Имитационное моделирование процесса передачи данных по двум каналам

2.1. Построение логической схемы  модели

Логическая схема модели представлена на Рис.№5.

После генерации сообщений, все  сообщения поступают в накопитель, где ожидают освобождения канала передачи. Если Канал свободен, то сообщение начинает передаваться при этом в буфере основного канала сохраняется копия сообщения. Если передача прошла то копия сообщения удаляется. При выходе из строя основного канала во время передачи сообщения, копия сообщения из буфера поступает на резервный канал и передается с самого начала. Передача сообщений по резервному каналу происходит до восстановления основного канала. После восстановления основного канала сообщения предаются через основной канал, а резервный канал отключается.

 

Рис.№5

2.3. Выбор инструментальных средств  моделирования

В нашем случае для проведения моделирования  системы массового обслуживания с непрерывным временем обработки  параметров при наличии случайных  факторов необходимо использовать ЭВМ  с применением пакета AnyLogic. При  разработке моделей в AnyLogic можно  использовать концепции и средства из нескольких методов моделирования, например, в агентной модели использовать методы системной динамики для представления изменений состояния среды или в непрерывной модели динамической системы учесть дискретные события. Например, управление цепочками поставок при помощи имитационного моделирования требует описания участников цепи поставок агентами: производители, продавцы, потребители, сеть складов. При этом производство описывается в рамках дискретно-событийного (процессного) моделирования, где продукт или его части — это заявки, а автомобили, поезда, штабелёры — ресурсы. Сами поставки представляются дискретными событиями, но при этом спрос на товары может описываться непрерывной системно-динамической диаграммой. Возможность смешивать подходы позволяет описывать процессы реальной жизни, а не подгонять процесс под доступный математический аппарат.

2.4. Спецификация и построение схемы программы

Спецификация постановки задачи

• Время генерации новых сообщений 8± 2с.
• Время передачи сообщения по основному каналу за 6 ± 2 с.
• Интервалы времени выхода из строя основного канала 250 ± 40 с.
• Время восстановление основного канала 22 ± 6 с.
• Время запуска резервного канала 3 с.
• Общее время проведения эксперимента 2 часа (7200 с.)

При исследовании модели канала передачи сообщений необходимо получит следующие данные:

• Определить количество переданных сообщений обоим каналам.
• Определить загрузку запасного канала.
• Определить частоту отказов основного канала.
• Определить число прерванных сообщений.

Для того чтобы определить количество переданных сообщений будем считать количество обработанных сообщений на выходе модели.

Для того чтобы определить загрузку запасного канала будем считать  количество обработанных сообщений  на выходе запасного канала.

Для того чтобы определить частоту отказов основного канала будем считать количество выходов из строя основного канала.

Для того чтобы определить число  прерванных сообщений будем считать количество удаленных сообщений при выходе из строя основного канала.

2.5. Проведение программирования модели

Для реализации модели канала передачи данных в пакете AnyLogic будем использовать библиотеку AnyLogic Enterprise Library которая поддерживает дискретно-событийный или, если быть более точным, "процессный" подход моделирования. Управлять объектами будем с помощью событий которые мы создадим специально для этой модели, подсчет параметров будем производить с помощью простых переменных которые также должна предопределены в модели.

Не обходимо создать следующие  события:

Avaria (выход из строя основного канала с интервалом 250 ± 40 с. uniform(290,210))

Действия происходящие при наступлении  события

• hold.setBlocked(true);//закрываем основной канал
• blok=true;//признак выхода из строя
• startvoctanovlenie.restart();//запуск события на восстановление
• startrezerv.restart();//запуск события на рестарт резервного канала
• kollotkazov=kollotkazov+1;//считаем кол-во отказов

Startvoctanovlenie (запуск события на восстановление основного канала)

Действия происходящие при наступлении  события

• voctanovlenie.restart(uniform(28,16))

Voctanovlenie (время восстановление основного канала 22 ± 6 с.)

