Моделирование сложных систем

УДК 004.75

Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики (Университет ИТМО)

ИМИТАЦИОННАЯ МОДЕЛЬ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ

РЕЗЕРВИРОВАННОЙ ПЕРЕДАЧИ ПО НЕСКОЛЬКИМ ПУТЯМ

Введение. К распределенным вычислительным системам и сетям ответственного назначения предъявляются высокие требования по надежности, отказоустойчивости и своевременности обслуживания запросов [1,2]. Обеспечение высокой надежности процесса передачи данных достигается при агрегировании каналов и использовании передачи копий пакетов по нескольким путям, в том числе использование возможностей многопутевой маршрутизации [3,4].

Исследование варианта резервированной передачи данных по нескольким путям в сети является актуальным вопросом, решение которого затруднительно при использовании только лишь аналитических методов моделирования [5-6].

Цель исследования. Целью работы является создание средств поддержки проектирования распределенных вычислительных систем, в том числе комплекса моделей для поддержки выбора проектных решений построения сети с резервированной передачей копий пакетов через несколько каналов [7-9].

Для достижения поставленной цели необходимо, прежде всего, решить задачи: построение имитационной модели [10], позволяющей определить вероятность безошибочной и своевременной доставки пакетов в зависимости от кратности резервирования передачи и проведение исследований на основе имитационной модели вариантов резервированной передачи по нескольким путям [5-8].

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

Построение и исследование имитационной модели. В среде имитационного моделирования AnyLogic [11] построена модель системы, состоящей из источника пакетов, сети передачи данных и кластера серверов. Имитационная модель предусматривает возможность отправления пакетов по одному или нескольким путям.

В рамках проведения экспериментов исследовалась зависимость вероятности своевременной и безошибочной доставки пакетов от кратности резервирования при варьировании параметров:

    вероятность потери запросов в каналах связи; вероятность возникновения битовых ошибок; верхняя граница на время пребывания пакета в системе.

На рисунке для каналов с отличающейся вероятностью возникновения битовой ошибки представлена зависимость вероятности своевременной и безошибочной доставки пакетов от кратности резервирования при невысокой загрузке системы при наличии верхней границы на время пребывания пакета в системе, равной среднему времени пребывания пакета в системе, и вероятностью потери пакета в канале, равной 0,001. Длина пакетов задается по экспоненциальному закону и варьируется в пределах от 1024 до 4096 бит. Интенсивность генерации запросов источником – 1000 запросов в секунду на основе экспоненциального закона распределения случайных величин. Скорость передачи данных в каналах – 10 Мбит/с.

Рисунок. Зависимости вероятности своевременной и безошибочной доставки пакетов от кратности резервирования передаваемых копий пакетов

Из рисунка видно, что при невысокой загрузке системы при увеличении кратности резервирования возрастает вероятность своевременной и безошибочной доставки пакетов.

Заключение. Предлагаемые имитационные модели предусмотрено включить в разрабатываемый комплекс средств поддержки проектирования высоконадежных распределенных вычислительных систем и сетей реального времени.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

, Оптимизация резервированного распределения запросов в кластерных системах реального времен // Информационные технологии № 7. Том 21. 2015 . – С. 495–502 , , Оценка надежности выполнения кластерами запросов реального времени // Изв. Вузов Приборостроение – 2014. – Т. 57. – № 4. – С. 46–48 , Классификация методов многопутевой маршрутизации // T-Comm – Телекоммуникации и Транспорт. – 2014. – № 1. – С. 29–32. , Модели многопутевой отказоустойчивой маршрутизации при распределении запросов через сеть // Вестник компьютерных и информационных технологий. – 2015. – № 12. – С. 23–28. , , Перераспределение запросов между вычислительными кластерами при их деградации // Изв. Вузов Приборостроение – 2014. – Т. 57. – № 9. – С. 54–58 Оценка надежности и оптимальное резервирование кластерных компьютерных систем // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. – 2006. – № 10. – С. 18–21. , , Оптимизация кластера с ограниченной доступностью кластерных групп // Научно-технический вестник ИТМО. – 2011. – № 1 (71). – С. 63–67. , , Функциональная надежность вычислительных систем с перераспределением запросов // Изв. Вузов Приборостроение - 2012. - Т. 55. - № 10. - С. 53-56 , , . Построение системы интеллектуальной поддержки принятия решений по организации услуг мобильной связи. //Известия вузов. Приборостроение», 2014, Т. 57, №9. C.70-75. Основы моделирования дискретных систем: Учебное пособие. – СПб: СПбГУ ИТМО. – 2009. – 363 с. Компьютерное моделирование: Пособие для практических занятий, курсового и дипломного проектирования в AnyLogic7:. — СПб.: ВАС, 2014. — 432 с.

Предложена имитационная модель распределенной компьютерной системы для исследования резервированной передачи по нескольким путям. Имитационная модель позволяет варьировать параметры функционирования вычислительной системы. На основе проведения экспериментов на имитационной модели установлена область целесообразного применения резервированной передачи по каналам с различными вероятностями потери запросов и возникновения битовых ошибок с учетом верхней границы на время пребывания пакета в системе. Предлагаемую имитационную модель предусматривается включить в разрабатываемый комплекс средств поддержки проектирования высоконадежных распределенных вычислительных систем и сетей реального времени.

Ключевые слова: имитационное моделирование, надежность, резервирование, системы массового обслуживания, канал связи.

The article presents a simulation model of distributed computer systems that is proposed for researching redundant data transmission on several paths. The simulation model allows varying different parameters of the computer system. The simulation experiments show the more preferable variants of redundant data transmission for computer system with different communication munication channels vary in packet loss probability, bit error probability and holding time limits. It is expected to include the simulation model in a software complex supporting development of highly-reliable distributed systems and real-time networks.

Keywords: simulation modeling, reliability, redundancy, queuing systems, the communication channel.