автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.09, диссертация на тему:Автоматизация имитационного моделирования сетей ЭВМ

\ЖЩЖ ПОШЕХНИЧЕСКЙЙ ИНСТИТУТ

РГВ Ой 2 4 №

УДК-681.3

СУКАЧ Елена Ивановка

ШСШЙЭАШ ПЮ АЦШННОГО МОДЕЛИРОВАНИЙ СЕТЕЙ ЭВМ.

05.13.09 - Математическое ц программное обесд.эчение вычислительных машин и систем '

А В Т О Р Е ф Е Р А Т

диссертации на соискание ученой степени ¡сандидага технических наук

Киев - 1996 г.

Работой является рукопись.

Работа выполнена на кафедре математических проблем управления гомельского государственного университетаим.Ф.Скорнны:

/Научный руководитель - доктор технических наук,

профессор Максимей И.В.

Официальные оппоненты - доктор технических наук,

профессор Зайченко Ю.П., ¡?андвдат технических наук Панчук А.Н.

Ведущая организация - Институт кибернетики АН Украины

Защита состоится "/_£." ^^¡Л 1995 в. ^ ^: часов на ааседа'гии специализированного совета Д 01.02.06 Киевского политех-ничэского института по адресу: 252056,г.Киев,проспект Побед1\37

Отзывы на автореферат (в двух экземплярах),заверенные пе-, частью учреждения,просим направлять по ад^су: ¿§2056, г. Киев- 56,проспект Победы,37,КГШ,Ученому секретарю.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Киегского политехнического института.

Автореферат разослан " ^ " 1996 г.

Ученый секретарь специализированного совета доктор технических наук,

профессор О.В. Вузовский

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

кптш&ыжщ тш Диссертационная работа посвящена вопросам разработки метода автоматиеащи имитационного моделирования сетей ЗШ и реализации программно-технологического комплекса имитации (ПТКИ) для построения,исследования и эксплуатации имитационных моделей (ЙМ) вычислительных сетей,Задачи,возникающие на различных уровнях проектирования и эксплуатации сетей ЭВМ, характеризуются сложностью, трудоемкостью, большой размерность»,и их регение требует применения математических исследований.С этой целью разработан улд аналитических методов исследования сетей ЭВМ. Некоторые из них построена! на весьма сильных ограничениях и упрощениях,например,сведении нелинейной задачи к линейной.В ряде случаев удается показать,что подобные упрощения слабо влияют на конечный результат.Построение точного решения для некоторых частных случаев и сравнение его с решением,полученным с помощью приближенного метода убеждает в возможности использования приближенных методов с некоторой долей риска.

Однако,в большинстве случаев,при исследовании реально существующих сетей,ограничения не выполняются, а огрубления очень сш .о г тот на конечный результат.Все это сцидетельствует з пс ь \ ойных методов исследования. Они позволяют наблюдать за о'З 1г:.шкс,а такие определять узкие места функционировав?«: настоящее время разработано й реализовано много различ i1 делирования для автоматизации построения ИМ сложных a Все -разработки в области средств автоматизации моделирования ориентированы на облегчение этапов прогр<± mí< мало затрагивает остальные этапы создания и использована Ш 1Ть является важной задача дальнейшей автоматизации этапов построения ,исследования и эксплуатации ИЫ.Создание ИМ такого сложного объекта как сеть ЭВМ дорогостоящее мероприятие,требует использования ресурсов ЭШ и времени,В связи с этим актуальна задача разработки программного обеспечения (ПО),позволяющего оперативно получать решение проектировщикам,не являющимся специалистами в имитации. В тли чие от аналитически;; методой исследования, имитация позволяет преде тавлять объект на высоком уровне детализации.Однако,ограничения иа ресурсы ЭВМ зачастую затрудняют исследования.Кроме это^о»практически >отсутствуют разработки в области исследования ресурсных характерно •тик вычислительного процесса (ВП) в сети ЭВМ.Ио&тшу являете« a-rv

аль.чой «едена • рырабоа-:« ресурооашнэдного метода,дозволяющего решать проблемы моделирования жпольвования ресурсов в сетях ЭВМ и эв-таматизщщ Ш. ' ,

йзэдвд неодето? испода вуеше в дисоертшдш, баеируются на зиатемнщ паркеде « объекту ищтаднй, м^одике испытания и исследования Щ сложных екотем, методах планирования эксперимента м-математически с^оатисщи. При создании программа, : средств, реалиеующйх предошекввй «ей®, иощльвовался общий технологичеокйй инструмента-, ркй прикладного программирования. ' •• • . :.*

- йауяная пщтж работы варючаетая » одедуюрм. Раврабог -ш ите-' оативный *кэтод автоматава'Ш ш^г^одаого модедировш^да сетей ЭВМ н& высоком . Уровне детадивации Выключают?'7"? в оеОа ряд новых подходов к фоь'^адкеадаи объект исследований й- новые средства.'автоматиеа-цки-ИЭ.'

V Новыми подх-дами ^. фэршяяведеш ВД валимся« ; -объединение трех опособоз формаливации (процессного,агрегатне-' готранзактного) з одном описании объекта имитации;

-возможность поступления динамических элементов Ш . на входы статических элементов модели,имеющих сходную с ними структуру описания их псввдвШС)

■ объединение в одном тексте Ш декларативного и алгорктшчеоке-го способов оп'йсени? ее компонент)

-"сверил" временный диаграмм функционирования программных и Чехническкх компонент сети, к графическому представлению; ~ -использование двух типов ИМ (узла и сети),отображающих объект имитации' ка различных уровнях деОДвгаций ^организация их итерагга-ного вваимодейотвия; , _ . , . < . ■ .