Действия происходящие при наступлении  события

• hold.setBlocked(false);//открываем основной канал
• blok=false;// признак выхода из строя
• avaria.restart(uniform(290,210));//запускаем событие на выход из строя основного канала
• hold1.setBlocked(true)// закрываем резервный канал

Startrezerv (время запуска резервного канала 3 с)

Действия происходящие при наступлении  события

• hold1.setBlocked(false);//открываем резервный канал

Необходимые переменные для реализации модели

Blok(переменная типа boolean если true то основной канал вышел из строя, эта переменная управляет объектами selectOutput)

Kollotkazov (переменная типа double для подсчета количества отказов)

Prervzaiavka (переменная типа double для подсчета прерванных сообщений)

Kolrezerv (переменная типа double для подсчета количества сообщений переданных резервным каналом)

Kolosnovnoi (переменная типа double для подсчета количества сообщений переданных основным каналом)

Vsegozaiavok (переменная типа double для подсчета количества сгенерированных сообщений)

Vsegonaobrabotky (переменная типа double для подсчета переданных сообщений по обоим каналам)

Наборы данных для сбора статистики

Zagryzkarez (определение загрузки резервного канала kolrezerv/(vsegozaiavok/100))

Zagryzkaosn ( определение загрузки основного канала kolosnovnoi/(vsegozaiavok/100))

Объекты библиотеки AnyLogic Enterprise Library используемые при построении модели канала передачи данных.

Source (генерирует сообщения, время генерации новых сообщений 8± 2с uniform(13,3) количество заявок прибывающих за один раз равно 1).

queue2(выполняет роль накопителя, хранит сообщения в последовательности прибытия , при освобождении ресурсов пропускает сообщение на выход, максимальная вместимость)

Seize (осуществляет захват сообщением списка ресурсов указанных в resourcePool, при входе сообщений происходит подсчет сгенерированных сообщений vsegonaobrabotky=vsegonaobrabotky+1;)

ResourcePool (содержит список захваченных ресурсов)

SelectOutput (передает заявки в основной канал, если blok=false. если blok=true то заявка передается в резервный канал)

Split (создаем копию заявки при передаче по основному каналу, при выходе из строя основной линии заявка находящаяся в обработке уничтожается, а копия заявки уходит на резервную линию)

Hold (имитирует выход из строя основного канала, при наступлении события Avaria (hold.setBlocked(true);//закрываем основной канал))

Delay (имитирует передачу заявки по резервному каналу, задерживает передачу сообщения на время 6± 2с. uniform(8,4), при выходе заявки открываем буфер с копией сообщения hold2.setBlocked(false))

SelectOutput1 (при выходе из строя основного канала blok=true сообщение считается прерванным и уничтожается. На выходе «false» производится подсчет сообщений переданных основным каналом kolosnovnoi=kolosnovnoi+1)

Release (освобождает ресурсы захваченные сообщением)

Sink (подсчитывает количество обработанных сообщений vsegozaiavok=vsegozaiavok+1, унечтожает обработанные сообщения с обоих каналов.)

Release1 (освобождает ресурсы захваченные сообщением при уничтожении)

Sink1 (уничтожение сообщений из основной линии при неисправности, производится подсчет прерванных заявок prervzaiavka=prervzaiavka+1)

Queue1 (имитирует буфер, хранит копию сообщения, вместимость равна 1)

Hold2 (не пропускает копию сообщения пока не произойдет обработка основной заявки, при выходе закрываем буфер hold2.setBlocked(true);)

SelectOutput2 (выводит копию сообщения на резервную линию при условии что на основной линии авария и основное сообщение не обработано, если blok=true то заявка передается на резервный канал)

Sink2 (уничтожение копий сообщений при условии что оригинал был обработан на основной линии)

Queue (сохраняет сообщения если резервный канал еще не запушен)

Hold1 (отключение резервного канала и задержка на его запуск, канал открывается при наступлении события Startrezerv (hold1.setBlocked(false)))

Delay1 (имитирует передачу заявки по резервному каналу, задерживает передачу сообщения на время 6± 2с. uniform(8,4))

Схема модели канала представлена на Рис.№6, программное исполнение модели канала представлено на Рис.№7

Рис.№6

Рис.№7

 

 

3. Получение и интерпретация  результатов моделирования системы

3.1. Планирование машинного эксперимента  с моделью системы

Для получения максимального объема необходимой информации об объекте  моделирования при минимальных  затратах машинных ресурсов проведем полный факторный эксперимент с  четырьмя существенными факторами (переменных и параметров).

