автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.16, диссертация на тему:Модели и программное обеспечение для исследования вероятносто-временных характеристик радиосетей передачи данных

Российская академия наук Сибирское отделение Вычислительный центр

На правах рукописи УДК 621.391.28

Токарев Юрий Петрович

Модели и программное обеспечение для исследования вероятностно-временных характеристик радиосетей передачи данных

05.13.16 - применение вычислительной техники, математического моделирования и математических методов в научных исследованиях

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Новосибирск -1992

Работа выполнена в Институте информационных технологий и прикладной математики Сибирского отделения РАН (ИИТПИ СО РАН).

Научный руководитель - доктор технических наук, доцент

В.А.Шапцев.

Официальные оппоненты - доктор технических наук

Л.Б.Мархасин; кандидат технических наук А.С.Родионов.

Ведущее предприятие - НПО им.Коминтерна (г.Санкт-Петербург).

Защита состоится "_"__1992г. в _ часов на

заседании специализированного совета Д002.10.02 в Вычислительном центре Сибирского отделения РАН по адресу: 630090, г.Новосибирск, проспект Академика Лаврентьева, 6.

С диссертацией мохно ознакомиться в библиотеке ВЦ СО РАН.

Автореферат разослан "_"____1992г.

Ученый секретарь специализированного совета

"V/ -1 Г.И.Забиняко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теми. Интенсивное развитие радиосетей передачи данных (РСПД) с коммутацией пакетов вызвано все возрастающей потребностью в обеспечении связи с подвижными и удаленными абонентами в вычислительных сетях, сетях связи и в автоматизированных управляющих системах. Привлекательность РСПД об'ясияется возможностью сочетания достоинств

широковещательной радиосвязи и коммутации пакетов.

В процессе проектирования РСПД приходится решать ряд сложным образом взаимосвязанных проблем, связанных с необходимостью выбора отдельных вариантов построения и решимов работы РСПД по.критерию качества (производительности и достоверности). При этом основными методами оценки соответствующих критерию показателей являются аналитическое и имитационное моделирование. Другая задача моделирования -сопровождение системы при эксплуатации с целью управления связью и ее развития. Эта задача особенно важна для РСПД, так как р^диосвязность их абонентов далека от стационарности и необходим постоянный прогноз качества доведения сообщений как между отдельными абонентами, так и в среднем по всем возможным информационным потокам сети с учетом ее конкретной топологии, конкретного трафика для каждого узла и условий связи в районах размещения узлов.

В последнее время видна тенденция снятия многих ограничений аналитических моделей, связанных с упрощениями и допущениями, с помощью имитации. Только с помощью имитации с достаточной степенью точности можно решить вторую из рассмотренных выше задач, поставленных перед моделированием. Однако существующие программные средства анализа и имитационного моделирования РСПД имеют ограниченные возможности в отображении таких реальных условий функционирования сетей, как многопролетность, ошибки в канале коллективного пользования, потоки сообщений различных типов, различные типы и качество линий связи в конкретных географических районах размещения оборудования сети, различные алгоритмы обслуживания в узлах и т.п. Таким образом актуальность темы определяется потребностями в программных средствах для исследования функционирования РСПД в реальных условиях методом имитационного моделирования.

Работа выполнялась в рамках госбюджетной темы "Моделирование радиоэлектронных систем (технология,

математические и программные средства)" (1985-90), N ГР-018ВОХ25734, входящей в план работ ВЦ СО АН СССР, работ включенных в координационный план сотрудничества СО АН СССР и МПСС, в рамках хоздоговорных работ, выполняемых по

постановлениям СМ СССР, а также научно-исследовательского проекта N 260 ГКНТ СМ СССР.

Целью работы является построение алгоритмической модели многопролетных РСПД с протоколами свободного доступа и разработка на ее основе программ, позволяющих проводить имитационные эксперименты для оценки вероятностно-временных характеристик (ВВХ) качества доведения сообщений между любыми абонентами сети с учетом реальных условий функционирования.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие основные задачи:

1. Обосновать выбор агрегативных моделей для оценки ВВХ

РСПД.

2. Разработать формализованную агрегативную алгоритмическую модель многопролетных РСПД с протоколами свободного доступа.

3. Разработать систему моделирования РСПД в реальных условиях функционирования, включающую программы, реализующие агрегативные модели радиосети и численные модели радиоканалов.

4. С помощью системы моделирования РСПД исследовать ВВХ специальной системы связи с удаленными подвижными объектами.

