Моделирование систем и сетей связи на GPSS

                            ВВЕДЕНИЕ

     Процессы функционирования различных систем и сетей связи могут

быть  представлены  той  или  иной  совокупностью  систем массового

обслуживания (СМО) - стохастических, динамических, дискретно-непре-

рывных математических моделей. Исследование характеристик таких мо-

делей может проводиться либо аналитическими  методами,  либо  путем

имитационного моделирования [1-6].

     Имитационная модель отображает  стохастический  процесс  смены

дискретных состояний СМО в непрерывном времени в форме моделирующе-

го алгоритма.  При его реализации на  ЭВМ  производится  накопление

статистических данных по тем атрибутам модели, характеристики кото-

рых являются предметом исследований. По окончании моделирования на-

копленная статистика обрабатывается, и результаты моделирования по-

лучаются в виде выборочных распределений исследуемых величин или их

выборочных моментов.  Таким образом, при имитационном моделировании

систем массового обслуживания речь  всегда  идет  о  статистическом

имитационном моделировании [5;6].

     Сложные функции моделирующего алгоритма могут быть реализованы

средствами универсальных языков программирования (Паскаль, Си), что

предоставляет неограниченные возможности в  разработке,  отладке  и

использовании модели.  Однако подобная гибкость приобретается ценой

больших усилий,  затрачиваемых  на  разработку  и  программирование

весьма  сложных моделирующих алгоритмов,  оперирующих со списковыми

структурами данных. Альтернативой этому является использование спе-

циализированных языков имитационного моделирования [5-7].

     Специализированные языки имеют средства описания  структуры  и

процесса функционирования моделируемой системы, что значительно об-

легчает и упрощает программирование имитационных моделей, поскольку

основные  функциии моделирующего алгоритма при этом реализуются ав-

томатически. Программы  имитационных  моделей на специализированных

языках моделирования близки  к  описаниям  моделируемых  систем  на

естественном языке, что позволяет конструировать сложные имитацион-

ные модели пользователям,  не являющимся профессиональными програм-

мистами.

     Одним из  наиболее эффективных и распространенных языков моде-

лирования сложных дискретных систем является в настоящее время язык

GPSS  [1;4;7].  Он  может быть с наибольшим успехом использован для

моделирования систем,  формализуемых в виде систем массового обслу-

живания. В качестве объектов языка используются аналоги таких стан-

дартных компонентов СМО, как заявки, обслуживающие приборы, очереди

                              - 3 -

и т.п. Достаточный набор подобных компонентов позволяет конструиро-

вать сложные имитационные модели,  сохраняя привычную  терминологию

СМО.

     На персональных  компьютерах (ПК) типа IBM/PC язык GPSS реали-

зован в рамках пакета прикладных программ GPSS/PC [8]. Основной мо-

дуль  пакета  представляет собой интегрированную среду,  включающую

помимо транслятора со входного языка средства ввода и  редактирова-

ния текста модели, ее отладки и наблюдения за процессом моделирова-

ния,  графические средства отображения атрибутов  модели,  а  также

средства  накопления  результатов  моделирования в базе данных и их

статистической обработки.  Кроме основного модуля в  состав  пакета

входит модуль создания стандартного отчета GPSS/PC, а также ряд до-

полнительных модулей и файлов.

     В данном издании,  состоящем из двух частей, излагаются основы

моделирования систем и сетей связи с использованием пакета GPSS/PC.

В первой части рассматриваются основные понятия и средства GPSS/PC,

приемы  конструирования GPSS-моделей и технология работы с пакетом.

Изложение материала сопровождается небольшими  учебными  примерами.

Относительно   подробное   рассмотрение   языка   GPSS/PC   вызвано

отсутствием в литературе учебного материала по данной версии языка.

     Во второй части рассматриваются примеры GPSS-моделей различных

систем и сетей массового обслуживания,  используемых для формализа-

ции  процессов  функционирования  систем и сетей связи.  Приводится

также ряд примеров моделирования систем и сетей связи с использова-

нием GPSS/PC. Подробно комментируются тексты GPSS-моделей и резуль-

таты моделирования.

                    1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О GPSS/PC

     Исходная программа на языке GPSS/PC,  как и программа на любом

языке программирования,  представляет собой последовательность опе-

раторов. Операторы GPSS/PC записываются и вводятся в ПК в следующем

формате:

          1номер 0_ 1строки имя операция операнды ; комментарии

     Все операторы  исходной  программы  должны  начинаться с  1номе-

 1ра 0_ 1строки  0- целого положительного числа от 1 до 9999999. После вво-

да операторов они располагаются в исходной программе в соответствии

с нумерацией строк.  Обычно нумерация производится с некоторым  ша-

гом, отличным от 1, чтобы иметь возможность добавления операторов в

нужное место исходной программы.  Некоторые операторы  удобно  вво-

дить,  не включая их в исходную программу. Такие операторы вводятся

                              - 4 -

без номера строки.

     В настоящем издании при описании формата операторов и в приме-

рах моделей номера строк будут  опускаться  для  лучшей  читаемости

текста.

