Сдам Сам

ПОЛЕЗНОЕ


КАТЕГОРИИ







Устройство и принципы функционирования локальной сети.





Лабораторная работа N9

Руководство

по использованию программного инструментального комплекса для моделирования локальной сети специального назначения при проведении лабораторных работ по дисциплине " Вычислительные комплексы, системы и сети."
(Для студентов специальности 22.01)

А н н о т а ц и я

Программный инструментальный моделирующий комплекс разработан для исследования вероятностно-временных характеристик передачи сообщений в локальной сети специального назначения.

В основу комплекса положена статистическая имитационная модель локальной сети, написанная на языке GPSS/PC. Для управления моделированием и ввода изменяемых исходных данных в GPSS/PC программу, разработана специальная программа, поддерживающая диалоговый интерфейс пользователя с моделью. Для использования в учебно-методических целях программных комплекс адаптирован.

Устройство и принципы функционирования локальной сети.

Назначение и принципы работы ЛС.

Рис. 1. Структурная схема ЛС

Локальная сеть состоит из N (N=1...99) транспортных станций (ТС), объединяемых кольцевой шиной передачи (рис.1). Назначение ЛС - передача сообщений между источниками и получателями информации (абонентами), подключенными к транспортным станциям сети.

Обмен информацией между абонентами ЛС может осуществляться как в интересах организации распределенных вычислительных процессов, распределенных баз данных, так и в интересах управления распределенными системами управления, объекты которых подключены к транспортным станциям локальной сети в качестве абонентов.

Исследуемая в лабораторной работе ЛС разработана для использования прежде всего для решения задач управления объектами в реальном масштабе времени, что выражается в повышенных требованиях к надежности сети, верности передачи, вероятности доставки сообщений в контрольные сроки.

Абонентами ТС являются объекты обслуживаемой системы управления, и автоматизированные рабочие места операторов (АРМО), на которых отображается осведомляющая информация о ходе процесса управления и формируются управляющие воздействия.

Одна из ТС сети (ТС_01) является ведущей. К ней подключаются средства АРМО - вычислительные комплексы для управления процессами передачи информации по ЛС, включая регистрацию входящих и исходящих сообщений, фиксацию состояния отказа элементов сети, ликвидацию сообщения с ошибочным адресом и другие. Эти функции выполняет микроЭВМ с периферийным оборудованием и специализированным программным обеспечением.

Передача информации между ТС осуществляется по кольцевой шине. Для повышения надежности передачи шина имеет резерв. Переключение на резервную линию происходит автоматически. ТС осуществляет коллективный (случайный множественный) доступ к шине передачи с контролем несущей для избежания конфликтов (с предотвращением коллизий). Контроль несущей состоит в обнаружении на шине при ее прослушивании (приеме) сигнала "линия свободна". В этом случае ТС имеет право начать передачу через интервал времени начального прослушивания Тнп. Этот интервал является индивидуальным для каждой ТС и увеличивается с номером ТС. Для ТС_01 Тнп всегда равно нулю. Таким образом, она имеет минимальную задержку в ожидании подключения к линии связи, то есть наиболее высокий приоритет. Приоритет остальных ТС определяется их порядковым номером в сети.



Передача информации по кольцевой шине осуществляеся в одну сторону. Каждая ТС ретранслирует все сообщения, передаваемые по шине, одновременно анализируя их адрес. Если адрес, указанный в сообщении, и адрес ТС совпадают, то сообщение записывается в буфер данной ТС.

После ретрансляции сообщения всеми ТС, включенными в ЛС, оно поступает в ТС-отправитель и проверяется на наличие ошибок. При отсутствии ошибок и получения специального сигнала от ТС-получателя, сообщение считается переданным. При наличии ошибок производится повторная передача. В случае искажения адреса сообщения или отсутствия ТС-адресата в ЛС, исключение сообщения из шины передачи осуществляется ведущей ТС_01.