- -отображение ыаршрутив&чйк в сети путем использования программируемых запросов г . " ' / -присвоение еакаэам .арактерисгйк ресурооеыкости или "подкраска" зак&эов векторами ьалросов на ресурсы сети. • ; Автоматизация.ИЗ базируется но:

■-двухэтаяном переходе от форщяьного описания сети к. ИМ; ' -верйфикгпий ИМ с помощью специальных технологических процедур а пересчета параметров моделирования при переходе от ИМ с высоким уровнем детализации ВП к ИМ с более грубым уровнем и наоборот. .

Предложена трехуровневая структура программного обеспечения использования метода в виде ПТКИ,который состоит из:

-новой системы автоматизации моделирования,позволяющей оперативно реализовать ИМ;

-технологических процедур,обеспечивавших оперативное испытание и исследование свойств ИМ;

-проблемного ПО: в виде бйблио:жи имитационных и регрессионны* моделей,ускоряющего этапы эксплуатации ИМ,сетей .ЭВМ.:

Практическая значимость работы заключается в, следующем. Метод автоматизации, моделирования... ориентирован на два типа вольвоеателей: • 1 . " '"

-использующих готовые модели из библиотеки; '"'',. . '

-создающих новые модели путем изменения структуры модели либо изменения состава и содержания компонент ИМ."' ..Это.об'л.егчаэт и ускоряет зтгпк построения, испытания и эксплуатации Ш сетей1 ЭВМ.' ' . .

Предложенная технология использования ПТКИ позволяет пальзозгг-телям, не являющимся специалистами по программирование и имитации, исследовать ресурсные характеристики узла сети и качество функционирования всей сети на еуосжом уровне детализации с высокой степенью точности;Технология предусматривает использование реачивованкой- библиотеки ИМ.

Предложен новый подход к описанию•ироцессоз передачи данных до. сети на основе протоколов X.25,заключающийся в использовании:меха-' низмов "подкраски" транзитов,описании протоколов с.помощью алгоритмических примитивов,специализации Функций узлов сети по классам транзактов.

Совместное использование имитационных и регрессионных моделей для вычисления показателей качества функционирования сетей ЭВМ расширяет возможности исследователя при оперативном прогнозе ремизники ВП в сети. ■ , .-;'■'• , ' ' 1 -

Реализация результатов исследования.„Исследования проводились в рамках госбюджетной тематики Гомельского государственного' университета им. Ф. Скоршы з соответствии а зад джем НИР; j . • . ; '

- ГВ САПР-15 "Разработка и использование моделей при создании ВЦКХ1, ооиектйровйкчьпе на САПР, и реавивация «е -в вйде штограммякк моделей", ном-гр гсс.регистрации 31O1S502; . ¡

-ГВ 81-Ой "Автоматизация технологии .исследования,проектирования и управления рп в, ЭОМ.дамялексэх и сетях ЭЙИ", номер', гос. регистрации 01910011799'''; ' ' '• .

-ГВЦ 91-19 "Разработка " методйв исследования к прох'шгиройаняя

характеристик объекте» „ подвергшееся ралианкойяому загрязнению $ результате аварий' яа ЧАЭС для. реализации в составе АРМа радяозколо-■ га",номер гос. регистрации 019Й0005608...'

ПТКИ внедрен в учебный процесс и. используется при подготовка студентов.Имитационные модели "вариантов, сети из библиотек» ' ПТКИ внедрены s практику.проектных, работ отделения' акционерного комерчес-• кого банка (OAKS) "Belarus" и использовались при решении ряда практических задач выбора архитектуры'сети я принятии проектных решений.

Апробация работ«. Основные рввулътата работы доложеак и обсуждай аа.следующих научно-технических конференциях: ■ •всесоюзной научно-техническом конференции ' Гроектироваиие вычислительных средств ' (Каунас:, 1909); -. . •

. -г-ой & • »-ow>\ 4-)»-?Mj«Htuni "Моделирование систем информатики" ' Новосибирск, ОУ, SO );.'■. ■ >.-....

-international АМЗЕ-•• com erenee "Applied Modeling&Simulation" Ctvlv\,C'9.'e3); ".■-.. • ■ -, . •■ . ■■.

-the first international conference "informational technologies and system" U.vSv, 30. 93).-,

-международной конференции 'Нообдемы математики я информатики"' (Гомель, 04.94). " . " . . , :

йублиэтацкн.Основные результаты'Диссертации олубликоваиы в 10 печатных работах,а также итоговых• отчета«..Гомельского государственного уииве{<ж«та уч.Ф.Сюрини по пыпошят НИР

На аакнту ииичсигся. _____

i-.iМетод автоматизации имитационного моделирования сетей ЭВМ. 2ЛЗТКЙ еггеи УВН, реализованный на основ» .•' предлагаемого метода автоматизации имитационного 'моделирования сетей ЭВМ.-

3. Ткпочгй технология применения метода елтомзтираиии и ПТКИ сетей зш. ■ . '

апробации метода и средств автоматизации на .типовых, моделях ос-си С^.етобраиэотшх BII на гьсокоу уровне детализации.

Достодериоотб научных положечий л пряктичесгах рекомендаций метода подтверждена п ходе выполнения НИР в Гсм-„"ьса;м государственном университете,три рвении чрактических задач проектирования банковской сети Ой KB "еЯагиУ.а такая в ходе испсльвсвания ПТКИ в учебном процессе.

Структура и ofrsex рд(кугы.Диссертация состоит ив введении, пяти "глав," .заключения, списка литературы из 68 наименований и «яти прило-

. жений.йвлсжена на 173 страницах машинописного текста.эключая £3 рисунка. Приложения составляют 120 страниц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ,

Во введении обосновываются актуальность и значимость темы,(определяются :объект исследования»методы исследования,научная йоеизнз и практическая значимость работы,указываются внедрения выполнекнвгр исследования,формулируются положения,выносимые на защиту.

