CC BY
106
Литература
[1] Г.Ф.Дюбко, Д.В.Преснякова Модель поверхностного смысла естественного языка на базе семантических функций. //Бионика интеллекта: научн.-техн.журнал 2007. № 1(66). С. 103-106.
[2] Y.Wilks and D.Fass. The Preference Semantics Family. In: Semantic Networks in Artificial Intelligence. Ed: Fritz Lehmann, Special Issue of International Journal Computers & Mathematics with Applications. V. 23, N 2-5, January- March, 1992. Part 1.,p.205-222
[3] Г.Ф.Дюбко, Д.В.Преснякова Формализация семантики естественного языка с применением лямбда-исчисления. //Бионика интеллекта: научн.-техн.журнал 2007. № 2(67). С. 41-46
[4] Ожегов С.И.Словарь русского языка:Ок.57 тыс. слов / Под ред.чл.-корр.АНСССР Н.Ю. Шведовой.-17-е изд., стереотип.-М.: Рус.яз.1985.-797с.
[5] А.Тейз, П.Грибомон, Ж.Лук и др. логический подход к искусственному интеллекту: от классической логики к логическому программированию: пер с франц. - М.:Мир, 1990. 432с.
УДК 519.876.5
Розглянутi питання, пов'яза-т з проблемами ¡м1тацшного моде-лювання мереж передач1 даних та зроблено пор1вняльний анал1з систем ¡мтацтного моделюван-ня. Розроблено та описано систему моделювання локальних та гло-бальних мереж Systems and Networks Simulator, яка дозволяв застосовува-ти р1зт алгоритми маршрутизацИ при проектуванш мереж1.
1М1ТАЦ1ИНЕ МОДЕЛЮВАННЯ МЕРЕЖ ПЕРЕДАЧ1
ДАНИХ
В.Б.Кропивницька,
Кандидат техшчних наук, доцент кафедри КСМ* Конт.тел. (0342)-58-22-63 E-mail vitalia-krop@yandex.ru
Б.В.Кл и м,
Кандидат техшчних наук, доцент кафедри ПЗАС* Конт.тел. (03422)-3-02-40
В.Ю.Станиславський
Мапстр* E-mail vstanislav@ukr.net *1вано-Франмвський нацюнальний техшчний ушверситет
нафти i газу
Мета роботи
З розвитком шформацшного сустльства поста-ло питання передачi великих об'eмiв шформацп на значш вщстань Це зумовило розвиток мереж передачi даних, яю трансформувалися в штегроваш систе-ми зв'язку, що забезпечують передачу шформацп. В даний час одна за одною з'являються новi пропо-зицп в обласп мережевих технологш, програмних i апаратних засобiв. Змша технологiй, неперервний якiсний i юльюсний рiст комп'ютерних систем i мереж висувають в ряд першочергових задач розвиток теорп проектування мереж на базi сучасних методiв синтезу комп'ютерних мереж з широким застосуванням iмi-тацшного моделювання, яке дае можливкть дослщ-
жувати поведiнку спроектовано! системи в умовах, близьких до реальних.
1мггацшне моделювання, як новий науковий на-прям у прикладнш математицi i кiбернетицi, почав штенсивно розвиватися вкiнцi 60-х роюв, коли почали широко впроваджуватися i використовуватися складнi технiчнi системи в найрiзноманiтнiших галу-зях людсько! дiяльностi [1]. Воно було зумовлене тим, що дослщження мереж традицшними математичними засобами стало неможливим або ж вони описуються великою кiлькiстю математичних стввщношень, що значно ускладнюе розв'язок задач^ навiть за допомо-гою потужних ЕОМ.
Програмш системи моделювання мереж - шстру-мент, який дощльно використовувати при проектуван-нi ново! мережi або внесеннi кардинальних змш у вже
■Г
1снуючу, адже проведення експеримент1в в реальному масштаб! часу пов'язане з1 значними фшансовими та часовими витратами. При проектуванш комп'ютерних мереж за допомогою 1м1тацшного моделювання можна ввдтворювати процеси генерацп повщомлень додатка-ми, розбивати повщомлення на пакети 1 кадри певних протокол1в, виявляти затримки, пов'язаш з обробкою повщомлень усередиш операцшно! системи, контро-лювати процес отримання доступу комп'ютера до ме-режевого середовища та процес обробки пакепв, що поступають у мережу, маршрутизатором 1 так даль 1мь тацшна модель дозволяе за деюлька хвилин вщтворити роботу мереж1, яка тривае протягом деюлькох дшв, що дае можлив1сть ощнити 11 функщонування в широкому д1апазош варшованих параметр1в [2]. Результатом ро-боти 1м1тацшно1 модел1 е з1браш в ход1 спостереження статистичш даш про найб1льш важлив1 характеристики мережк час реакцп, коефщент використання кана-л1в 1 вузл1в, в1ропдшсть втрат пакет1в 1 т. д.
