Моделирование справочной телефонной сети

Министерство образования и науки Российской Федерации ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра автоматизированных систем обработки информации и управления

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовому проекту (работе) по Моделированию систем

на тему:

Моделирование справочной телефонной сети

Автор проекта (работы)

14.62 011 М.А. Абреков

Ставрополь, 2011

АННОТАЦИЯ

моделирование справочная телефонная сеть

В курсовой работе моделируется работа справочной телефонной сети города. Телефонная сеть состоит из пяти операторов и автоматического коммутатора.

В данной курсовой работе производится исследование моделируемого объекта с целью выделения основных составляющих процесса его функционирования, строится обобщенная схема модели, и проводится анализ результатов моделирования системы.

Курсовая работа состоит из пояснительной записки и инструментально-программного комплекса, позволяющего исследовать загруженность процессоров, а также ряд других параметров.

Содержание ВВЕДЕНИЕ

1.1 Описание моделируемой системы

1.2 Структурная схема модели системы и ее описание

1.3 Временная диаграмма и ее описание

1.4 Q-схема системы и ее описание

1.5 Укрупненная схема моделирующего алгоритма

1.6 Построение Блок-диаграммы GPSS модели

1.7 Математическая модель

1.8 Получение и интерпретация результатов моделирования

1.9 Описание возможных улучшений в работе системы ЗАКЛЮЧЕНИЕ СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ ПРИЛОЖЕНИЕ. ЛИСТИНГ ПРОГРАММЫ

Целью курсовой работы является: смоделировать работу справочной телефонной сети города.

Задача заключается в составлении и исследовании модели справочной телефонной сети и определении основных характеристик моделируемой системы:

ь количество отказов;

ь коэффициент загрузки операторов.

Актуальность имитационного исследования подобных систем не вызывает сомнений в связи со следующими положениями:

— стоимость натуральных экспериментов почти всегда больше стоимости машинных экспериментов с моделью;

— измерение ряда показателей качества функционирования на реальных системах принципиально не возможно и может быть проведено только при изменении самой системы.

В качестве языка алгоритмизации выбран язык GPSS/PC, из-за его ориентации на построение моделей таких систем, в которых возможно возникновение очередей различного рода и возможности описать как алгоритм функционирования исследуемой системы, так и воздействие случайных факторов на систему. В курсовой работе был использован материал следующих литературных источников:

1) Советов Б. Я. Яковлев С.А. Моделирование систем. Курсовое проектирование: Учеб. Пособие для вузов по спец. АСУ. — М.: Высш. шк., 1998. — 135 с.

2) Советов Б. Я., Яковлев С. А. Моделирование систем: Учеб. Для вузов — 3-е изд., перераб. И доп. — М.: Высш. шк., 2001. 343 с.

3) Советов Б. Я. Моделирование систем. Практикум: Учеб. Пособие для вузов/Б.Я.Советов, С. А. Явовлев. — 2-е изд., 295 с.

1.1 Описание моделируемой системы

Пять операторов работают в справочной телефонной сети города 09. Автоматический коммутатор переключает очередного абонента на того оператора, у которого очередь наименьшей длины. Допустимая длина очереди перед каждым оператором — 2 абонента. Если все очереди имеют максимальную длину, то очередной вызов получает отказ. Вызовы поступают каждые 15±3 с.

Смоделировать обслуживание 200 вызовов. Определить количество отказов и коэффициенты загрузки операторов.

1.2 Структурная схема модели системы и ее описание

Рисунок 1.1 — Структурная схема модели

На структурной схеме (рисунок 1.1) изображены следующие элементы моделируемой системы:

· Поток — вызовов

· Коммутатор — проводит проверку очередей перед каждым оператором

· Пять операторов телефонной сети

1.3 Временная диаграмма и ее описание

Анализ условия задачи и структурной схемы позволяет сказать, что в процессе работы телефонной справочной сети возможны следующие ситуации:

1) Безотказный режим работы, когда все вызовы состоялись;

2) Режим работы с отказами, когда все очереди заполнены и очередной вызов получает отказ.

Более детально процесс функционирования телефонной справочной сети можно представить на временной диаграмме (рисунок 1.2).

Рисунок 1.2 — Временная диаграмма

На временной диаграмме:

· Оси Н₁, Н₂, Н₃, Н₄, Н₅— ожидание вызовов в очереди 1, 2, 3, 4, 5 соответственно;

· Оси К₁, К₂, К₃, К₄, К₅ — обслуживание вызовов оператором 1, 2, 3, 4, 5 соответственно;

· t_ож — время ожидания вызова в соответствующей очереди;

· t_об — время обслуживания вызова соответствующим оператором.

С помощью временной диаграммы можно выявить все особые состояния сети, которые необходимо будет учесть при построении детального моделирующего алгоритма.

