модель  всей сети коллективного пользования.

,

,

 

         Оценка  математического ожидания  и дисперсии среднего времени  обработки информации.

         Оценка  математического ожидания. При каждом прогоне равенство модели фиксируется одно значение среднего времени. В качестве оценки берут в этом случае выборочное среднее 

 =(1/N)(t1+t2+…+tN) 

    Оценка M[t] также асимптотически нормальная и, следовательно, неравенство

    

имеет место с вероятностью не меньшей,  чем 1-α (доверительная вероятность, α=0,05,..0,01). Под корнем стоит дисперсия оценки :

    D(

) = D[t]/N

    Чтобы обеспечить заданную точность ε, необходимо взять N таким, чтобы имело место

    Неизвестную дисперсию D[t] в этом соотношение заменяют при вычислении её оценкой

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Алгоритм  моделирования исследуемой  системы

         В процессе моделирования информационно-вычислительная сеть коллективного пользования разбивается на элементы, взаимодействующие между собой. Каждый из этих элементов образует свой класс с присущими ему атрибутами и операциями, определяющими поведение экземпляров (объектов) этого класса.

         Первым разрабатывается и описывается  родительский класс setl (рис. 2). 

    

 

    Рисунок 2. Диаграмма класса setl.

         Он является наследником базового  класса TObject.

         nomogid – общий атрибут (public), т. е. любой класс, имеющий доступ к объекту класса setl, имеет доступ и к этому атрибуту. Атрибут nomogid является целочисленной переменной.

         Класс setl имеет операцию: create(). Операция имеет признак видимости public. Кроме того create является операцией класса, тип выражения, возвращающего значения которого object.

         Класс setl является родительским для классов abevm, kanal и monitor.

         Класс abevm (рис. 3) имеет общие атрибуты tvh, tv и toz. Они являются массивами из 15 элементов типа float (real). 

    

 

    Рисунок 3. Диаграмма класса abevm

        Операции create(), ochered(), obrab(), finish() - имеют признак видимости public. Все, кроме create(), являются операциями представителя. create  - операция класса, возвращающая выражения типа object.

         Класс kanal (рис. 4) имеет общие атрибуты tvh[1..3000] и toz[1..3000], которые являются массивами из 3000 элементов типа float.

    

    Рисунок 4. Диаграмма класса kanal 

         Операции create(), sendtoabevm() - имеют признак видимости public. Последняя является операцией представителя класса, create  - операция класса, возвращающая выражения типа object.

         Класс monitor (рис. 5) имеет общие атрибуты tvh[1..3000] и toz[1..3000], которые являются массивами из 3000 элементов типа float.  

    

    Рисунок 5. Диаграмма класса monitor

         Операции create(), dosoob() – имеют признак видимости public. Последняя является операцией представителя класса, create  - операция класса, возвращающая выражения типа object.

         На рисунке 6 показана общая  диаграмма классов системы. 
 

    

 

    Рис. 6. Диаграмма классов

   

         Взаимодействия классов между  собой показаны на рисунке  7. 

    

    Рисунок 7. Диаграмма связей между классами

         Для каждого класса создаются  экземпляры (объекты), которые используются  при моделировании.

         Для класса abevm экземпляр - abevm1 (рис. 8). 

    

 

    Рисунок 8. Диаграмма объекта abevm1

         Для класса kanal – kanal1 (рис. 9). 

    

 

    Рисунок 9. Диаграмма объекта kanal1

         Для класса monitor создается массив экземпляров m. (рис. 10) 

    

    Рис.10. Диаграмма объекта m.

Описание  программы моделирования

         Текст программы моделирования информационно-вычислительной сети коллективного пользования написан в среде программирования Delphi с использованием объектно–ориентированной технологии программирования. Delphi использует объектно-ориентированный язык, который сочетает выразительную мощь, простоту программирования, эффективность языка программирования.

         Входными данными для моделирующей  программы являются время обработки  заявки (tv) – случайная величина, распределенная равномерно. tv– массив из 3000 элементов типа real.

         Выходной величиной является  среднее время обработки информации  абонентской ЭВМ и зависимость  среднего времени обработки информации  графика.

         После запуска выполняемого файла  программы, появляется форма с  кнопкой для инициализации (рис.  11).  

    

    Рисунок 11. Форма появляющаяся после запуска  программы

    После нажатия кнопки «инициализировать»  в окне вывода результата появится  список средних времен обработки  информации. После первого запуска  программы на форме появится  график, показывающий зависимость среднего времени обработки информации от быстродействия ЭВМ(рис. 12). Выход из программы осуществляется нажатием кнопки закрытия окна в правом верхнем углу формы. 