Мртолы исследований. При разработке и исследовании моделей РСПД использовавались методы: теории массового обслуживания, моделирования дискретных систем, теории автоматов. При создании программных средств применялись принципы объектно-ориентированного программирования, общие принципы

программирования на универсальных алгоритмических языках и языках моделирования.

Научная новизна.

1. Разработана агрегативная модель РСПД, основными моментами которой является стандартный межагрегатный интерфейс и набор Формализованных агрегатов для имитации устройств и процессов в РСПД, позволяющие исследовать потоки сообщений различных типов ппи разных режимах связи.

2. Разработана унифицированная агрегативная модель для имитации радиоканала коллективного пользования с различными протоколами свободного доступа, учитывающая синхронизацию в канале, контроль несущей, конфликты пакетов, захват по мощности, ошибки разных типов.

3. Разработана и реализована методика обработки результатов моделирования отдельного потока сообщений с учетом качества доведения каждого сообщения и инвариантная по отношению к изменениям модели РСПД.

4. Разработана архитектура и структура построения "открытой" системы моделирования РСПД, ядром и интегрирующим элементом которой является база данных и которая об'единяет средства имитации с аналитико-численньмл моделями радиоканалов.

5. Разработаны интерпретатор языка описания блок-схем, позволяющий автоматизировать сборку иерархических агрегативных схем, а также средства проектирования процедурно -

независимого диалога, составляющего основу языка общения с >

пользователем системы моделирования РСПД.

Практическая ценность работы. Научные результаты, полученные в диссертационной работе, были и могут быть использованы на стадии эскизного проектирования РСПД для выбора ее структуры и параметров, а также при эксплуатации с целью обеспечения управления связью и развития сети. Результаты работы были использованы при выполнении

хоздоговорной работы "ТАХТА-СО-1", система моделирования внедрена в НИИ (г.Ленинград), используется в ИИТПМ СО АН СССР.

Апробдчия работы. Основные положения диссертации и отдельные ее результаты докладывались и обсуждались на международной научно-технической конференции "Проблемы функционирования информационных сетей" (г.Новосибирск, 1951г.), 1 и 2

Всесоюзных конференциях "Моделирование систем информатики" (г.Новосибирск, 1988 и 1990гг.), Всесоюзной научно-технической школе "Имитационные эксперименты с моделями сложных систем" (г.Калининград, 1989г.), Второй Всесоюзной конференции по информационным системам множественного доступа (г.Минск, 1991г.), Всесоюзной конференции "Компьютерные методы исследования проблем теории и техники передачи дискретных сигналов по радиоканалам" (г.Евпатория, 1990г.)

- б

Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 печатных работ, перечень которых приводится ь конце автореферата.

страницах, содержит 40 рисунков и 3 таблицы. Б текста диссертации выделены введение, четыре главы и заключение. Диссертацию завершает список литературы из 136 наименований и приложение.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении отмечена актуальность темы диссертации, описано состояние проблемы моделирования РСПД, сформулирована цель работы.

Основу для моделирования РСПД составляют методы, разработанные для исследования двухпунктовых сетей передачи данных (СПД). Наиболее важные результаты ь данной области, касающиеся разработки аналитико-численных и имитационных моделей, были получены в исследованиях Г.П.Захарова, Г.П.Башаоина, М.И.Нечепуренко, В.К.Попкова, И.А.Низина, В.А.Жожикашвили, В.Г.Лазарева, Н.П.Бусленко, В.Н.Бусленко, В.В.Калашникова, Г.И.Пранявичуса, В.В.Литвинова, И.В.Максимея, Г.Л.Ионина, А.С.Родионова, Л.Клейнрока, Д.Бертсекаса, Р.Галлагера,

Д.Филлипса, Г.Альберто. Методы исследования СПД дали толчок к созданию специальных моделей, позволяющих учесть эффекты связи в РСПД. Основные результаты в этой области приводятся в работах Б.С.Цибакова, В.А.Михайлова, А.Б.Мархасина, А.Н.Шарова, А.М.Тюрликова, Л.Клейнрока, Ф.Тобаги. Анализ работ перечисленных и ряда других авторов позволил определить круг решаемых задач и выбрать методы исследования.

Первая глава содержит описание технологии построения алгоритмической модели РСПД.

