Файл: Инфокоммуникаций.pdf

62
Рис. 5.8 – Компи ляция устан овочных файлов
Для запус ка OMNET++ вводим в терми нале команду: $ omnetpp. На рис.
5.9 показан запуск программы OMNET++.
Рис. 5.9 – Запуск OMNET++
На рис. 5.10 представлено рабочее окно программы.

63
Рис. 5.10 - Рабоч ее окно OMNET++
В графи ческом редак торе OMNET++ среда модел ирования MiXiM предс тавлена следу ющим образом. Приве дено описа ние функций, котор ые будут непос редственно приме няться при модел ировании сенсо рной сети.
Струк тура API класс ов MiXiM: а)
Modul es
– самые важные классы, сгруп пированные по функц иональности:
1) applL ayer – модули прикл адного уровня;
2) netwL ayer – модули сетев ого уровня;
3) nic – сетев ые интер фейсы;
4) mobil ity – модули, подде рживающие мобил ьность хостов;
5) utils – утилиты;
6) base – базов ые модули MiXiM;
7) mappi ng – матем атическое отобр ажение;
8) proto cols – классы для разли чных прото колов, реали зованных в MiXiM;
9) Power consu mption – энерг опотребление. б) Classes: senso rApplLayer – тест класс прикл адного уровня. Включ ает в себя следу ющие аргум енты:
1) Packets: колич ество посыл аемых пакет ов в прило жении;
2) traff icType: интер вал време ни между генер ации двух пакет ов (значе ния
– «перио дичный», «экпон енциальный»);
3) traff icParam: парам етры для traff icType.
На рис. 5.11 показана схема для senso rApplLayer.

64
Рис. 5.11 – Схема для senso rApplLayer
в) mobil ity: MassM obilty – описа ние мобил ьной модели (мота), совер шающей случа йные перед вижения.
Для устан овки MiXiM необх одимо импор тировать файлы в OMNeT++. В меню выбир аем Files> Import> General> Exist ing proje cts into Works pace. Далее выбир аем Next. В появи вшемся выбир аем дирек торию с устан овочными файла ми MiXiM. Обяза тельно ставим галоч ку в пункте copy proje ct into works pace. Далее нажим аем Finish.
5.14 Описа ние разра ботанной модели
Для модел ирования сети необх одимо созда ть новый проект. В меню выбир аем Files > New > New OMNeT++ Project:
Нажим аем next. В следу ющем окне выбир аем папку с инстр ументами
MiXiM. На рис. 5.12 показаны инструменты MiXiM.

65
Рис. 5.12 – MiXiM инстр ументы
Выпол няем настр ойки в соотв етствии с парам етрами сенсо рной сети. На рис. 5.13 представлена настройка модели сенсорной сети.
Рис. 5.13 – Настр ойки модели сенсо рной сети

66
Файл конфи гурации начин ается с разде ла [General]. В разде ле указы ваются общие парам етры для всех сцена риев, резул ьтаты котор ых будут описа ны в следу ющей главе.
Перед модел ированием сети необх одимо опред елить следу ющие парам етры:
- колич ество станц ий (numNo des);
- время симул яции (sim-time-limit);
- настр ойки прото кола канал ьного уровня.
Для прове дения иссле дования была разра ботана модель ZigBee сети, содер жащая 10 узлов (numNo des = 10) в течен ии 60 минут (sim-time-limit = 60
min), полож ение котор ых выбра но случа йным образ ом на опред еленной терри тории площа дью разме ром 200 на 200 метров.
Все устро йства испол ьзуют в качес тве прото кола канал ьного уровня прото кол IEEE 802.15.4 (mixim.modules.node.Host8 02154A;). Так как в данном случае модел ируется перед вижной датчик, выбир аем парам етр «MassM obility»
(прило жение А).
В графическом режиме топология сети в начальный момент времени t=0 будет выглядеть следующим образом, как показано на рис. 5.14.
Рис. 5.14 – Топол огия сети в начал ьный момент времени
В проце ссе прове дения модел ирования топол огия перио дически меняе тся, что связа но с движе нием объек тов. В разли чные отрез ки време ни датчи ки меняют свое место положение. На рис. 5.15 представлена топология сети в начальной точке.