Постановка задачi
В даний час ринок програмного забезпечення представлений багатьма популярними системами iMm^^ ного моделювання рiзного класу: вщ простих програм, призначених для установки на персональному комп'ю-тер^ до могутшх систем, що включають бiблiотеки комушкацшних пристро!в, що дозволяють в значнш мiрi автоматизувати дослiдження мережi. Але кожна i3 них мае сво! недолiки, вiд дуже високих щн, до вкрай нерозвиненого iнтерактивного графiчного штерфей-су або потребу користувача вивчати мову написання TCL-скриппв. Це створюе не тiльки незручностi для користувача, але й вимагае значних витрат часу на освоення нового синтаксису. Розглянемо деяю системи iмiтацiйного моделювання мереж.
На сьогодшшнш день найбiльш потужною е система iмiтацiйного моделювання мереж COMNET III, яка дозволяе точно передбачати продуктившсть локальних, глобальних i корпоративних мереж. Система COMNET III працюе в середовишд Windows та Unix i пропонуе конструювати модель мережi за допомогою готових базових блоюв. Користувач застосо-вуе технiку drag-and-drop для графiчного зображення модельовано! мережi, складено! з бiблiотечних еле-ментiв. Поим система COMNET III виконуе детальне моделювання отримано! мережi i динамiчно вщобра-жае результати у виглядi наочно! мультиплiкацii ре-зультуючого трафжа. Пiсля закiнчення моделювання визначаються таю характеристики продуктивноси мережi:
• прогнозоваш затримки мiж кiнцевими i про-мiжними вузлами мережi, пропускнi спроможноси каналiв, коефiцiенти використання сегментiв буферiв i процесорiв;
• злети i спади трафiка як функцii часу, а не як усереднеш значення;
• джерела затримок i вузьких мшць мережi.
Алгоритми маршрутизацii, яю використовуе COMNET III, приймають ршення на основi обчислення найкоротшого шляху. Застосовуються статичнi алгоритми, у яких таблиця оновлюеться пльки один раз на початку моделювання, i динамiчнi алгоритми, якi
перюдично оновлюють таблицi. Можливе моделювання багатошляховоï маршрутизацп, при якiй дося-гаеться баланс трафiка на деюлькох альтернативних маршрутах.
COMNET III дозволяе при моделюванш задавати форму звггу про результати для кожного окремого еле-мента модель Зви генеруеться кожного разу при запуску певноï модель Можна задати генеращю деюлькох звтв рiзного типу для кожного елементу мережь Зда-валось би, що дана система немае недолжв, окрiм над-звичайно високоï щни, що створюе бар'ер, який вона не зможе найближчим часом подолати, щоб потрапити в стши навчальних закладiв Украши.
Система NS2 долае будь-який щновий бар'ер, оскiльки е безкоштовною, але це не едина ïï особли-вiсть. Для iнсталяцiï повноï версп NS2 необхiдно мати 250 МБ в^ьного мiсця на диску комп'ютера i комт-лятор С++, що створюе певш незручностi при вста-новленнi, налаштуваннi та використаннi. Для роботи з даною системою користувачам потрiбно запастись часом, який тде на освоення синтаксичних конструк-цш (TCL-скриптiв), за допомогою яких створюеться i конфiгуруеться мережа. Алгоритми маршрутизацп, за допомогою яких здiйснюеться моделювання мереж^ е невiдомими для користувача, що е значним недолжом даноï системи при дослiдженнi основних характеристик спроектованоï мережi.
Для устшного засвоення навчального матерiалу студентами та викладачами кафедри комп'ютерних систем та мереж 1вано-Франювського нацiонального технiчного ушверситету нафти i газу розробляеться система моделювання локальних та глобальних мереж Systems and Networks Simulator (S&N Simulator), яка дозволяе застосовувати рiзнi алгоритми маршрутизацп при проектуванш мережь
Методи ршень
Програмне забезпечення системи iмiтацiйного моделювання S&N Simulator розроблено засобами мови С++ з використанням STL (Standard Template Library - стандартна бiблiотека шаблошв), набору шаблошв функцш i класiв мови C++, що включае рiзнi контей-нери даних (список, черга, множина, вщображення, черга з прiоритетами), i базових алгоритмiв (сорту-вання, пошук)). Графiчний iнтерфейс розроблено з використанням MFC (Microsoft Foundation Classes - дае можливкть розробляти GUI-програми для Microsoft Windows мовою C++ з використанням широкого набору бiблiотечних клаав). 1з цього слiдуе, що система буде орiентована на середовище в OC Windows. В данш системi широко використовуеться парадигма об'ек-тно-орiентованого програмування, що дозволяе пред-ставити функщонування будь-якого елемента мережi окремим об'ектом, а використання багатопоточносп дае можливкть незалежно розвиватися в чаа i взаемо-дiяти з квазшаралельними потоками iнших об'ектiв. Кожен процес - це ланцюжок подш, виконання кожно! тако! подп приводить до змши стану системи. Вщкри-тий штерфейс DLL(Dynamic-Link Library - динамiчна бiблiотека, що дозволяе багатократно застосовувати рiзнi програми) та наявшсть модулiв алгоритмiв маршрутизацп надае можливкть студентам пiд час ла-
бораторних робгг розробляти сво! або удосконалювати iснуючi вiдомi алгоритми.