Процесс построения алгоритмических моделей любых сложных систем начинается с их содержательного описания и создания концептуальной модели. Класс рассматриваемых в настоящей работе РСПД - многопролетные пакетные радиосети с полицентральной и .^центральной топологией, узлы которых (УС - узлы связи) свячыг'а^тсп друг сдругом по двухпунктовым каналам радио- или электросвязи либо по радиоканалам с множественным доступом. Абоненты РСПД обслуживаются путем их подключения к УС. Сообщения от абонентов могут иметь индивидуальное или групповое одресогани1;. приоритеты. Воиможен сеансовый режим связи между

.„ШМ-Цц. Диссертация изложена на 147

■f

абонентами. В полицентральном случае выделяются центральные УС и УОтерминалы. Любой УС мотет выполнять роль центра в одном пролете и терминала в другом, другими характеристиками радиосети являются: узкополосная передача от терминалов к центру через множественнодоступный канал, а от центра к терминалам - через отдельный широковещательный канал. В ацентральном случае все терминалы объединены множественновещательным каналом. В формировании каналов используется несколько параллельных подканалов различных типов.

Протоколы доступа в канал: ALOHA, сегментированная ALOHA, многостанционный доступ с контролем несушей ;МДКН, ненастойчивый или р-настойчивый), многостанционный доступ с сигналом занятости, т.е. так называемые протоколы со свободным доступом. В процессе нормального Функционирования РСПД подвергаются воздействию помех. При "столкновении" пакетов с разной мощностью сигнала возможен режим захвата по мощности. В случае МДКН появляются скрытые узлы.

Управление потоком пакетов осуществляется сетевыми или канальными окнами, которые характеризуются квитанциями, "тайм-аутом" ожидания квитанций, повторными передачами пакетов.

Рассматриваются ВВХ РСПД, подлежащие оценке на ее алгоритмической модели. Задержка сообщений в сети характеризуется параметрами эмпирического распределения времени их доведения от абонента i к абоненту j : средним временем T(i,j), оценкой дисперсии D(i,j) и т.п. Основным показателем будем считать вероятность своевременного доведения сообщения между узлами i и j с заданным уровнем достоверности - Р(i,о,Тэ,Q3), где Тэ предельное время доведения сообщения, Эз> - заданный уровень достоверности. Уровень достоверности сообщения, переданного от узла i к узлу j по 1-му маршруту определяется следующим образом:

Q(i,j,l) = [j Pr ,

где pr - вероятность безошибочной передачи сообщения по г-му транзитному участку или линии связи маршрута 1, L - множество линий, принадлежащих маршруту 1.

Могут интересовать и средние по всей сети показатели: P(Ta,Qa), Т, D. При снятии ограничений на своевременность и/или достоверность получим показатели: P(i..i). Р. Р(Тэ). Pii.j.Qs) и т.д.

-

Сдедующим этапом в технологии построения алгоритмической модели является этап формализации, когда элементы концептуальной модели трансформируются в понятия состояний и сигналов, передаваемых внутри модели или снимаемых с нее. Анализ литературы показал, что наиболее удобными и развитыми для целей оценки ВВХ производительности и устойчивости сложных систем являются агрегативные схемы кусочно-линейных агрегатов (КЛА). которые, к тому же, с точки зрения разработчиков программного обеспечения имеют большое преимущество: поддерживают сборочную технологию проектирования модели из отдельных агрегатов, составляющих библиотеку.

Использование агрегативного подхода для формализованного описания алгоритмической модели РСПД предполагает ее представление в виде набора агрегатов, связанных между собой через совокупность входов-выходов с помощью схемы сопряжения. Задача, решенная в настоящей работе, - нахождение набора агрегатов (декомпозиция модели РСПД), необходимого для покрытия любых вариантов РСПД из рассматриваемого класса, и разработка стандартного интерфейса для соединения любых агрегатов между собой.

В качестве стандартного сигнала интерфейса выбрана структура данных. представляющая собой унифицированную модель

сообщения/пакета и имеющая ноля для хранения их атрибутов (адреса отправителя и получателя, приоритет, длина в пакетах, признаки качества - наличие ошибок и уровень мощности сигнала, рабочие параметры - время начала передачи, остаточное время обслуживания в текущем узле, номер копии и т.д.). Список полей сигнала может быть расширяемым. В качестве стандартных связей в схеме сопряжения выбраны двухпунктовые, широковещательные и множественнодоступные соединения с обратной связью, предназначенной для обеспечения асинхронного обмена сигналами между приемником и передатчиком (по обратой связи передаются управляющие сигналы о готовности приемника и т.п.).