Сообщения, поступающие в ТС из внешних источников, могут иметь длину до 5 кбайт. Передача сообщений между ТС ведется пакетами по 256 байт. Скорость передачи по шине составляет около 200 кбайт/с.

Формат сообщения, передаваемого по сети имеет вид:

АП ИП АО ТЕКСТ КС

Здесь: АП - адрес получателя,

ИП - идентификатор пакета,
АО - адрес отправителя,
ТЕКСТ - смысловая часть сообщения,
КС - признак конца сообщения.

Адреса АП и АО имеют длину по два байта. В них указывается номер ТС-получателя и номера входов в ТС, к которым подключены абоненты - отправитель и получатель.

Идентификатор пакета указывает на принадлежность передаваемого пакета к определенному сообщению.

Рис. 2. Структурная схема ТС

ТС имеет магистрально-модульную структуру, построенную с использованием системного интерфейса И41. В состав ТС входят следующие элементы (рис.2):

1. Модуль центрального процессора (ЦП).
2. Системное ОЗУ (СОЗУ).
3. Модуль интерфейсный (МИ) для ввода/вывода информации от(к) абонентов(ам).
4. Модуль линии коллективного пользования (ЛКП).

Все модули взаимодействуют через интерфейс И41. Модули ТС (кроме СОЗУ) ЛКП являются активными и содержат в своем составе периферийные процессоры (ПП). Для исключения конфликтов при обращении к шине И41 реализуется последовательный арбитраж с фиксированными приоритетами.

Взаимодействие модулей в системе реализуется на основе концепции универсального интерфейса, под которым понимают единый аппаратный и программный стык для всех модулей и практическую их неотличимость с системной стороны как для аппаратуры, так и для программ.

Концепция универсального интерфейса состоит в следующем:

1. Аппаратный стык всех модулей реализован через системный интерфейс И41.
2. Каждый модуль имеет свой собственный системный адрес.
3. Управление модулями осуществляется через специально организованный в системном ОЗУ регистр управления. Команда записи по системному адресу модуля инициирует чтение регистра модуля, а прерывание от модуля инициирует чтение регистра центральным процессором.

Модуль интерфейсный.

Рис. 3. Структурная схема модуля интерфейсного.

Структурная схема модуля приведена на рис.3. Он включает:

- три устройства связи (субмодули) с абонентом по стыку ИРПР;
- локальную память интерфейсного модуля емкостью 16кбайт;
- периферийный процессор;
- локальную шину (ЛШ).

Устройства связи с абонентами подключены к ЛШ по приоритетной схеме. Высший приоритет имеет первое устройство, второе и третье - соответственно 2-ой и 3-ий уровень приоритета.

Сообщения, поступающие от абонентов, записываются в локальную память МИ. Запись осуществляется ПП в соответствии с приоритетами, присвоенными субмодулям ИРПР. При освобождении магистрали И41 сообщения записываются ЦП в СОЗУ ТС. При приеме из ЛКП сообщений, адресованных данной ТС, сообщения записываются в СОЗУ и далее в локальную память МИ с использованием ЦП ТС и передаются абоненту через субмодули с использованием ПП.

Такая организация обмена позволяет вести запись в системное ОЗУ под управлением ЦП, запись в ОЗУ модулей ТС - под управлением периферийных процессоров модулей ТС. Эти процессы лежат в основе передачи сообщений между абонентами транспортных станций.

Рис. 4. Структурная схема модуля ЛКП

Структурная схема модуля показана на рис.4.

Приемо-передающие устройства соседних ТС соединены между собой двумя коаксиальными линиями связи. Одна из них служит для передачи информации, другая - для передачи синхросигналов, управляющих передачами по шине.

Рис. 5. Схема соединений ТС основной и резервной линиями связи

Для повышения надежности связь между ТС дублируется второй парой коаксиальных линий связи (рис.5).

