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