Отдельный агрегат должен отображать устройство или процесс, которые достаточно часто дублируются в различных точках РСПД или которые являются единицами модификации при переходе от одного варианта модели РСПД к другому. С этой точки зрения очевидным является разбиение всей модели. по крупному счету, на модели ее уълов, которые -затем подлежат дроблению на более мелкие элементы,

- э -

определяемые уровнем моделирования РСПД. В качестве таких элементов выбраны устройства и процессы, соответствующие различным уровням модели открытых сетевых систем. Это решение позволяет перенести все достоинства последней модели на модель РСПД. В соответствии с изложенным, типовую модель узла РСПД можно представить агрегативной схемой, приведенной на рис.1.

Кг1 т РГ1

. . .

Кгт Ит Ргт

Л-

№

> №

ЫР

Р11

Л

РШ

■И

Ю1

КЗп

Рис. 1

Агрегаты Кг1 и имитируют процесс распространения

радиосигналов по радиолиниям и представляют, по сути, уровень физического звена. Агрегаты М и То модели устройств или отдельных процессов устройств узлов РСПД, отвечающих за канальный уровень. Здесь имитируются протоколы доступа в канал, й приемная часть, Т - передающая часть. Рг1 и Р^ воспроизводят функции управления потоком. Яг и N1 - агрегаты, имитирующие процессы сетевого уровня (маршрутизация, сборка и разборка сообщений) на приемной и передающей • сторонах, соответственно. Агрегат С - часть узла РСПД, реализующая все остальные уровни (транспортный и выше). Одной из функций С является моделирование сеансов связи. Вариант на рис.1 соответствует случаю управления потоком на канальном уровне, хотя те же самые агрегаты Рг и Pt

■/о

могут быть использованы для тех аналогичных целей на сетевом или транспортном уровнях.

Для формализованного описания агрегатов в работе используется язык, предложенный В.Н.Бусленко.

Формализованное описание отдельных агрегатов рассматривается во второй главе. Большинство агрегатов - составные, т.е. сами содержат внутри себя агрегаты и описываются агрегативными схемами.

Функции, имитируемые агрегатами С, НЬ, Кг, Р^ Рг, являются аналогичными реализуемым на соответствующих уровнях двухпунктовых сетей передачи данных. Наибольший интерес представляет модель сеансового режима обмена сообщениями, реализуемая подагрегатом ЭС составного агрегата С, и модель уравления потоком с помощью окна (агрегаты Р1 и Рг).

Основное внимание в главе уделено унифицированной агрегативной модели рариоканала коллективного пользования с различными протоколами свободного доступа в канал. Процесс обслуживания пакетов на канальном уровне можно разбить на несколько фаз: ожидания в очереди, синхронизации, контроля занятости канала, захвата канала, передачи пакета, приема пакета и выявления конфликтов. Наличие или отсутствие конкретной фазы зависит от типа протокола и его параметров. Процесс, описывающий каждую Фазу, представляется отдельным агрегатом, который, в свою очередь, включается в агрегат, описывающий соответствующий уровень сети связи (канальный или физический, рис.2).

:: Е ^р

т

о

г

ю

г!

Кг

5 со ЕН

Е - очередь; БУИ - синхронизация; Э - контроль канала;

2 - захват канала; КЬ - передача пакета;

СИ - обнаружение конфликта; ЕЙ - прием пакета.

Рис. 2

- н-

Синхрониэация производится при работе с тактированными протоколами (параметр агрегата ЭУН - период тактирования з1), контроль занятости канала - при работе с протоколами из группы МДКН (параметры агрегата О: а - интервал контроля несущей; Ь -верхняя граница интервала [0,Ь] задержки контроля несущей после очередной попытки застать канал свободным при ненастойчивом МДКН; Рг(а), Ри(а) - вероятности ложного определения состояния канала при его свободном и занятом состояниях в течение а). Пакет, вышедший из 0, может начинать фазу захвата канала с вероятностью р (0<р<1 для р-настойчивого МДКН и р=1 - в остальных случаях). Имитация передачи пакета по каналу (с! - длительность распространения сигнала в пределах пролета; - длительность передачи пакета; ошибки) осуществляется агрегатом Къ. Учитываются ошибки двух типов: ошибки из-за случайных помех; ошибки из-за взаимных помех. Ошибки первого типа моделируются путем генерации реализаций случайной величины е1 и присваивании их полю егг модели пакета. е1=0, если пакет не содержит ошибок (вероятность Ра); в1=1 - пакет имеет ошибки, обнаруживаемые приемником (РО; ег=2 - Ьропуск ошибки (1-Ри-Рз.). При моделировании ошибок второго типа учитывается затухание сигнала на приемном конце радиолинии с некоторой вероятностью. Генерируется случайная величина ег, которая принимает значение 0 с вероятностью Рг - сигнал имеет высокий уровень мощности, значение 1 с вероятностью Рэ - сигнал слабого (мешающего) уровня, значение 2 с вероятностью 1-Рг-Рэ -потеря пакета. Наложение нескольких пакетов с одинаковой мощностью приводит к конфликту, если же один из них имеет более высокий уровень мощности, то он захватывает канал (захват по мощности), а остальные пакеты теряются. Б общем случае может быть рассмотрено любое количество градаций уровней мощности. Вероятности Ра-Рз являются параметрами агрегата Кс. Агрегат СИ выявляет конфликты и обеспечивает модель РСПД "скрытыми" узлами, а Ей отбрасывает ошибочные пакеты.