8 главе 1 приведен анализ средств и методов исследования. ..jjtxsL ЭВМ.Выделены две основные группы методов;аналитические и имятацяок-ные.Рассматриваются возможности аналитических методов- исследовашш сетей эш.их достоинства и недостатки. На основе литературных источников выделяются задачи исследования сетей ЭВМ этими методами.Отмечается необходимость анализа динамики развития процессов в сетях ЭВМ при проведении проектных, работ,что приводит к -необходимости использования имитационных методов моделирования.Дая постановки йЭ используются различные средства автоматизации. Такими средствами являются системы моделирования (СМ),составной частью которых'является специальный язык моделирования. Отмечаются требования', которые предъявляются к СМ на.современном уровне их развития и рассматриваются методе-ориентированные языки имитационного моделирования о дискретным xa—, - рактером изменения модельного времени.На основе анализа 'проблем ав-.-томатиэации М'З формулируется постановка задачи на диссертационную работу.Определяется необходимость разработки. нового метода^средств его реализации и технологии их использования для автоматизации имитационного моделирования сетей ЭВМ.Обосновывается необходимость. решения 'следующего комплекса взаимосвязанных задач:..

1.Разработать метод автоматизации имитационного моделирования' сетей ЭВМ с высоким уровнем детализации ВН.

2.Создать ресурсоэкономные проблемно-ориёнтированвые средства реализации метода имитации ВП в сетях З&Ч.

3.Предложить технологию использования метода и .средств автоматизации ИЭ лользователями.не являющимися специалиста.«! но программированию и имитации.

4. На типовых моделях сети ЭВМ оценить рабочие характеристики метода и средств автоматизации.

С главе 2 излагается метод автоматизации имитационного модели-

- б -

рования ' сетей ЭВМ.Идея метода заключается в поэтапном использовании приемов формализации и средств автоматизации ВЭ на ЭВМ.Выделены еле-, дующие основные этапы создания и эксплуатации ИМ:формализация объекта исследования;автоматизация ИЗ с Моделями сечи ЗВМ;эксплуатация ИМ различными -типами" пользователей. '• ,

На первом этапе предлагается.использовать, новые подходы к формализации ,а именно:объединение трех способов формализации (процессного ,транзактнего,агрегатного) в одном описании' имитационной модели; возможность . поступления динамических элементов модели на входы статических элементов;объединение в одном тексте ИМ декларативного и алгоритмического способов описания компонент модели; "свертку" временных диаграмм функционирования программных и технических компонент ' сети , ЭВМ до графического представления¡использование двух типов ИМ,специализированных по назначению для сокращения объемов программ моделей , и организация их итеративного взаимодействия ¡отображение маршрутизации в сети путем использования программируемых запросов; присвоение заказам.на обслуживание в сети характеристик ресурсо-емкести.' <■,...

• Разнуе стороны функционирования сложных систем часто требуют для •своего описания . использования различных способов формаяиза-. ции:процессного,транзактного.агрегатного.Выбор в -качестве—бавовой-системы моделирования СМ М1С1.С позволяет описывать ИМ как комбинацию .всех трех способов формализации с сохранением достоинств каждого из

Компоненты"., из которых строятся-ИМ (устройства, транзакты.очере-? дм;.рассматриваются как три типа агрегатов,являющихся процессами.При этом транзакт имеет свою программу выбрра обслуживания его на . различных устройствах;и устройство,в свою очередь, также имеет программу, обслуживания различных типов транвактов.Таким образом,Фактически организуется поступление агрегата на вход агрегата.При этом на уст-, рсйст'ве происходит автоматическая его настройка на обслуживающиеся• .транаагсш.Она заключаются в том,что в зависимости от 'класса ¡трай'вак-та,который' прибыл, на обслуживание,устройство выбирает соответствующий фрагмент программы V! выполняется только .этот фрагмент программы устройства при обслуживании 'данного тр&чзакта... { '' .

. Выбор в качестве базовой системы моделирования СМ МКЛС позволяет, сочетать' в «дном тексте КМ декларагианый и адгоркадпе^кий' спо-

описания.Компоненты. из которых строятся.'^состоят яз'.давух! час-

теЙ! заголовка-и тела. В заголовке указывается вид компоненты,ведается имя и приводится описок ее параметров. Тело компоненты представляет собой программу в виде последовательности директив,Операторы . этой программы можно разделить на три группы'.измемния параметров и-состояний компонент;планировавля длительности обработки;реализации перехода " на обслуживание следующей компонентой.L тексте Ш возможно использование дополнительных компонент ¡процедур и функций .представ-,. №ющйН алгоритмический способ описания ИМ (алгоритмически ' примит е- ■ вов). , '

Пример "свертки" временной диаграммы (ВД) до графического .представления показан на /'/с. 1. Рассматриваются две работающие параллельно задачи.Взаимодействие между ними осуществляется с помощью системы порываний.Активным состояниям ьадач (использование процессора в течении кванта времени; соответствуют обслуживающие , угтрЬйс^-тва Г0У) 'Задача 1" и "Задача 2",имитир ШИе време ной задержкой обслуживание транзактов.Состояния ожидания представлены дополнитель-. ными ОУ и очередями с различными приоритетами. Состоя..ию ожидания активизации из-за обслуживания центральным процессором других задач, , соответствуют, очереди на входе ОУ "Супервизор", управляще .о. распреj делением ресурса центрального процессора (ЦП) мелщу проградшпыми мо-> дулями.Кроме этого,на входе ОУ "Задача!" ("Задача 2") вводя:оя двр очереди.В очереди с приоритетом 1 (12 и 22) поступаот : транзакты, .имитирующие запоосы на повторный квант обслуживания,& в очереди с ириоритетом 2 (И и 21)--новые транзакты. .Состоянию ожидания завершения обмена с внешней памятью соответствует ОУ "МД" ("МЛ"). Состоянию ожидания окончания обмела с внешней пам;-пью,необходимого да решения другой задачи,соответствуют очереди На входе ОУ "Щ" ("МЛ"). Состоянию ожидаиля выделения ресурса ОП соответствует ОУ "Oil", и очереди На его входе. Состоянию ожидания завершение обработки супервизором прерываний соответствует оУ "Прерывание"' и очередь на его вхо- -де. Для отражения динамики взаимодействия программных модулей с.ОС формируются управля ,цие связи между ОУ.Запрос ресурса ЦП .1МЙТйруется; сигналами ЗРЦП1 (2,3),выделение ресурса !ТП—сигналами ВРЦП1 (2,3)..запрос на обработку прерывания представлен сигналом прерывание,включающим управляющий источник.Кроме этого,введены сигналы перевода ОУ в состояние "оТгсрытз" и "закрыто". Выделение ресурса ЦП осуществляется строго в соответствии с приоритетом программного модуля.При этом работа ЦП как бы рассосредотачивается по программным модулям.Для прио-