    

 

    Рисунок 12. Форма с результатом работы программы

    t0 – среднее время обработки информации при быстродействии абонентской ЭВМ равном 100000 операций в секунду.  

    t1 – среднее время обработки информации при быстродействии абонентской ЭВМ равном 150000 операций в секунду.

    t2 – среднее время обработки информации при быстродействии абонентской ЭВМ равном 200000 операций в секунду.

    t3 – среднее время обработки информации при быстродействии абонентской ЭВМ равном 250000 операций в секунду.

    t4 – среднее время обработки информации при быстродействии абонентской ЭВМ равном 300000 операций в секунду.

    t5 – среднее время обработки информации при быстродействии абонентской ЭВМ равном 350000 операций в секунду.

    t6 – среднее время обработки информации при быстродействии абонентской ЭВМ равном 400000 операций в секунду.

    t7 – среднее время обработки информации при быстродействии абонентской ЭВМ равном 450000 операций в секунду.

    t8 – среднее время обработки информации при быстродействии абонентской ЭВМ равном 500000 операций в секунду.

      Текст программы приведен в  приложении 1.   
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Анализ результата моделирования

         Результатом программы является  зависимость среднего времени  обработки информации абонентской  ЭВМ от быстродействия ЭВМ,  представленная в виде графика  (рис. 13).

    

 

    Рисунок 15. График, отражающий зависимость

    среднего  времени обработки информации

    от  быстродействия ЭВМ

   

         Как видно из графика, при  увеличении быстродействия абонентской  ЭВМ уменьшается среднее время  обработки информации, что соответствует  ожидаемому результату. Возможные  отклонения среднего времени обработки информации от общей тенденции обусловлено использованием для моделирования псевдослучайных величин времени поступления запроса и ограниченностью времени моделирования 

Заключение

         Программа моделирования информационно-вычислительной  сети коллективно пользования предоставляет среднее время обработки информации и график зависимости среднего времени обработки информации от быстродействия абонентской ЭВМ. График соответствует ожидаемому. На основании этого можно сделать заключение о правильной работе программы и об адекватности результатов ее работы. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Библиографический список

1. Бусленко  Н.  П.  Моделирование сложных  систем. М.: Наука, 1978. - 400 с.

2. Советов  Б.Я., Яковлев С.А. Моделирование  систем: Учебник для вузов по спец. «Автоматизир. системы обработки информ. и упр.». – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. шк., 1998. – 319 с.:ил.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

       
 
 
 
 
 
 

Приложение 1.

Текст программы.

unit msk; 

interface 

uses

  Windows, Messages, SysUtils, Variants, Classes, Graphics, Controls, Forms,

  Dialogs, StdCtrls, ExtCtrls, Buttons, Mask, TeeProcs, TeEngine, Chart,

  ComCtrls, Series;

type

    TForm1 = class(TForm)

    Button1: TButton;

    Bevel1: TBevel;

    Image1: TImage;

    ListBox1: TListBox;

    Label1: TLabel;

    Label2: TLabel;

    Label3: TLabel;

    Label4: TLabel;

    Label5: TLabel;

    Label6: TLabel;

    Label7: TLabel;

    Label8: TLabel;

    procedure Button1Click(Sender: TObject);

    procedure FormCreate(Sender: TObject);

    procedure FormClose(Sender: TObject; var Action: TCloseAction);

      { Private declarations }

  public

    { Public declarations }

  end; 

point=class

public

constructor create(a,b:integer); overload;

procedure draw; virtual;

end; 

line=class(point)

public  x,y,vector,radius:integer;

scalelevel:real;

constructor create(a2,b2,c2:integer); overload;

procedure draw; override;

end; 

setl = class

public

nomoz:integer;

constructor create; overload;

end; 

abevm = class(setl)

  public

  tvh,toz,tv:array [1..15] of real;

  nomvh:integer;

  constructor create; overload;

  procedure ochered;

  procedure obrab(i:integer);

  procedure finish(i:integer);

  end; 

monitor = class(setl)

  public

  tvh,toz:array [1..3000] of real;

  nomvh:integer;

  constructor create; overload;

  procedure dosoob(i:integer);

  end; 

kanal = class(setl)

  public

  tvh,toz:array [1..3000] of real;

  nomvh:integer;

  constructor create; overload;

  procedure sendtoabevm(i:integer);

  end; 

var

  form1:TForm1;

  abevm1: abevm;       

  m: array [1..15] of monitor;

  kanal1: kanal;               

  tobd, tvip: array [1..1500] of real;

  x,y,lx,ly,lc,lc1,ly1,lx1,mm,nn,ind,prall,col,p: integer;

  t,sumall,sroz:real;

  aline:line; 

implementation

{$R *.dfm}

constructor point.create(a,b:integer);

begin