Далее рассматриваются агрегаты, позволяющие имитировать передачу пакетов одновременно по нескольким каналам либо ситуацию выбора лучшего канала из нескольких параллельных по критерию быстродействия и надежности. Рассмотрены типовые агрегативные схемы УС для работы в сетях с полицентральной и ацентральной топологией. В качестве примера рассмотрим формальную модель агрегата СР.

- /г -

Обозначения: X.t - длительность передачи пакета X; Х.1 -длина пакета X; V - вход; W - выход; W - обратная связь по входу V; Wo - выход для терминации пакета.

Состояние:

1. S - пакет, претендующий на захват канала;

2. Q«. - остаточное время до освобождения канала, Q*(T+t)=Q«(T)-

t;

3. Оь - остаточное время до конца передачи безконфликтного

пакета, Qb(T+t)=Qb(T)-t;

4. collision - признак конфликта ( 1, если конфликт);

5. busy - признак занятости канала (>0, если занят).

Начальное состояние:

S=HIL(nycToe множество); Q»=Qb=MAX(бесконечность);

collision=busy=0.

Внутренние события: Zi* - Q«=0; Z2* - 0ь=0.

Условия:

1. Ui: busy=0; 2. U2: У.егг.ег=2; 3. Us: V.err.e2<S.err.ег;

4. U4: collision=0.

Действия:

1. Ai: busy=l, W'.1 = -1(оповещение о занятости канала по обратной связи), S=V, 0«=S.t, Qt> = S.t;

2. Az: Wo=V; 3. Аэ: collision^, Qb=HAX, Q«=V.t, Wo=V;

4. A4: col lision—0, S=V, Qa-S.t, Qb=S.t;

5. As: W-S, S.err.ez=l; 6. Ae: busy-0, collision=0, H'.l-l.

Функции переходов и выходов:

V => U2AzWo + ¡JaCUiAi + Ui(U3A3W0 + UaAi));

Zz* => U4A5W;

Zi* => AeW'.

В конце второй главы рассматриваются принципы построения средств сбора и обработки статистических результатов в рамках описываемой алгоритмической агрегативной модели. Для обеспечения независимости этих средств от изменения структуры агрегативной модели РСПД и типов оцениваемых ВВХ все они локализованы в отдельных агрегатах STAT и рабочих полях модели сообщения/пакета. В модели должно быть столько агрегатов STAT, сколько потоков сообщений хотят исследовать в одном эксперименте. Если необходимо усреднение ВВХ по нескольким потокам сообщений, то все они должны работать с одним и тем же агрегатом STAT. При каждом появлении

или уничтожении новой копии сообщения или пакета они регистрируются на входе соответствующих агрегатов STAT (список этих агрегатов является параметром источника потока сообщений и хранится в специальном поле каждого сообщения и пакета), что позволяет им иметь полную картину движения сообщения и его пакетов по сети с целью установления факта их доведения с требуемым качеством адресатам.

Описанная в первой и второй главах алгоритмическая модель РСПД создавалась с целью независимости от ее дальнейшей машинной реализации. В третьей главе рассматривается одна из возможных программных реализаций модели и, так называемых, средств поддержки моделирования.

На основе анализа литературы и требований к средствам моделирования, основными из которых являются: направленность на работу со специалистами двух уровней - пользователями и разработчиками моделей РСПД, поддержка аналитико-численных моделей радиоканалов, возможность модификации и расширения, предложена реализация средств для исследования ВВХ РСПД в виде открытой системы моделирования. Основу системы моделирования составляют подсистемы ТРАССА, РАДИОЛИНИЯ и СЕТЬ, интегрируемые в единый комплекс с помощью стандартных средств управления, работы с базой данных и организации диалога.