(^Начало

Рис.1.Графическое отражение временной диаграммы, 'рятетного обслуживания программных модулей применяется ранжирование • управляющих источников на входе ОУ "Супервизор".,.

Необходимость использования двух типов ИМ и их специализация по назначению обуславливается необозримостью размеров моделей сетей ЭВМ При высоком уровне, детализации ВП и ограниченностью ресурсов ЭВМ при имитации ВП.ИМ узла сети на детальном уровне представляет ВП в узде обработки информации. (УОИ) сети -ЭВМ и служит для исследования ресурсных характеристик сети.При этом сеть передачи данных (СПД) в этой-ИМ выступает в качестве внешней ^реды.Во второй ИМ подмодели УО,. представлены на более грубом уровне детализации,а передача информации ,рассматривается более подробно.Эта модель-служит для»определения временных характеристик обслуживания пользователей.На кбмп-лексе двух взаимод. :голняющих ИМ реализуется итеративный алгоритм исследования сетей ЭВМ (рис.2).Статистика,полученная в результате ИЭ с моделью'узла используется пщ."вычисления входных параметров ИМ сети, и наоборот,результаты имитации ВП.в. сети используются построения входной йагрув;Ы..Ш'уз1яа сеФи.. ' .

¿энные, псл\'чекные ИЗ натуокых экспериментс

!Задание !исходной !информации

НИМ УЗЛА

•н ада

и

!Результаты! !полученные| |на модели [ ! узла ]

!Расчет !

I ИСХОДНЫХ I

----данных н

I для ИМ | ¡.узла сети

¡на этапы I

; ПОСтроения'К"

Вазовая система моделирования 1 СМ М1С1С ' Ь

!Экспертные| I оценки I

I ИМ . К-

I СЕТИ К-)

Модель достореокс

отоажает ¡объект ?

IИтеоативный|

да | процесс гнет

->; приближений ■I сходится?

46^

Расчет исходных - данных ¡для Ш : I сети

Результаты! ^ полученные 1 нп молели| 1 сети !

Задание _ | исходной | информации|

¡нет

Итеративный! процесс |•| приближений к-г сходится? Г !

. да

КОНЕЦ!

; Рис, Схема, отражающая линашку взаимодействия моделей.

Ддя отобра»,лиз мар'ирутнвавди » седа с помощь®, программируемых запросов предлагается саму процедуру обслуживания пользователя сетью ЭВМ рассматривав в««"услугу",состоящую из ряда технологических операций,обпазующи* граф.Кзддая ца них,в свою очередь,распадается на ряд микротехнологическич операций,связи между которыми образуют подграф.Структура .подграфа определяет различные варианты обработки заданий;Таким образом,возможно ' расс>•■ "Чрени "услуги" в сети на различных уровнях детализации и представление маршрута продвижения траноактов в виде программируемых траекторий. -

Присвоение заказам на обслуживание в сети характеристик ресур-. соемкостн обычно используется'п^и моделировании организации обработки информации в сети на основе протоколов.Для этой цели предлагается •'применя-, следующие сп хзбы "подкраски" тела -ррайзакта: ;

-, -адресацию компонейт модели сети с помощью векторов,составляющими которых я! ляюТсй номера узлов в Иерархической структуре сети; , -иопользоваии,; параметризованной модели элементарного пото- • \ ка,'включающей в себя расписание Последовательности событий в зирту-' альных каналах с учетом периодичности информационного взам- действия компонен14 Модели;

-моделирование режимов функционирования звена передачи данных сети (например,процедура HDLC) с помощью алгоритмических примитивов ,которые находятся в теле транзакта и обеспечивают возможность имитации р.--;Личных типов кадров информации.

Кроме этого,.в качестве пакетов,передаваемых по сети,.исцользуют-;ся тела транзактов,каждое из которых несет в себе информацию,используемую соответствующими алгоритмами маршрутизации сети. .,. - На втором этапе" исследований при автоматизации Й8 с моделями .предлагается реализовать новые подходы,включающие:двухэтапный переход от формального описания объекта исследования к ИМ;верификацию ИМ с помощью специалткых -ехнологических средств;использование спевд-; аяьных процедур пересчета харака .ластик ИМ для итеративного их взаимодействия ; отладку алгоритмов' компонент ИМ на содержательном уров-' не ; автоматизацию испытания и исследования свойств ИМ.

Переход от формального описания к ИМ предлагается проводить в два этапа:1)составление программ отдельных компонент Ш и оиределе-ние состава входных и выходных параметров;2)зададите струстувм и параметров ИМ.ОН обеспечивается средствами базовой системы модежировл-ния СМ М1С1£\

.'При верификации ЯМ сети ЭВМ рекомендуется использовать следующие технолог тесте средства: управление ходом ИЭ в процессе имитации; . чауализацйю ИЭ или динамическое отражение процесса имитации;, программирование маршрутов продвижения заказов;задание исходной информации, управление состоянием устройств,составом и механизмом обслуживания очередей в диалоговом режиме;автоматический сбор статистик моделирования. , .