1.4 Q-схема системы и ее описание

Так как описанные процессы являются процессами массового обслуживания, то для формализации задачи используем символику Q-схем. В соответствии с построенной концептуальной моделью и символикой Q-схем структурную схему данной СМО (рисунок 1.1) можно представить в виде, показанном на рисунке 2.1, где И — источник, К — канал, Н — накопитель.

Рисунок 2.1 — Q-схема

Источник И имитирует процесс поступления вызова. Автоматический коммутатор переключает вызов на того оператора у которого очередь наименьшей длины. Если все очереди имеют максимальную длину, то очередной вызов получает отказ. Если накопитель Н1 заполнен, то клапан 1 закрыт, а клапан 6 открыт; если накопитель Н2 заполнен, то клапан 2 закрыт, а клапан 7 открыт; если накопитель Н3 заполнен, то клапан 3 закрыт, а клапан 8 открыт; если накопитель Н4 заполнен, то клапан 4 закрыт, а клапан 9 открыт; если накопитель Н5 заполнен, то клапан 5 закрыт, а клапан 10 открыт. В результате если все накопители Н1, Н2, Н3, Н4, Н5 переполнены, т. е клапаны 6, 7, 8, 9, 10 открыты то вызов теряется, что соответствует уходу вызова из сети не обслуженным. В противном случае вызовы поступившие в накопители Н1, Н2, Н3, Н4, Н5 обслуживаются операторами К1, К2, К3, К4, К5 соответственно.

1.5 Укрупненная схема моделирующего алгоритма

Рисунок 3.1 — Укрупненная схема

На рисунке 3.1 представлены следующие блоки:

Блок 1 — Начало работы системы;

Блок 2 — Поступление вызова. Абонент пытается совершить вызов;

Блоки 3 — Выполняется проверка количества поступивших вызовов;

Блоки 4 — Выполняется поиск наименьшей очереди среди существующих 5 очередей;

Блоки 5 — Проверяется суммарное количество вызовов ожидающих в очереди;

Блок 6 — Вызов становиться в выбранную очередь;

Блок 7 — Происходит обслуживание оператором которому соответствует выбранная очередь;

Блок 8 — Выполняется обработка результатов работы сети;

Блок 9 — Результаты выводятся на экран в виде отчета;

Блок 10 — Конец работы сети.

1.6 Построение Блок-диаграммы GPSS модели

Рисунок 3.2 — Блок-диаграмма

1.7 Математическая модель

При построении дельного моделирующего алгоритма необходимо определить переменные и уравнения математической модели. В нашем случае это будут:

t — среднее время поступления вызовов в сеть;

t_об — среднее время обслуживания вызовов оператором;

T — общее время работы системы;

К_заг — коэффициент загруженности оператора;

N — максимальное количество вызовов, которое может обслужить один оператор за общее время работы сети;

U_i — количество вызовов которые попадут на обслуживание к i-му оператору за общее время работы сети;

M — общее количество вызовов поступающих в сеть.

Уравнения модели:

M = 200; T = t*M = 15*200 = 3000;

Если M >=N тогда, иначе

U₁ = N = 120; U₂ = 200−120 = 80; U₃ = 200-(120 + 80) = 0; U₄ = 0; U₅ = 0;

1.8 Получение и интерпретация результатов моделирования

GPSS World Simulation Report — kod.50.1

Wednesday, June 15, 2011 01:59:07

START TIME END TIME BLOCKS FACILITIES STORAGES

0.000 3053.541 12 2 0

NAME VALUE

COUNTOTKAZ UNSPECIFIED

MET1 11.000

OPER 10 000.000

LABEL LOC BLOCK TYPE ENTRY COUNT CURRENT COUNT RETRY

1 GENERATE 202 0 0

2 SELECT 202 0 0

3 TEST 202 0 0

4 TEST 202 0 0

5 QUEUE 202 0 0

6 SEIZE 202 1 0

7 DEPART 201 0 0

8 ADVANCE 201 1 0

9 RELEASE 200 0 0

10 TERMINATE 200 0 0

MET1 11 SAVEVALUE 0 0 0

12 TERMINATE 0 0 0

FACILITY ENTRIES UTIL. AVE. TIME AVAIL. OWNER PEND INTER RETRY DELAY

1 124 0.994 24.488 1 201 0 0 0

2 78 0.631 24.702 1 202 0 0 0

QUEUE MAX CONT. ENTRY ENTRY (0) AVE.CONT. AVE. TIME AVE.(-0) RETRY

1 1 1 124 1 0.678 16.705 16.841 0

2 1 0 78 60 0.035 1.385 6.000 0

3 0 0 0 0 0.000 0.000 0.000 0

4 0 0 0 0 0.000 0.000 0.000 0

5 0 0 0 0 0.000 0.000 0.000 0

CEC XN PRI M1 ASSEM CURRENT NEXT PARAMETER VALUE

201 0 3033.050 201 6 7

OPER 1.000

FEC XN PRI BDT ASSEM CURRENT NEXT PARAMETER VALUE

203 0 3065.517 203 0 1

202 0 3080.977 202 8 9

OPER 2.000

Анализ результатов Результаты, полученные в ходе моделирования, отражают основные особенности функционирования телефонной справочной сети и позволяют качественно и количественно оценить ее поведение.