67
Рис. 5.15 - Топол огия сети в начал ьной точке (перед старт ом модел ирования)
В ходе выполнения моделирования топология периодически изменяется, что связано с движением объектов. Во всевозможные отрезки времени датчики меняют свое местоположение. На рис. 5.16 представлено расположение датчиков на 20-й минуте.
Рис. 5.16 – Распо ложение датчи ков на 20-й минуте
Положение датчиков через 60 минут показано на рис. 5.17.

68
Рис. 5.17 – Полож ение датчи ков через 60 минут
Таким образом, произ ведено модел ирование мобил ьных датчи ков. Были произ ведены настр ойки для датчи ков сенсо рной сети. Все устро йства испол ьзуют в качес тве прото кола канал ьного уровня прото кол IEEE 802.15.4.
Модел ирование прово дилось для десяти датчи ков в течен ие шести десяти минут. Датчи ки меняют свое полож ение в разные момен ты времени. Для созда ния беспр оводной сенсо рной сети испол ьзовались MiXiM инстр ументы.
Алгоритм работы данной модели основан на выборе опредленного маршрута. При этом маршрут может содержать некоторое количество транзитных участков (хопов), включающих в себя узлы и соединяющие их каналы. Прохождение каждого из таких участков требует затрат времени, которые в совокупности определяют задержку доставки данных от отправителя к получателю.
Вопросы для самопроверки по разделу 3:
1. Приведите примеры управляющих связей.

2. Каким требованиям должен удовлетворять моделирующий алгоритм?
3. Приведите классификацию моделирующих алгоритмов.

4. Для чего нужны системы имитационного моделирования?
5. По каким критериям оцениваются библиотеки моделей?

6. Какие задачи решает подсистема анализа результатов моделирования системы?
7. В чем преимущества программы OmNet++?

8. Какие программы для моделирования существуют?

69 9. Опишите 3 любых программы моделирования.

10. Для чего необходимо проводить моделирование?
11. Как проверить адекватность имитационной модели?

12. В каких случаях на практике необходимо проводить имитационное моделирование?
13. Всегда ли можно провести имитационное моделирование?

14. Сколько этапов в любом имитационном моделировании?
15. Какие программы можно использовать для моделирования систем массового обслуживания?

70
Задание для практических занятий №1
Моделирование центра обслуживания вызовов как системы массового обслуживания
1.
Установить программу MATLAB
2.
Реализовать СМО вида (рис.).
Рис. 5.18 – Моделирование системы массового обслуживания
Например, номер зачетки 060638, значит, берем 0,38 – вероятность обслуживания вызовов в собственном центре и 0,62 – вероятность перехода в другой центр. Четвертая цифра 6 четная – значит очередь FIFO, если будет нечетная – то очередь PR.
Моделирование должно быть запущено в то время, когда операторы свободны, и вызовы полностью отсутствуют. Заданными входными величинами разработанной модели будут являться следующие величины: заданные интенсивности поступления вызовов в систему
i

и заранее заданные интенсивности обслуживания
i
 , также среднее время терпеливости пользователей
w
= 180 с., заданные вероятности поступления собственных вызовов в ЦОВ
1
p
и перенаправленные от других локальных ЦОВ
2
p
, число операторов в каждом из пяти центров К
i
,= 4 цифре и, естественно, время прекращения процесса моделирования Т. Случайные события, происходящие в разработанной системе, должны моделироваться благодаря генератору случайных чисел.