Пересчет характеристик имитации реализуется * с помощью двух грулп процедур.Первая из них включает процедуры выу юления характеристик ОУ,имитирующих СВД в. модели узла.При этом используются средние времена обслуживания заданий различных типов модели сети.Вторая группа- включает процедуры вычисления хызакжристи. обобщенных ОУ мо-» Дели сети по средним вр^.енам обслуживания транзактов группами объединяемых приборов. ••

На третьем- этапе исследований предлагавтся специализация использования метода двумя типами пользователей. Библиотека готовых имитационных и регрессионных моделей рассчитана на специалистов э области проектирования и'эксплуатации сетей ЭВМ.Использование программ отдельных компонент ИМ сети требует уже участия специалистов па имитации для формирования новой структуры модели и дальнейшей ее отладки. При этом,для разработки программ иовых компонент ИМ рекоменду-е. я использовать технологические приемы формализации и отладки ИМ.

Предложенный метод отличается новыми подходами к формализации, новыми средствами автоматизации ИЭ и специализацией при эксплуатации. Поэтому он ■ облегчает и ускоряет этапы построения,испытания-и эксплуатации ИМ сетей ЭВМ,в чем и состоит его,.практическая значимость. Метод инвариантен к классу ЭВМ и базовым средствам моделирования. ■•:•,..

3 глда 3 описываются возможности разработанного ПО,состоящего ив оригинальных и известных частей,объединенных в виде единого ПТКИ.ПТКИ. структурно включает в. себя:базовые средства автоматизации ИЭ,технологическое обеспечение,проблемно-ориентированное ПО (рис.3), В качестве базовой системы моделирования предлагается СМ М1С1С. Вновь разработанное технологическое обеспечение включает в себя н^-бор иледуадих подсистем: испытания и исследования свойств ИМ;пересчета характеристик ими -ации;планирования и проведения.*шогопрогонных экспериментов;обработки и анализа результатов моделирования. Предла-

ПРОБЛЕМНОЕ ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

вновь разрабатываемые модели

ИМ сети ЭВМ (вариант 1)

■ИМ' се^и ЭВМ (вариант 2)

Ш сети ЭВМ вариант 3)

ИМ сети ЭВМ (вариант 4)

ТЕОЛОГИЧЕСКОЕ ПРОГРАШНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

вновь подключаемые подсистемы

¡БАЗОВОЕ ПРОГРАММНОЕ

Подсистема испытания и исследования свойств моделей

Подсистема

пеоесчета

характеристик

СМ ШС1С

■Стандартные пакеты статобработки (Класс-Мастес,!€БГ;ЗАВР). адаптированные к Ш МГС1С

Подсистема планирования и про. здения . ИЭ

Подсистема обработки к анализа результатов ИЭ

ИМ У8.та сети ЭВМ

РЕГРЕССИОННЫЕ МОДЕЛИ СЕТИ

РЕГРЕССИОННАЯ МОДЕЖЬ УЗЛА

.Рис.3.Состав и структура ПТКИ.

.гаетел использовать также и стандарт. пакеты статобработки данных, адаптированные к СМ М1С1С и позволяющие оперативным образом проводить обработку результатов имитац л.В состав ^.эблемного ПО входят: два типа ИМ (узла и сети ЭВМ),реализованные на .языке М1ЛС,-и регрессионные модели узла сети и сети ЭВМ.

ИМ узла представляет ВП з сети: на уровне функционирования отдельных программных могаей и устройств вычислительной системы (ВС).. В качестве "ПО рассматривается ОС и набор системных программ (СИСП).Модель отражает процессы распределения ресурсов ЦП, 011 и внешней памяти между различными видами работ. 0к Дозволяет находить рациональные варианты обслуживания заданкл в режиме мультипрограммирования и определять удельный вес использования ресурсов< различными Классами пользователей при совместной работе трех режимов:пакеткого, диалогового и удаленной обработк .При этом отсутствуют ограничения на вид функций распределения параметров модели. Данная ИМ является примером реализации метода и имеет следующие ограничения. Во- п рвых.в' качестве прототипа объекта имитации послужила организация ВП в ОС ЕС сетевого исполнзния.Во-вторых,уровень детализации ВП определялся необходимостью отражения двдамики взаимодействия ОС с проблемными модулями. При этом не у* ттыва/ись частые прерывания работы программ при организации работы супервизора ввода-вывода.

Различные варианты ИМ сетей ЭВМ отличаются структурой и пре^-наэначеяы для решения различных залач. С помощью первого варианта архитектуры модели сети решается задача прогноза временных характеристик обслуживания запросов пользователей и иллюстрируется итеративный процесс информационного взаимодействия с ИМ увл .отражающей СГЩ на более грубом уровне детаяизации. Второй вариант архитектуры модели сети позволяет решать задачу ис ледованик узких мест в сети реализованной на основе протоколов Х.£Е.

Модель сети (вариант 1) на детальном уровне рассматриваем функционирование СПД.Имитируются: механизмы упаковки и сборки сообщений; организация повторных передач в каналах связи;механизм управления нагрузкой в сети с помощью "окна". Эта ИМ также является примером реализации метода. Ограничения применения это-" ИМ следующие. Во-первых, на выбор топе .огии . сети повлиял проект организация академсети на основе средств удаление" свя->й, ыеющахся в сетевом варианте ЕС ЭВМ.Во-вторых,в данной модели не рассматривалась динамика использован- л ресурсов у лов сети. Считались ,что при моделировании

УЗЛа сети определен процент ресурсов,расходуемых на обработку данных 6 уздах сети,а для организации транзитных операций по1 сети ресурсов достаточно, 1. '

- Модель сети (вариант 2),а также модели,полученные в результате 'ев модификации, позволяют исследовать три варианта архитектуры се- .... та,отличающиеся друг от друга составом и структурой СПД и организующие обработку информации на основе протоколов К, 8Б. Они ,акже иллюстрируют использование метода автоматизации ИЭ.При этом им .присущи следующие ограничения.Во-первых,моделируется только.три урс ня эта. лонной модели сети ¡физический,канальный и сетевой,Во-вторых,®;• качестве прототипа взята реальная банковская сеть передачи данных,„мелющая иерархическую топологию. ■•■ .. „Указанные ИМ обладают долей универсальности,поскольку они параметризованы, и позволяют решать некоторые классы задач проектного моделирования сетей ЭВМ, При необходимости Количество моделей может быть увеличено конструктором моделей и каталогизировано в библиотеке , имитационных моделей ПТКИ. ...