Занятие линии связи возможно при наличии на линии синхронизации сигнала "Линия свободна" (ЛСВ) через время Tнп, присвоенное данной ТС. После занятия линии осуществляется побайтная последовательная передача сообщений. Модулей ЛКП передающей и принимающей,ТС монополизируют линию связи на время обмена. Остальные ТС сети работают в режиме ретрансляции.

Передающая ТС направляет в линию связи байты сообщения через передающие входы и осуществляет контроль прохождения информации через сеть путем сравнения байта, переданного в линию, с тем же байтом, полученным приемником ЛКП.

Принимающая ТС записывает информацию, поступающую от приемника в ОЗУ ЛКП, и ретранслирует эту информацию через свои передающие устройства.

В случае несовпадения кодограммы переданной и принятой передающей ТС, передача сообщения прерывается, линия связи освобождается - ТС-передатчик выдает сигнал ЛСВ. Повторная передача осуществляется после захвата шины. После трех неудачных попыток передать сообщение передающая ТС переключается на резервную линию связи и также осуществляет три попытки передать сообщение. В случае неудачи ТС отключат от сети. Если принимающая ТС получает вместо очередного байта сигнал ЛСВ, то она прекращает прием и переходит в состояние готовности начать прием сообщения, начиная с 1-го байта. Если принимающая ТС после приема сообщения получает сигнал "конец сообщения", она выдает в линию связи сигнал ЛСВ, который служит квитанцией о передачи сообщения в целом для передающей ТС.

Выбор очередного сообщения для передачи осуществляется ЦП из СОЗУ в соответствии с его приоритетами. Сообщение разделяется на кадры (блоки) по 256 байт и передается в память модуля ЛКП, представляющую собой 8 буферных ЗУ по 256 байт. Определение состояния линии связи, выбор кадров из буферов и управление передачей осуществляется ПП ЛКП. На принимающей ТС имеется также 8 буферных ЗУ по 256 байт, из которых информация передается в СОЗУ и осуществляется сборка сообщения из отдельных кадров по 256 байт. Полностью сформированное сообщение передается в память интерфейсного модуля для выдачи абоненту.

Рис. 6. Передача сообщений между абонентами ТС

1. Передача сообщения от абонента в ОЗУ интерфейсного модуля под управлением ПП (участок а - b на рис.6).
2. Передача сообщения из ОЗУ интерфейсного модуля в системное ОЗУ под управлением ЦП (участок b - c на рис.6).
3. Разборка сообщения на кадры по 256 байт и их передача в выходное ОЗУ модуля ЛКП (участок c - d на рис.6).
4. Передача кадров сообщение по линиям связи из модуля ЛКП передающей ТС в модуль ЛКП принимающей ТС (участок d - e на рис.6).
5. Передача кадров в системное ОЗУ и их сборка в сообщение(участок e - f на рис.6).
6. Передача сообщение из модуля СОЗУ в ОЗУ интерфейсного модуля абонента получателя (участок f - g на рис.6).
7. Передача сообщения из буферной памяти интерфейсного модуля абоненту.

Описанные этапы передачи сообщения с учетом алгоритмов взаимодействия технических средств ТС на каждом этапе положены в основу построения имитационной модели локальной сети.

Имитационная модель ЛС.

Управление моделированием.

Программный комплекс размещен в подкаталоге C:\NETWORK.LAB\GPSS\. Для запуска программного комплекса:

1. Откройте каталог C:\NETWORK.LAB\GPSS\
2. Запустите файл 1_start.bat и нажмите клавишу, на экране появится заставка программного комплекса.
3. Нажмите Esc. Программа пригласит Вас зарегистрироваться (при необходимости перейдите в оконный режим работы программы). Окончание регистрации - клавиша [Esc].
4. На экране выдается главное меню. Оно имеет вид:

В верхней строке меню имеется контекстная подсказка. Выбор нужного пункта осуществляется клавишами управления курсором и [Enter]. После выбора пункта главного меню появляется подменю, управляемые теми же клавишами. Отказ от выбранного пункта подменю - клавиша [Esc].