Из полученных в ходе моделирования результатов видно, что все поступившие в сеть вызовы были обслужены т. е отказов в обслуживании не произошло. Коэффициенты загрузки 1-го и 2-го оператора равны 0.994 и 0.631 соответственно, а у остальных операторов коэффициенты загрузки равны нулю, следовательно, они небыли задействованы.

Результаты, полученные в ходе моделирования, не противоречат результатам, которые были получены при построении математической модели сети. При проведении аналитического расчета характеристик данной сети были получены следующие результаты: коэффициенты загрузки 1-го и 2-го оператора равны 1 и 0.666 соответственно, а у остальных операторов коэффициенты загрузки равны нулю.

1.9 Описание возможных улучшений в работе системы

Основываясь на результатах, полученных в ходе моделирования и аналитического расчета можно дать следующие рекомендации для повышения эффективности функционирования данной сети:

— следует исключить из сети операторов которые не используются при функционировании сети т. е коэффициент загрузки которых равен нулю.

Для этого необходимо в программном коде (ПРИЛОЖЕНИЕ. ЛИСТИНГ ПРОГРАММЫ) произвести следующие изменения:

1) В блоке select в поле «С» записать цифру 2;

2) В блоке test в поле «А» записать «Q1+Q2», а «B» записать цифру 4.

Окончательный вариант модели с результатами будет выглядеть следующим образом:

GPSS World Simulation Report — kod.60.1

Friday, June 17, 2011 03:03:28

START TIME END TIME BLOCKS FACILITIES STORAGES

0.000 3053.541 11 2 0

NAME VALUE

COUNTOTKAZ UNSPECIFIED

MET1 10.000

OPER 10 000.000

LABEL LOC BLOCK TYPE ENTRY COUNT CURRENT COUNT RETRY

1 GENERATE 202 0 0

2 SELECT 202 0 0

3 TEST 202 0 0

4 QUEUE 202 0 0

5 SEIZE 202 1 0

6 DEPART 201 0 0

7 ADVANCE 201 1 0

8 RELEASE 200 0 0

9 TERMINATE 200 0 0

MET1 10 SAVEVALUE 0 0 0

11 TERMINATE 0 0 0

FACILITY ENTRIES UTIL. AVE. TIME AVAIL. OWNER PEND INTER RETRY DELAY

1 124 0.994 24.488 1 201 0 0 0

2 78 0.631 24.702 1 202 0 0 0

QUEUE MAX CONT. ENTRY ENTRY (0) AVE.CONT. AVE. TIME AVE.(-0) RETRY

1 1 1 124 1 0.678 16.705 16.841 0

2 1 0 78 60 0.035 1.385 6.000 0

CEC XN PRI M1 ASSEM CURRENT NEXT PARAMETER VALUE

201 0 3033.050 201 5 6

OPER 1.000

FEC XN PRI BDT ASSEM CURRENT NEXT PARAMETER VALUE

203 0 3065.517 203 0 1

202 0 3080.977 202 7 8

OPER 2.000

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

При моделировании системы были решены все поставленные задачи и получены результаты.

Была спроектирована модель телефонной справочной сети, определены характеристики сети и проведен ряд экспериментов с моделью, в ходе которых установлены зависимости выходных данных от входных параметров, а также даны рекомендации, позволяющие повысить эффективность функционирования данной телефонной справочной сети. Были сделаны выводы о качестве системы и возможном её улучшении.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Советов Б. Я. Моделирование систем. Практикум: Учеб. Пособие для вузов/Б.Я.Советов, С. А. Явовлев. — 2-е изд., перераб. И доп — М.: Высш. шк., 2003. 295 с.

2. Советов Б. Я., Яковлев С. А. Моделирование систем: Учеб. Для вузов — 3-е изд., перераб. И доп. — М.: Высш. шк., 2001. 343 с.

3. Советов Б. Я. Яковлев С.А. Моделирование систем. Курсовое проектирование: Учеб. Пособие для вузов по спец. АСУ. — М.: Высш. шк., 1998. — 135 с.

ПРИЛОЖЕНИЕ. ЛИСТИНГ ПРОГРАММЫ

simulate

GENERATE 15,3

SELECT MIN Oper, 1,2,Q

TEST L (Q1+Q2), 4, met1

QUEUE P$Oper

SEIZE P$Oper

DEPART P$Oper

ADVANCE 25,10

RELEASE P$Oper

TERMINATE 1

met1 SAVEVALUE countOtkaz+, 1

TERMINATE 1

start 200