Разработанное ПО поддерживает основные этапы построения,испытания и эксплуатации ИМ сетей ЭВМ и позволяет исследовать ВП в сети ЭВМ на высоком уровне детализации с учетом ограничений .на ресурсы. ПТКИ обладает, удобным пользовательским интерфейсом." и позволяет ■оперативно принимать решение специалистам по проектированию сетей ЭВМ. . '

В главе • 4 предлагается технология использования метода и средств автоматизации ИЭ, ориентированная на два .типа пользователей: исследователей возможностей сети фиксированной архитектуры на готовых,ИМ и разработчиков новых вариантов сети путем модификации имеющихся. ИМ.Технология разработки ноадх ИМ сети ц узда реализуется пятью этапами:

1.Составление содержательного описания.Этот этап практически невозможно автоматизировать. -

2.Составление концептуальной модели объекта.Этап также трудно автоматизируется,и скорость получения результатов зависит от целей и опыта исследователя.

3.Составление формального описания. Этап частично автоматизирован путем предлагаемых технологических средств¡рационального-разбиения ОУ на Классы,а транзактов на классы и типы путем выделения одинаково функционирующих блоков ИМ и с учетом требуемого состава вы-

яодных статистик;задания структуры сети ЭВМ матрицей смежности:задания маршрутов передачи пакетов трехмерным массивом; использования мкогоканавьности устройств для описания процесса сборки пакетов в информационное сообщение.

4.Программирование. Этап автоматизирован полностью средствами

ПТКИ.

5.Отладка модели.Автоматизация достигается за счет использова--' ния созданного инструментария.Лри отладке моделей рекомендуется использовать -такие возможности базовой СМ М1СЮ,как сочетание различных способов активизации ИМ;сохранение состояний ИМ в виде дерева; просмотр откликов моделей в табличном и графическом видах;анализ количества и состава транзактов в очередях в- процессе имитации.

б.Организация итеративного процесса взаимодействия ИМ.На первой итерации .исходная информация задается на основании литературных источников и данных натурных, экспериментов. На пооледухшх итерациях используются результаты работы подсистемы расчета характеристик П'ГКЙ. На' каждой итерации осуществляется проверка сходимости процесса приближения ИМ согласно предложенной методики.

При использовании готовых Ш рекомендуется следующая технология использования ПТКИ: '

-■ 1. Задание исходной информации для выбранной модели либо для обеих моделей одновременно.

2. Испытание моделей:верификация ИМ,оценка погрешности имитации, проверка устойчивости.оценка адекватности модели объекту исследования. Эти функции реализуются специальной подсистемой ПТКИ.Для проверки погрешности имитации исследователю необходимо указать коли-ч ство прогонов ИМ с одними и теми же значениями параметров, но о разными значениями базового генератора т^вдослучайнях •чиселгПсг ре-" зультатам ИЭ вычисляются математическое ожидание для каждой компоненты отклика и доверительный -интервал истинного значения математического ожидания,а. затем точность имитации по какдой компоненте отклика. . I ;

- 3. Исследование свойств )1М ижчае.т оценку чувбтвительности и определение переходного периода.Чувствительность моделей проверяется но каждой компоненте вектора параметров.результатом робот процедуры является пара значений,которая показывав;!' на сколько процентов изменится отклик ИМ при нзменшнш компоненты ректора параметров.Для определения переходного периода рекшендуртеа ислалЛзовать средства

динамического отображения процесса имитации базовой СМ М1СШ. ■

4. Планирование ИЭ осуществляется в соответствии с• поставленными.' целями с помощью специальной подсистемы ПТКИ.

5,Этап обработки я анализа результатов моделирования частично евтоматпзирован и определяется целями постановки ИЗ и возможностями стандартных--пакетов,- обработки данных,адаптированных., к см мклр.Для исследования ресурсный характеристик узла предлагается использовать едаииадьную подсистему обработки результатов моделирования ПТКИ.

Драдшэнядя технология позволяет пользователям,не являющимся специалистами по программировании) и- имитации, исследовать характерно- . тики сети ЭВМ о необходимой степенью точности.

В цаие_5 излагаются результаты апробации метода имитации,

средств автоматизации моделирования и технологии использования ПТКИ.При апробация метода решались следующие задачи:

1.Апооблрованы новые подходы в формализации при построении Ш, заложенные б основу метода, Разработанные и реализованные ИМ включены в состав ПТКИ.Топологии сетей ЭВМ,выбранные для имитации и подмодель эвена передачи дашад представлены на рисунке 4. Реализация этих ИМ подтверждает работоспособность метода.

Е.При реализации взаимодействия двух типов ИМ были апробнрсшаяы методики пересчета характеристик.При этом доказана возможность вынесения на рторой этап формирования структуры сети с использованием принципа параметризации компонент модели. Это позволило существенно: ускорить модификацию ИМ и оперативно перейти на новую топологию сети при использовании подмножества готовых программ компонент.

3.Проверена работоспособность типовых процедур и методик испытания и исследования ИМ сетй ЭВМ.