     Отдельные операторы могут иметь  1имя  0для ссылки на эти операто-

ры в других операторах. Если такие ссылки отсутствуют, то этот эле-

мент оператора не является обязательным.

     В поле  1операции  0записывается ключевое слово (название операто-

ра), указывающее конкретную функцию, выполняемую данным оператором.

Это  поле  оператора является обязательным.  У некоторых операторов

поле операции включает в себя также  1вспомогательный операнд 0.

     В полях  1операндов  0записывается информация,  уточняющая и конк-

ретизирующая выполнение функции,  определенной в поле операции. Эти

поля в зависимости от типа операции  содержат  до  семи  операндов,

расположенных  в  определенной  последовательности  и  обозначаемых

обычно первыми буквами латинского алфавита от  A  до  G.  Некоторые

операторы  вообще не имеют операндов,  а в некоторых операнды могут

быть опущены,  при этом устанавливаются их стандартные значения (по

умолчанию).  При записи операндов используется позиционный принцип:

пропуск операнда отмечается запятой.

     Необязательные  1комментарии  0в случае их присутствия  отделяются

от поля операндов точкой с запятой.  Комментарии не могут содержать

букв русского алфавита.

     Операторы GPSS/PC  записываются,  начиная с первой позиции,  в

свободном формате, т.е. отдельные поля разделяются произвольным ко-

личеством пробелов.  При вводе исходной программы в интегрированной

среде GPSS/PC размещение отдельных полей операторов с  определенным

количеством интервалов между ними производится автоматически.

     Каждый оператор GPSS/PC относится к одному из  четырех  типов:

операторы-блоки, операторы определения объектов, управляющие опера-

торы и операторы-команды.

      1Операторы-блоки  0формируют  логику  модели.  В  GPSS/PC имеется

около 50 различных видов блоков,  каждый из которых выполняет  свою

конкретную функцию. За каждым из таких блоков стоит соответствующая

подпрограмма транслятора,  а операнды каждого блока служат парамет-

рами этой подпрограммы.

      1Операторы определения об 0ъ 1ектов  0служат для описания  параметров

некоторых  объектов  GPSS/PC (о самих объектах речь пойдет дальше).

Примерами параметров объектов могут быть количество каналов в  мно-

гоканальной  системе  массового  обслуживания,  количество  строк и

столбцов матрицы и т.п.

                              - 5 -

      1Управляющие операторы   0служат для управления процессом модели-

рования (прогоном модели).   1Операторы-команды   0позволяют  управлять

работой интегрированной среды GPSS/PC. Управляющие операторы и опе-

раторы-команды обычно не включаются в исходную  программу,  а  вво-

дятся  непосредственно  с  клавиатуры  ПК в процессе интерактивного

взаимодействия с интегрированной средой.

     После трансляции  исходной программы в памяти ПК создается так

называемая  1текущая модель,   0являющаяся совокупностью  разного  типа

 1объектов 0,  каждый  из  которых  представляет  собой некоторый набор

чисел в памяти ПК,  описывающих свойства и текущее состояние объек-

та.  Объекты GPSS/PC можно разделить на семь классов: динамические,

операционные, аппаратные, статистические, вычислительные, запомина-

ющие и группирующие.

     Динамические объекты,   соответствующие   заявкам  в  системах

массового обслуживания, называются в GPSS/PC  1транзактами 0. Они "соз-

даются" и "уничтожаются" так, как это необходимо по логике модели в

процессе моделирования. С каждым транзактом может быть связано про-

извольное  число параметров,  несущих в себе необходимую информацию

об этом транзакте. Кроме того, транзакты могут иметь различные при-

оритеты.

     Операционные объекты GPSS/PC, называемые  1блоками 0, соответству-

ют операторам-блокам исходной программы.  Они,  как уже говорилось,

формируют логику модели, давая транзактам указания: куда идти и что

делать дальше. Модель системы на GPSS/PC можно представить совокуп-

ностью блоков,  объединенных в соответствии с логикой работы реаль-

ной  системы  в так называемую  1блок-схему 0.  Блок-схема модели может

быть изображена графически,  наглядно показывая взаимодействие бло-

ков в процессе моделирования.

     Аппаратные объекты GPSS/PC - это абстрактные элементы,  на ко-

торые может быть расчленено (декомпозировано) оборудование реальной

системы.  К ним относятся  1одноканальные  0и  1многоканальные устройства

и  1логические переключатели.   0Многоканальное устройство иногда назы-

вают  1памятью 0.

     Одноканальные и многоканальные устройства соответствуют обслу-

живающим приборам в  СМО.  Одноканальное  устройство 1,   0которое  для

краткости далее  будем называть просто устройством,  может обслужи-

вать одновременно только один транзакт.  Многоканальное  устройство

(МКУ)  может  обслуживать одновременно несколько транзактов.  Логи-

ческие переключатели (ЛП) используются для  моделирования  двоичных

состояний  логического  или  физического характера.  ЛП может нахо-

диться в двух состояниях: включено и выключено. Его состояние может

                              - 6 -

изменяться в процессе моделирования,  а также опрашиваться для при-

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12