Подсистема ТРАССА позволяет производить расчет напряженности поля в KB диапазоне по заданным текущим дате, времени, географичеким координатам передатчика и приемника, рабочей частоте, типам и параметрам антенно-фидерных систем передатчика и приемника, номинальной мощности передатчика и т.п. В результате работы подсистемы получают диапазон прохождения радиоволн и напряженность поля на заданной или оптимальной рабочей частоте.

Подсистема РАДИОЛИНИЯ предназначена для расчета вероятности и времени доставки радиограмм по различным радиоканалам, отличающимся модемами, кодеками, типами разнесения и сложения сигналов, способом адаптации и т.п.

Подсистема СЕТЬ служит для формирования конфигурации РСПД, задания параметров ее элементов в терминах пользователя-специалиста по радиосетям. По описанию сети, полученному в процессе диалога, генерируется агрегативная модель на языке описания блок-схем, интерпретируемая подсистемой ИМИТАТОР, в результате работы которой оцениваются искомые ВВХ. Язык описания

л -

блок-схем является инструментом для разработчика

специалиализированных моделей РСПД и позволяет задавать любые агрегативные схемы, объединяющие рассмотренные ранее агрегаты. Б синтаксисе языка есть два оператора включения агрегатов в модель: для элементарного агрегата и для составного агрегата, т.е. оператор описания агрегативной схемы. Первый имеет следующий вид: в Пэ пате т < Ы ... 1Л ... Ьт > , где па - номер агрегата в агрегативной схеме; папе - идентификатор типа агрегата; ш - количество выходов агрегата;

Ы - конструкция у11(хИ) или < у5.1(хП) ... у1о(х1о)

. . . уП(хП ) > ;

ул.о,хи - номера агрегата и его входа, связанного с описываемым по о-ой ветви от 1-го выхода, X - количество

ветвей от 1-го выхода ( 1>1 для широковещательной связи ). Сразу за оператором должен следовать список его параметров. Описание составного агрегата выглядит аналогично: $ по к папе в 1 < 1,1 ... 1Л ... Ьш > < р1(ч1) ... ро(до) ... р1(д1) > , где в дополнение к введенным обозначениям:

по - номер составного агрегата в агрегативной схеме (внешней по отношению к данному агрегату);

к - количество агрегатов внутри составного агрегата; 1 - количество входов агрегата;

рЛ.чо - номера внутреннего агрегата и его входа, на который замыкается ,1-ый вход составного агрегата.

Далее должны следовать к операторов описания элементарных и составных агрегатов, входящих в агрегативную схему рассматриваемого' составного агрегата. Очевидно, что кроме агрегативных схем язык позволяет описывать структурные блок-схемы общего вида, что и повлияло на выбор его названия.

Подсистема СЕТЬ, по сути, является генератором имитационных программ и ее конкретная реализация со своим уникальным языком позволяет работать только с ограниченным классом РСПД. Любые изменения круга решаемых задач должны сопровождаться модификацией старого или разработкой нового генератора. Работая сразу на языке описания блок-схем, т.е. напрямую с подсистемой ИНИТАТОР, можно избежать последнего неудобства.

Входные параметры и результаты работы рассмотренных подсистем хранятся в базе данных, что позволяет обеспечить преемственность между сеансами работы с системой моделирования и допустить использование результатов работы и параметров одной подсистемы при работе с другой. Так, для работы подсистемы РАДИОЛИНИЯ в качестве входных параметров необходимы энергетические характеристики, получаемые на выходе подсистемы ТРАССА, а на уровне сети требуется задавать время и вероятность безошибочной передачи пакета, рассчитываемые в подсистеме РАДИОЛИНИЯ. Таким образом, с помощью предлагаемой системы моделирования может быть решена комплексная задача исследования ВВХ РСПД в реальных условиях функционирования, т.е. с учетом географических координат узлов, помеховой обстановки в заданных районах, характеристики каналообразующего оборудования и т.п. Причем, в дальнейшем, можно расширить круг решаемых задач, разрабатывая новые подсистемы, включение которых в единый комплекс программ обепечивается его структурой и наличием стандартных средств работы с базой данных и организации диалога.