х₁ – интервал времени прибытия очередного сообщения = 8с.;

х₂ – интервал времени выхода из строя основного канала 250с.;

х₃ – время передачи сообщения по каналам 6с.;

х₄ – время восстановления основного канала 22с.;

х₅ – время запуска резервного канала 3с.;

Зададим уровни вариации для каждого фактора:

Dх₁= 2, Dх₂= 50, Dх₃= 2, Dх₄= 4, Dх₅= 1

Составим матрицу плана полного  факторного эксперимента. Таблица №1

Таблица №1.

Номер опыта	Фактор х1	Фактор х2	Фактор х3	Фактор х4	Фактор х5
0 (базовый)	8	250	6	22	3
1	6	200	4	18	2
2	6	200	4	18	4
3	6	200	4	26	2
4	6	200	4	26	4
5	6	200	8	18	2
6	6	200	8	18	4
7	6	200	8	26	2
8	6	200	8	26	4
9	6	300	4	18	2
10	6	300	4	18	4
11	6	300	4	26	2
12	6	300	4	26	4
13	6	300	8	18	2
14	6	300	8	18	4
15	6	300	8	26	2
16	6	300	8	26	4
17	10	200	4	18	2
18	10	200	4	18	4
19	10	200	4	26	2
20	10	200	4	26	4
21	10	200	8	18	2
22	10	200	8	18	4
23	10	200	8	26	2
24	10	200	8	26	4
25	10	300	4	18	2
26	10	300	4	18	4
27	10	300	4	26	2
28	10	300	4	26	4
29	10	300	8	18	2
30	10	300	8	18	4
31	10	300	8	26	2
32	10	300	8	26	4

 

3.3. Проведение рабочих расчетов

Набор исходных данных для ввода  в ЭВМ представлен в виде матрицы  плана, с помощью которой в  достаточном объеме исследуется  факторное пространство. Получение выходных данных зависит от среды моделирования AnyLogic. Дополнительные расчеты не требуются.

3.4. Анализ результатов моделирования  системы

Планирование полного факторного эксперимента с моделью позволяет  вывести необходимое количество выходных данных, при этом каждый опыт соответствует одному из возможных  состояний исследуемой системы. Статистические характеристики модели вычисляются в модели эксперемента.

3.5. Представление результатов моделирования

Результаты моделирования представлены в таблице №2. Общее время моделирования каждого эксперимента 2 (7200с.).

 

 

Таблица №2

Частота отказов	Количество отказов	Загрузка резервного канала %	Число прерванных сообщений	Кол-во переданных сообщений  по основному каналу	Кол-во переданных сообщений  по резервному каналу	Всего переданных сообщений	Всего поступивших сообщений
276,9	26	9,3	20	820	85	905	910
232,2	31	9,5	19	1083	114	1197	1199
218,2	33	9,3	25	1105	114	1219	1219
225	32	13,1	21	1030	156	1186	1187
218,2	33	12,5	26	1032	148	1180	1181
218,2	33	14,2	20	495	82	577	1119
218,2	33	13,9	19	457	74	531	1200
225	32	12,1	31	737	102	839	1209
232,2	31	11,9	31	754	102	856	1220
327,2	22	7	16	1134	86	1220	1220
327,2	22	6,2	12	1135	74	1209	1210
342,8	21	9	12	1073	107	1180	1181
327,7	22	8	13	1084	95	1179	1180
327,2	22	8,8	15	554	54	608	1178
327,2	22	9,8	13	479	49	528	1199
327,2	22	9	21	765	76	841	1207
327,2	22	8,7	20	731	70	801	1215
218,1	33	9,9	14	666	73	739	739
211,7	33	11	14	631	78	709	710
225	32	13	14	621	93	714	714
225	32	12,6	14	624	90	714	715
218,1	33	11,5	23	590	77	667	724
225	32	13	22	515	77	592	726
232,2	31	13,2	27	630	96	726	727
225	32	13,9	30	631	102	733	734
327,2	22	6,2	6	677	45	722	722
327,2	22	6,6	13	673	48	721	721
327,2	22	9,4	12	651	68	719	719
327,2	22	8,9	9	654	64	718	718
327,2	22	9	15	534	53	587	720
327,2	22	7,7	15	610	51	661	719
342,8	21	9	16	653	67	720	721
342,8	21	9,9	16	599	66	665	721