При апробаций средств автоматизации моделирований решены следующие задачи:

1.Для каждой модели на веек итерациях приближений № ли проведены испытания и исследованы свойства ИМ.Таким образом продемонстрированы работоспособность соответствующей подсистемы ПТКИ.

£.На последней итерации исследования были построены планы из и реализованы многопраГоинье эксперименты,позволяющие продемонстрировать работоспособность соответствующей подсистемы ПТКИ.

з.По результатам Й9 был установлен линейный вид.зависимостей откликоч от входных параметров (для заданного диапазона входной нагрузки на сеть) И построены регрессионные модели увла и сети.Этим бы-

ГаЪ-Гг.] Г э I

8

т.......... Б 8

] --------------

Вариант 1. • Вариант 8,

Топологии сетей ЭВМ (1-номер увла).

Узел 1

ГенРегл х

ГенЛак_х I----->

ВВОД

на 1

****> *

Л *

00

5г12«ягг>

СЧЕТ .. ..

СВОРКА

окно

*

. *<***В КОММУТАТОР.

.<......I 2 12

узел 1

'>Т1

л 2

и 1

Н 2

и я: !

узел 3

< ++++++-Н--Н-++

++++♦-+++++>+ >

+ 1 +

+ | + ■

+ | +

т | +

+ 1 +

2 12

КОММУТАТОР

J

Обозначения типов транзактов: Запрос 1 -н-н-и- Квитанция ****** счетнЗадание 1

Ответ I | »««» РеглЗадание ...... Результаты...!

ТранзЗадаИие_1 .------ ТранаЗадание 6

Рис.4.Стдуктут уела сети ЭВМ и авена передачи данных.

ла доказана возможность совместного использовании регрессионных и имитационных моделей при решении проектных задач для сет<?й ЭВМ.

4. На основе результатов моделирования проведены, расчет.исиодьг вования ресурсов ЦП и сделаны выводы о рациональных вариантах обслуживания различных классов пользователей для конкретных топологий у конкретных условий работы увлов сети.

Апробация технологии использования ПТКЯ осуществлялась пру внедрении ее в практику проектного молелироз&чия архитектуры банковской сети ОАКБ "Ве1ап.!э".При атом,были рассмотрены -,ри варианте архитектуры сети,построенной[а учетом работы протоколов Х-25. . С помощью 1ПКИ решались задачи анализа существуйшйй технологии взаимодействия районных и областных отделений кг:дерческих. банков,Наиболее актуальный из них оказались задачи:оценки коэффициентов загрузи! .коммуникационного оборудования;выбора рационального движения документов .. из удаленного районного отпадения в областное ОАКБ; сравнен»! возрастания .обгемов потребляемых ресурсов сиОт-м при наличии сбое; САД на отдельных участках связи с районными'ОАКБ,

Рти 'задачи" явюотся типовыми для развития подобных предприяти и их удалссь решить за счет небольшой и оперативной модификаций раз рзботгшой ранее Ж ос-ти (вариант 1; .После модификация новые ЙМ сет потребовали допоАаи^ельйог.о 'испытания. Верификация Ш банковской сет осукествляла&б •достаточно, оперативно за счет того, что коррежгировк параметров '■< комшентоя .ИМ обеспечивалась с помощью диалоговой обо лочки т ш<лс.

.... ОСНОВНЫЕ РИУЛЬТАТЫ РАБОТЫ.

В нестоящей „работа разработан но&ий метод'. автоматизации модеа> рования сетей 'ЭВМ и ГШ '■:, реализующий метод. В "ходе разработки техйс легии яегюльзевания ■ ИТКИ-ремек ряд практических/задач построения исследования Ш сетей ЭВМ, При' апробации этой технологии' оддтвервд« на эффективность 'предложенных приемов формализации я средств автом; газации; '■¡кмаяеняых'- в основу метода..-''•' ' . V ■ '''

Сснс-виыб.'' результаты дйсс&рт;адю1гной,рабьтн состоят в -следукще! •• . . • 1.'разработан .итеративный иётрд" автоматизации 'имитааао.чн,огб «о .аудирования сетей ЗШ. з.а- высоком уровне детализации Ш,вкяя;чаадай себя рШ приемов, используемых.- при 'формализации 311 в ВС (а&ьашпек различных способов'формализации в одном-0>;каан14И объекта;возможное

-- IS" -

поступления динамических элементов ИМ на входы статических элементе, модеда сходной структуры;объединение в одном тексте ИМ декларативного V'алгоритмического сдсссбов списания ее компонент;"свертка" временных диаграмм. ВП при переходе к графическому представлению;использование"1 двух типов моделей:маршрутизация путем nporpatiM' ууемых зап-россв;"подкраска" заказов),к новые средства автоматизации ИЭ (двухэ-тэдный переход "от формального описания к ИМ;верификация ИМ с помощью сгецкальнкх•технологических средств использование процедур пересчета характеристик для организации -теративного взаимодействия ИМ).Метод является ресурсозкоН'.мным и позволяет сократить длитедьност.. этапов исследования состава,структуры и технологических возможностей сетей ЭВМ. ' : / 7 '

2.Реализован проб.*-мно-ориентированный ПТКИ сетей ЭВМ на высоком уровне детализации ВП. За счет удобного пользовательского интерфейса ПТКИ позволяет автоматигировать все! этапы построения и эксплуатации ИМ.

3.Предложена технология использования ПТКИ.на различных этапах проектного моделирования сетей ЭВМ Пользователями,не являющимися специалистами по прс-раммировачию и имитации.Технология обеспечивает пользователям высокий уровень отладки,верификации и эксплуатации ИМ и позволяет оперативно поручать информацию для решения проектных за-гэм с необходимой степенью точности.