71
Рис. 5.19 - Блок-схема поступления собственных вызовов в отдельный ЦОВ
Рис. 5.20 - Схема состояния заявок в очереди
Рис. 5.21 - Схема реализации обслуживания вызовов
Рис. 5.22 - Схема приемника заявок
После окончания моделирования можно получить следующие характеристики качества работы всей системы СМО:
1.
Интенсивность поступления заявок в каждый ЦОВ
i

;

72 2.
Интенсивность обслуживания поступивших в систему заявок
i

;
3.
Временной интервал моделирования [0,Т];
4.
Количество операторов в каждом центре
i
K ;
5.
Интенсивность отказов в обслуживании нетерпеливых клиентов
i

;
6.
Вероятности передачи вызовов на очередь в собственном ЦОВ
1
p
и перемаршрутизации вызовов в другой ЦОВ
2
p .
По окончанию моделирования можно получить следующие данные, необходимые для расчета характеристик качества функционирования системы
СМО:
1.
Время, когда заявка прибыла в систему;
2.
Время, когда заявка достигла очереди в каком-либо ЦОВ;
3.
Время, когда вызов покинул очередь из-за нетерпеливости;
4.
Время окончания обслуживания заявки;
5.
Время, когда заявка покинула очередь;
6.
Время, когда заявка полностью покинула РЦОВ;
7.
Количество обслуженных вызовов собственных и перемаршрутизированных;
8.
Загрузка каждого локального ЦОВ в составе РЦОВ;
9.
Количество нетерпеливых пользователей .
Отчет должен содержать в себе:
1.
Описание существующих систем СМО
2.
Описание реализованной модели в программе
3.
Описание входящих в модель блоков
4.
Описание алгоритма функционирования БСС
5.
Результаты математических расчетов, сравнение их с результатами имитационного моделирования, выявленный % погрешности разработанной модели
6.
Выводы и заключение
Требования к оформлению отчета:
1.
Отчет выполняется в печатном виде на листах формата А4.
2.
Отчет должен содержать все необходимые компоненты (введение, пояснительная записка, заключение, список литературы, список сокращений).
3.
Все разрабатываемые схемы должны быть выполнены с использованием графического пакета MSVisio.

73 5.16 Задание для практических занятий №2
Моделирование беспроводных сенсорных сетей в программе OmNet++
1.
Установить программу OmNet++
2.
Реализовать сеть по примеру (либо из мобильных, либо из стационарных датчиков) по варианту. Если две последние цифры зачетки ХУ, то задаем площадь работы датчиков Х*10 на У*10.
Например, номер зачетки 06038, значит берем 38, следовательно, площадь будет 30 на 80 м
2
, количество датчиков будет 80 штук.
3.
Параметры для исследований:
- задержки при передаче,
- стандартное отклонение в узлах сети,
- передача пакетов в сети,
- помехозащищенность при передаче,
- энергопотребление в сети.
Отчет должен содержать в себе:
1.
Описание беспроводных сенсорных сетей, их стандартов, областей использования.
2. Анализ имеющихся зарубежных исследований по БСС.
3. Анализ (достоинства и недостатки) имеющихся отечественных исследований по БСС.
4. Описание реализованной модели в программе.
5. Описание датчиков и выбранного беспроводного стандарта.
6. Описание алгоритма функционирования БСС.
7. Проведенный параметров, графики зависимости
8. Результаты математических расчетов, сравнение их с результатами имитационного моделирования, выявленный % погрешности модели.
9. Оценка приблизительной стоимости реализации сети на практике.
10. Выводы о практической возможности реализации БСС (оценить основные преимущества и возможные трудности). Дать рекомендации по улучшению функционирования БСС.
Требования к оформлению отчета:
1. Отчет выполняется в печатном виде на листах формата А4.
2. Отчет должен содержать все необходимые компоненты (введение, пояснительная записка, заключение, список литературы, список сокращений).
3. Все разрабатываемые схемы должны быть выполнены с использованием графического пакета MSVisio.