Вся информация в базе данных делится на документы, причем элементы одного документа могут хранить или все атрибуты одного объекта РСПД, т.е. представлять собой структуру данных, или значения одного атрибута всех объектов РСПД, существующих в текущем моделируемом варианте (массив). Стандартные подпрограммы работы с базой позволяют читать/писать целый документ или один заданный элемент документа. Для ускорения доступа к базе данных часть ее можно делать резидентной в оперативной памяти. Обеспечена сборка "мусора", работа с каталогом, непосредственное экранное редактирование документов.

Средства диалога позволяют проектировать взаимодействие подсистем с пользователем незавиоимо от их процедурной части. Разработан язык описания экранных форм отдельных кадров диалога, которые задают отображение элементов документов базы данных на экран терминала. Экранная форма состоит из статической (содержащей комментарии) и динамической (подлежащей редактированию) областей, описание которых хранятся в виде отдельных документов в базе данных. Описание статической области содержит строки комментариев и координаты (строка, столбец на экране) их вывода. Строка описания динамической области выглядит следующим образом: <паше> <^уре> <1пс1ех> <пг> <пс> <ш1п> <тах>,

- /<г -

где <name> - имя документа базы данных или зарезервированной переменной программы; <type> - тип отображаемого элемента (целый, вещественный или символьный); <index) - номер элемента или зарезервированной переменной; <пг> и <пс> - координаты отображения элемента на экране; <nin> и <тах> - нижняя и верхняя границы допустимой области изменения элемента, служащие для контроля вводимых символов. В качестве <index>, <nr> и <пс> можно использовать зарезервированные переменные. Независимость диалога от процедурной части программ позволяет пользователю модифицировать экранные формы в процессе работы с системой моделирования с помощью редактора базы данных.

Существует возможность работы системы моделирования в среде сети ЭВМ. В этом случае подготовка данных для имитационной модели и ее генерация осуществляется на периферийном центре в г.Омске, а сам имитационный эксперимент проводится на базовом вычислительном комплексе Новосибирского научного центра.

Основные языки реализации компонент системы моделирования -Фортран, PL/1. Подсистема ИМИТАТОР и элементарные агрегаты модели РСПД реализованы на Симуле-67 в системном классе SIMULATION.

В четвертой главе на примере исследования специальной системы связи (ССС) с удаленными подвижными объектами (судами, кораблями) рассматривается технология работы с системой моделирования РСПД. ССС имеет радиально-узловую структуру, объединяющую автоматизированные узлы связи (АУС), радиоцентры (РЦ) и подвижные объекты (ПО). АУС связаны между собой и с РЦ наземными каналами связи, ПО связаны с РЦ коротковолновыми радиоканалами коллективного пользования (протокол ALOHA, безквитанционный режим). Возможно использование до 10 параллельных радиоканалов различных типов одновременно для передачи одного пакета. Абоненты системы связи подключаются к АУС и ПО. Применяется маршрутизация с фиксированными маршрутами.

Приводится перечень параметров узлов ССС, структура и перечень документов базы данных для их хранения. Описываются агрегативные схемы для АУС, РЦ и ПО, которые вместе со сценарием диалога для редактирования параметров элементов ССС составляют основу для разработки специализированного генератора имитационных программ и подсистемы СЕТЬ в целом.

Проведены имитационные эксперименты с целью исследования ВВХ варианта ССС, приведенного на рис.3. Тонкими линиями обведены 10

районов размещения узлов ССС. Внутри районов показаны номера размещенных в них узлов и, в нижней части, - географические координаты районов (первая цифра - широта, вторая цифра долгота). Положительные координаты соответствуют северной широте и восточной долготе, отрицательные - южной широте и западной долготе. Принята следующая нумерация узлов: 5, 6, 11-22, 51-59 -источники сообщений (абоненты ССС); 1-4 - АУС; 31-34 - РЦ; 41-45, 47, 63-65, 67, 68, 76-79, 81-05, 87, 91-99 - ПО: 71-75 - станции помех. В результате экспериментирования было исследовано три варианта оснащения ПО средствами связи с целью выбора варианта, обеспечивающего качество доведения сообщений с Р>0.8, Р(Та)>0.8, P(Q3)>0.8 при Тэ=300с и Qa=0.8.

13,11,13,16

5 41-45,47 6 «3-65, 67,68 7 76-79 « 81-85,37 9 93-9 7 10 91,92, 93,99

45,-180 10,-100 -18,-153 3,-161 -1,-92 -17,-119

51-55

54-56

57-5?