В пункте меню Задание возможны:

1. Ввод исходных данных (ИД) (Новое);
2. Изменение ИД (Изменение);
3. Просмотр ИД на экране (Просмотр - экран или печать);

В пункте Старт осуществляется запуск моделирующей программы на выполнение. Перед запуском Вы должны заполнить таблицу коэффициентов, корректирующих нагрузку на сеть. Таблица выводится на экран после нажатия клавиши [Enter].

В пункте Результат можно просмотреть отчет о результатах моделирования, сформированный GPSS/PC программой.

В пункте Тест запускается контрольный пример для проверки правильности работы программы.

Задание исходных данных и моделирование.

Моделирование работы ЛС производится в следующем порядке:

1. Ввод исходных данных, полученных у преподавателя.
2. Ввод коэффициентов, корректирующих нагрузку на ЛС и переход к сеансу моделирования.
3. Просмотр результатов моделирования, уточнение новых значений коэффициентов коррекции и переход к очередному сеансу моделирования.
4. После 5 последовательных сеансов моделирования производится сохранение результатов моделирования и их распечатка.
5. Переход ко второй серии из 5-ти сеансов моделирования с другими значениями коэффициентов коррекции, по окончании которого также производится сохранение и печать результатов.
6. Анализ (домашний) работы ЛС в соответствии с данным руководством.

Рассмотрим более подробно порядок работы с программным комплексом.

Ввод исходных данных.

Выберите пункт меню Задание, пункт подменю Изменение. После нажатия клавиши [Enter] перед Вами появляется экран следующего вида:

Здесь задается количество ТС в ЛС, время работы моделируемой системы, параметры надежности линии коллективного пользования, интервалы гистограммы времени доставки. Окно для выборочного контроля времени доставки сообщения между отдельными абонентами в лабораторной работе можно не использовать.

Исходные данные на этом экране при выполнении лабораторной работы не изменяются. Последовательным нажатием клавиши [Up] или [PgUp] ([PgDn]), перейдите к следующему экрану. Он имеет вид:

Здесь представлена матрица задания нагрузки, исходящей от абонентов, подключенных ко входам 1-ой ТС, к потребителям, подключенным к другим ТС.

Обратите внимание - 1-ый экран имеет в левом углу указатель "ТС_01" и ниже "ОТ ТС_01".

В данном примере ЛС включает 4 ТС а интенсивность потоков сообщений к абонентам 1, 2, 3, ТС_02, ТС_03, ТС_04 от абонентов 1, 2, 3, ТС_01 одинаковы и равны 1 сообщ/с.

В правой части матрицы задаются средние длины сообщений, поступающих в сеть от абонентов 1, 2, 3 ТС_01 к остальным ТС. В данном примере они равны. От абонента 1 ТС_01 к абонентам 1, 2, 3 ТС_02 - 50 байт; от абонента 2 ТС_01 к абонентам 1, 2, 3 ТС_02 - 500 байт; от абонента 3 ТС_01 к абонентам 1, 2, 3, ТС_02 - 5000 байт.

Средние длины сообщений, передаваемых абонентами ТС_01 абонентам ТС_03 и ТС_04, в данном примере выбраны одинаковыми.

Нулевые значения интенсивностей и длины сообщений от абонентов 1, 2, 3 ТС_01 к другим абонентам этой же ТС имеют нулевые значения. Это означает, что абоненты, подключенные к одной ТС сообщений друг другу не передают.

Внимание! Заполнение полей данных осуществляется после перемещения курсора на соответсвующее поле с использованием цифровых клавиш. Перемещение курсора по полям ввода осуществляется клавишей [Right], возврат на предыдущее поле - [Left]. Запись данных осуществляется без нажатия клавиши [Enter]. Пользуйтесь подсказкой и помощью (клавиша [F1]).

После заполнения последнего поля (цифра 5000 в примере) перед Вами появится следующий экран - задание интенсивностей потоков и средних длин сообщений от ТС_02 к другим ТС. Заполнение полей здесь аналогично. Далее заполняются поля от ТС_03,04 до N, где N - число ТС. Запись введенных ИД производится клавишей [F2].