74
Список используемых источников
1. Апанасович, В.В. Цифровое моделирование стохастических систем /
В.В. Апанасович, О.М. Тихоненко. - Минск, Изд-во «Университетское», 1986. -
127 с.
2. Башарин, Г.П. Лекции по математической теории телетрафика / Г.П.
Башарин - М, Изд-во РУДН. 2007. - 270 с.
3. Бочаров, П.П. Теория массового обслуживания / П.П. Бочаров, А.В
Печинкин. - М., Изд-во. РУДН, 1995. - 529 с.
4. Бражник, А.Н. Имитационное моделирование: возможности GPSS
World / А.Н. Бражник. - СП., Изд-во Реноме, 2006 г. - 440 с.
5. Ваняшин, С.В. Методы моделирования и оптимизации. Конспект лекций. - Самара.: ФГОБУ ВПО ПГУТИ, 2013. - 83 с.
6. Методы моделирования и оптимизации [Электронный ресурс] : учебное пособие по дисциплине «Методы моделирования и оптимизации» по направлению подготовки 11.04.02 «ИКТиСС» / Е. В. Глушак ; ПГУТИ, Каф.
ССС. - Электрон. текстовые дан. (1 файл: 2,35 Мб). - Самара : ПГУТИ, 2021. -
73 с.
-
Загл. с титул. экрана.
-
Режим доступа: http://elib.psuti.ru/Glushak_metody_modelirovaniya_i_optimizacii_uchebnoe_posobi e_2021.pdf, по паролю. - Б. ц.
7. Зарубин, В.С. Математическое моделирование в технике: Учеб. для вузов / Под ред. В.С. Зарубина, А.П. Кри- щенко. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.
Баумана, 2001. - 496 с.
8. Кудрявцев, Е. М. GPSS World. Основы имитационного моделирования различных систем / Е.М. Кудрявцев. - Изд-во ДМК пресс, 2004. - 320 с.
9. Рыжиков, Ю.И. Имитационное моделирование / Ю.И. Рыжиков. - СП.,
Изд-во. КОРОНА принт, М., Изд-во. Альтекс-А., 2004. - 380 с.
10. Советов, Б.Я., Яковлев С.А. Моделирование систем: Учеб.для вузов/
Б. Я. Советов, С. А. Яковлев. - 3-е издание, переработанное и дополненное - М.:
Высш. школа, 2001 - 341 с.: ил.
11. Советов, Б.Я. Моделирование систем: Практикум : Учебное пособие для вузов / Б. Я. Советов, С. А. Яковлев. - 2-е издание, переработанное и дополненное. - М.: Высшая школа, 2003. - 295с.

75
Глосс арий
Имитационное моделирование - Это метод исследования, который основан на том, что анализируемая динамическая система заменяется имитатором и с ним производятся эксперименты для получения об изучаемой системе.
Качес тво обслу живания
(Quali ty of
Service,
QoS)
- мера произ водительности перед ающей системы, отраж ающая качес тво перед ачи и досту пность услуг
Маршр утизатор (Router) - сетев ое устро йство, осуще ствляющее связь разных типов сетей и обесп ечивает доступ к глоба льной сети, управ ляет трафи ком на основе прото кола сетев ого уровня.
Математическая схема - позволяет рассматривать математику не как метод расчёта, а как метод мышления, средства формулирования понятий, что является наиболее важным при переходе от словесного описания к формализованному представлению процесса её функционирования в виде некоторой математической модели.
Метод имитационного моделирования - Заключается в создании логико-аналитической
(математической модели системы и внешних воздействий), имитации функционирования системы, т.е. в определении временных изменений состояния системы под влиянием внешних воздействий и в поучении выборок значений выходных параметров, по которым определяются их основные вероятностные характеристики.
Механ изм приор итетной обраб отки трафи ка (Prior ity Queue) - алгор итм, преду сматривающий разде ление всего сетев ого трафи ка на небол ьшое колич ество класс ов с назна чением каждо му классу приор итета
Моделирование - Замещение одного объекта (оригинала) другим
(моделью) и фиксация или изучение свойств оригинала путем исследования свойств модели.
Модель объекта - Это физическая или абстрактная система, адекватно представляющая объект исследования. В теории моделирования используются преимущественно абстрактные модели - описания объекта исследования на некотором языке. Абстрактность модели проявляется в том, что компонентами модели являются не физические элементы, а понятия, в качестве которых наиболее широко используются математические. Абстрактная модель, представленная на языке математических отношений, называется математической моделью.