Рис. 3

Приложение содержит примеры программирования агрегатов на языке Симула-67, исходные данные для экспериментов с моделью ССС, являющиеся копиями экранов при работе с системой моделирования РСПД, и результаты имитационных экспериментов.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Разработана технология построения агрегативной алгоритмической модели применительно к РСПД. За основу декомпозиции модели РСПД на отдельные агрегаты _ принята семиуровневая модель открытых систем. Предлагается стандартный межагрегатный интерфейс.

2. Разработаны формальные агрегативные модели отдельных элементов многопролетных РСПД, унифицированная агрегативная модель радиоканала с различными протоколами доступа, средства оценки ВВХ.

3. Разработана архитектура построения системы моделирования РСПД. В составе системы моделирования выделены подсистемы ТРАССА, РАДИОЛИНИЯ, СЕТЬ и ИМИТАТОР, позволяющие исследовать ВВХ РСПД в реальных условиях функционирования.

4. Разработан язык описания блок-схем, автоматизирующий сборку иерархических агрегативных схем алгоритмической модели РСПД.

5. Информационная связь между подсистемами системы моделирования осуществляется через базу данных со стандартными средствами доступа. Единые интерфейс с базой данных и средства проектирования процедурно-независимого диалога позволяют просто расширять систему моделирования РСПД новыми подсистемами.

6. С помощью системы моделирования РСПД создана и исследована модель специальной системы связи с удаленными подвижными объектами.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Дорошенко В.И., Зыкин C.B., Искам В.Я., Ковров С. С., Кюнер Б.К., Мясникова В.В., Панов С.А., Токарев Ю.П., Шапцев

B.А. Комплекс программ для моделирования сетей радиосвязи// Компьютерные методы исследования проблем теории и техники передачи дискретных сигналов по радиоканалам: Тез. докл./ Всесоюзн. конф. 3-5 сентября 1990г. -М.: Радио и связь, 1990. -

C. 10.

2. Зыкин C.B., Искам В.Я., Мясникова В.В., Панов С.А., Токарев Ю.П., Шапцев В.А. Комплекс программ для анализа радиосетей передачи информации// Системы моделирования в радиотехнике и связи. -Новосибирск, 1989. -С.77-88.

■/s-

3. Токарев Ю.П. Блокоориентированный подход к моделированию дискретных систем// Моделирование систем информатики. Тезисы докладов Всесоюзной конференции. -Новосибирск. 1938. -П.114-115.

4. Токарег Ю.П. Моделирование дискретных систем на микро -■ЭВМ// Информатика и вычислительная техника в учебном процессе и управлении. Тезисы докладов 5 областной научно-практической конференции. -Омск. 1Яf:в. -с. 169.

5. Токарев Ю.П. Моделирование радиосетей со свободным доступом в канал с шумами// Моделирование систем информатики: Тез. докл. 2 Всесоюзн. конф. -Ногосибирек, 1980. -С.130-133.

6. Токарев Ю.П. Программные средства для моделирования радиосетей передачи данных// Технология и средства моделирования радиосистем. -Новосибирск. 1987. -С.46-74.

7. Токарев Ю.П., Шапцев В.Л. Технология и инструментальные средства исследования сетей передачи и распределения информации// Имитационные эксперименты с моделями сложных систем. Тезисы докладов Всесоюзной научно-технической школы. -Калининград, 1989. -С.81-8i;.

д. Шапцев В.А., Панов С.А.. Токарев Ю.П., Хлыстов В.И., Шульман В.Б. Инструментальная база математического

моделирования систем передачи и распределения информации// Моделирование систем информатики. Тезисы докладов Всесоюзной конференции. -Новосибирск. 1988. -С.303- 304.

9. Токарев Ю.П., Шапцев В.А. Проблемы иерархического компьютерного моделирования пакетных радиосетей/.' Вторая Всесоюзная конференция по информационным системам множественного доступа. Тезисы докладов. -Минск. 1 J _■■ 1 . -С. 63 -66.

10. Шульман В.Б., Шапцев В.А.. Филимонов P.A.. Г^к'Ф^в Ю.П.. Колобанова Т.С., Ельцов-Стрелков A.B. Современное состояние и направления развития имитационного моделирования радиоканалов// Техника средств связи. Сер. СС. -1990. -Вып.6 -0.46-5:.

11. Искам В.Я., Панов С.А.. Токарев ^.П.. Шапцег В.А. Многоуровневое моделирование информационных ct-тей, исП'*'Ль-:-уг радиоканалы// Материалы международной н^учло-т-./.ниче; К', й конференции "Проблемы Функционирования информационных с--те ¡"Г . Новосибирск. 1991. -С.153-157.