Заполнение полей производится в соответствии с исходными данными, полученными у преподавателя.

Содержание GPSS-отчета.

Параметры 1-ой строки отчета указывают время начала и окончания моделирования, число блоков, устройств и памятей в модели.

В следующей таблице собрана статистика о работе устройств.

В колонке "Устройства" выводятся имена устройств:

TC_I41_1(2,3,...) - интерфейс И41 TC_01(02,03,...);
СР_1(2,3,...) - центральный процессор ТС_01(02,03,...);
MAIN - главная линия связи;
RESERV - резервная линия связи.

Остальные колонки таблицы пояснений не требуют.

Следующая таблица содержит статистику по очередям. В первой колонке помещены имена памятей и линий связи:

LP_INT_1(2,3,...) - локальная память интерфейсного модуля ТС_01(02,03,..);
COZY1(2,3,...) - СОЗУ ТС_01(02,03,...);
LKP_PER_1(2,3,...) - передающие буферы модуля линии коллективного пользования ТС_01(02,03,...);
LKP_PRIN_1(2,3,...) - принимающие буферы модуля линии коллективного пользования ТС_01(02,03,...);
MAIN, RESERV - основная и резервная линии коллективного пользования.

Колонки таблицы очередей:

max - максимальное содержание очереди при завершении моделирования;
сдрж. - содержание очереди при завершении моделирования;
чсл_вхд. - число входов в очередь;
чсл_вхд.(0) - число входов в очередь с нулевым пребыванием;
ср_содерж. - среднее содержание очереди;
Тср.преб. - среднее время пребывания в очереди, включая входы с нулевым временем пребывания;
Тср.(0) - среднее время пребывания в очереди, исключая "нулевые входы".

Таблица памятей.

Первая колонка - имя памяти - включает имена памятей, соответствующих предыдущей таблицы.

Колонки таблицы:

емк. - емкость памяти;
не исп. - не использованная емкость памяти на момент завершения моделирования;
min - минимальная емкость памяти, использованная в течении периода моделирования; max - максимальная емкость памяти, использованная в течении периода моделирования;
чел_вхд. - число входов в память в течении периода моделирования;
дост. - состояние доступности памяти в конце моделирования (1 - доступна, 0 - недоступна);
вр.зан. - среднее время занятия памяти;
Кисп. - коэффициент использования памяти.

Последующие таблицы характеризуют распределение времени доставки сообщений. Первая колонка содержит характеристики времени доставки для ABON1(2,3) - абонентов 1(2,3) всех ТС.

T_DOST_MES - таблица характеристик доставки для всех сообщений, поступивших в сеть.

Колонки таблиц:

Тср. - среднее время доставки;
стд.откл. - стандартное (среднеквадратическое) отклонение времени доставки;
интер. - временные интервалы таблицы;
чсл. сообщ. - количество сообщений, время доставки которых попало в данный интервал;
%_общ. - процент от общего числа сообщений, время доставки которых укладывается в соответствующие интервалы таблицы.

Лабораторная работа N9

Руководство

по использованию программного инструментального комплекса для моделирования локальной сети специального назначения при проведении лабораторных работ по дисциплине " Вычислительные комплексы, системы и сети."
(Для студентов специальности 22.01)

А н н о т а ц и я

Программный инструментальный моделирующий комплекс разработан для исследования вероятностно-временных характеристик передачи сообщений в локальной сети специального назначения.

В основу комплекса положена статистическая имитационная модель локальной сети, написанная на языке GPSS/PC. Для управления моделированием и ввода изменяемых исходных данных в GPSS/PC программу, разработана специальная программа, поддерживающая диалоговый интерфейс пользователя с моделью. Для использования в учебно-методических целях программных комплекс адаптирован.

Устройство и принципы функционирования локальной сети.









Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:


©2015- 2018 zdamsam.ru Размещенные материалы защищены законодательством РФ.