4,На реальных дачных с помощью библиотеки имитационных моделей ПТКИ оценены рабочие характеристики метода и средств автоматизации имитационного моделирования сетей 8Ш. йсс-ледовена,точность,устойчивость и чувствительность ЯМ на каждом из уровней детализацда ВП и определены границы линейной области изменения'йараметров моделирования сети ЭВМ,- Метод был применен при решении ряда типовых практических задач.возникших при проектировании.банковской.сети ОАКВ "Belarus". С этой целью были построен!- ИМ, отражающие ■ работу протоколов Х-26 на физическом,канальном и сетевом уровнях передачи информации по сети.

б. На основании ИЭ получены регрессионные модели для вычисления показателей качества функционирования сети ЭВМ и доказана возможность совместного использования имитационных и'регрессионных моделей при решении проектных задач для оперативного прогноза расхеда ресурсов в сети ЭВМ. ' ■

ОЩСШЬЩ НАУЧНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ОШШЖШВАНЫ Б ОШВДЩХ РАБОТАХ: Сука« Е.И.Технологическая имитационная модель для проектирования вычислительного 'процесса в акедемсети //Моделирование систем информатики: Tes.докл.Всесоюз.конф.-Новосибирск,1988.-с.110-111.

2 .Маюсимей й.В. .СуКач Е.й. .Водрунов е. Д. Технологические, возможности имитационной модели сети ВДКП. //Сб.трудов.Системное моделиро- ' завие-14.Новосибирск,ВЦСО АН СССР,1989,6.105-116.

8 .Максимей Й.В..Бсдрунов С.Д.,Сукач Е.Й,Использование двух имитаци-

онных моделей при проектировании аадДемсети//Гез.докл.Всесоюз .кач: -тех.конф-"Проектировс^ие вычислительных средств."-Каунас 4989.-е. 89-90,

4. Максимей И.В.,Сукач Е.И..йодруной С.Д.Об одной методике анализа .качества проектных решений при разработке вычислительных сетей// Tes.Докл.ше< пой Всесоюз.конф.К0МПАК-89.-Рига,1989.-с.106-1C8.

5. какешей й.В.,Сукач Е.й.О повышении уровня технологии построения , имитационных моделей сетей ЭВМ/Лез. Докл. 2-ой Всесоюз.конф.-Новосибирск, 1990-е. 99. •

6. Сукаи Е.Й'.Модель организации обработки информации в сети ЗВМ//Тез.дом.Всесоюз.науч.-практ.Конференции,часть 2.-Гомель 4991. -с.103-104.

/. V.D.Levchuk, A.E.Kosàrev, Е. I.Sukatch. ^Technological possibilities of simulation modeling complex of systems with programmable . intellect".Theses of reports of the First international Conference "Informational technologies and systems'".Lvov4993,p. 17-18.

8. Maxitney I.V., LevchukV.D.j Sukatch E.I. Programme techno log1 i can Complex'of Simulation Modeling. Proceeding's Intern. AMSE Conference "Applied Modeling & Simulation", Lviv (Ukraine), Sept. 30-0ct. 2,1993,. AMSE press, p.p.75-83.

9 .Левчук В.Д.;Сукач E.И.Результаты исследования имитационной модели сети ЭВМ//Тез.1 докл.Междунар. -.эт.конф. .часть 2-Гомель,1994,с. 114.

10.Сукач',£.И.Исследование функционирования сети ЭВМ на комплексе из ...двух Моделей//Тез. докл.Междунар.мат.конф.,часть 2.-Го

мель,1994.-с.123.

Сукач Е-.И. .Автоматизация имитационного моделирования сетей ЭЕМ.Работой является рукопись на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 06.13.09. -Математическое, и программное обеспечение вычислительных машин и систем,Киев,1996.

Целью диссертации является разработка нового метода автомата зации имитационного моделирования сетей ЭВМ на высоком, уровне дета лизации,реализация соответствующего программного обеспечения и роз., ание'технологии применения метода и средств имитации.Для остиже! ия поставленной цели в диссертации предлагаются новые подхода,используемые при Формализации объекта исследовании,имеющие аффект малой автоматизации, и средства автоматизации МЭ на ПЭВМ.Предложенный метод ориентирован на два классаопользователей¡использующих библиотеку готовых, ИМ и создающих" новые Ш.Для автоматизации основных этапов

■V'

построения., испытания и эксплуатации ИМ сетей ЭВМ разработано 'проблемно-ориентированное ПО,позволяющее специалистам по :роектированир и эксплуатации сетей на высоком уровне детализаций исследовать 'ВП \в сети ЭВМ. - - . . "

E.I. Sukach. The simulation automation of computer nets. f-The, scientific work is a manuscript to submit one's- thesis ; for candidate's scientific degree in technic&x science^,inLspeciaiity 05.13.09. - Mathematics and рг^гш software of .'computer and computer nets. Kiev , 1995. ■•. '■ * * ■. •.

The paper suggestes a new method of simulatidn. automation of computer nets. Software based on this approach has. been Realized. Technology of implementation of the above method and means of simulation are suggested. The'method describes new approaches for formalization of investigated ' objects and automation means of a simulation automation of experiment. ■ This method allows, the investigators to use library of Simulation.models (SM) arid create new SM. Problem-orientated software ;for making .tasting and exploitating SM of computer nets have .been worked otit.. ; It allows to investigate computer nets on high level of detalization.

ключов! слова:

iMiTanirae моделювання,метод автоматиаащi,система моделювання,технологи використання.мереж! Е0М,формал1защя об'екту, досладжекня властиЕостей IM, транзактний, процесний.декларативний,алгоритм1чний, агрегатний.

Соискатель '¿¡?1-' / К--' ¿7 Е. И. Сукач

Подписано в печать21.Ш.Э5г,Формат 60x80/16

Бумага '¿аюч.Ы-!.Печать офс.Усд,печ.лЛ,4,Уч,-иьд.л\1,о.

Тираж 100 экэ.Зак.«, ■ ' .

Отпечатано на ротапринте ГГУ,г,Гомель,ул.Советская,104.