Отриманi результати
На рис. 1 представлений приклад ходу iмiтацiйного моделювання. Вузли 0,3,4 виступають у ролi джерел по-вiдомлень, якi мають бути доставлен до вузла 2 через 1 вузол. Вузол 1 не встигае обробляти вм пакети, в результат чого у нього сформувалася велика черга (наступним буде зелений, червоний, зелений i т. д.), а деяга повщом-лення через заповнешсть буфера просто вiдкидаються.
Рисунок 1 - Модель представлення комп'ютерноТ мережi
Параметри вузлiв та лшш зв'язку задаються за до-помогою дiалогових вжон (рис. 2), яга викликаються при виборi того чи шшого елемента мережi. Система дозволяе вказувати для вузла:
• iм'я вузла (елемента комп'ютерно! мережi);
• час обробки пакета;
• паузу мiж надсиланнями пакеив;
• об'ем буфера для збертання пакетiв;
• частоту генерування повщомлень на вузл^
• максимальний розмiр повiдомлення;
• колiр пакета (при використаннi ашмацп).
А для каналiв зв'язку:
• iм'я каналу зв'язку;
• швидгасть передачi даних;
• довжину лшп.
Змiна параметрiв одного елемента мережу впливае на функцiонування системи в щлому, наприклад, змь на часу обробки пакеив у вузлах впливае на загальний час перебування пакеив в мережь
Дане програмне забезпечення дае можливкть по-бачити щ змiни.
S&N Simulator призначений для моделювання мереж з пакетною комутащею i рiзними методами марш-рутизацii пакетiв, вiн дозволяе моделювати поведiнку мережi, змiнюючи:
• тополопю мережi;
• спосiб маршрутизацii пакеив;
• пропускнi спроможностi будь-якого каналу ме-режi;
• навантаження на мережу (штенсивноси вхiдних потокiв);
• довжини пакеив i розподiл числа пакеив в одному повщомленш;
• розмiри пам'ятi на вузлах комутацп;
• обмеження на максимальний час перебування по-вiдомлень в мереж^
• прiоритети рiзних пов^омлень.
Рисунок 2 - Налаштування елеменлв мережi.
Система дозволяе застосовувати таю методи маршрутизацп, як фiксована, лавинна, випадкова та адаптивна маршрутизащя, метод Дейкстри, метод Беллмана-Форда. Б^ьшкть методiв реалiзовано в нерандомiзованiй i рандомiзованiй модифiкацiях. Система використовуе принцип роздшення повiдомлень на типи, що вiдрiзняютьмя довжинами i приоритетами пакеив.
Для прикладу цiкаво вiдзначити, що значення се-редньо! затримки пов^омлення, отримане приобчис-леннi з використанням алгоритму наближено! фжсо-вано1 i фiксованоi маршрутизацп становить вiдповiдно 4,1 та 1,2 сек.
Анiмацiя дае можлившть спостерiгати за ходом прийняття ршень вузлами пiд час виконання маршрутизацп. Режим штенсивного моделювання дае можли-вiсть за дегалька хвилин побачити роботу мережi, яка працюе на значно бiльшому вiдрiзку часу.
В результатi роботи моделi одержуемо таку шфор-мацiю:
• середш затримки повiдомлень рiзних тишв;
• гiстограми й функцii розподшу затримки (часу доставки) повiдомлень;
• пстограми щiльностi й функцп розподшу за-йнят ! пам'ятi у вузлах комутацп;
• гальгасть повщомлень рiзних типiв, що дiйшли до адресата;
• гальгасть вщмов у доставцi повщомлень з рiзних причин (брак пам'яи, перевищення допустимого часу перебування в мережi i т.д.);
• заповнешсть буфера прийому та гальгасть вщ-кинутих пакеив. Данi опцii можна побачити у вжш, представленому на рис.3, в якому можна вибирати для перегляду статистично! шформацп елементи мережи, робота яких нас щкавить шдчас моделю-вання.
На рис.3 воображено динамiку змiни заповненостi буферiв елемешв мережi та кiлькiсть вiдкинутих паке-тiв в часi. При побудовi графiкiв параметри функщо-нування мережi знiмали щосекунди.
Система дозволяе змшювати частоту опитування параметрiв.
Рисунок 3 - Приклад дiаграми
В процеа моделювання користувач може шщш-вати заповнення "журналу реeстрацii подш мережГ' та використовувати його для подальшого статистич-ного аналiзу.
Висновки
Дана система моделювання характеризуемся ерго-номiчнiстю призначеного для користувача штерфейсу,
вiдповiдае вимогам, якi ставляться до апаратних засобiв середньостатистичного ПК навчальних за-кладiв, високою продуктивнiстю та ступенем ви-користання системних можливостей операцшного середовища. Вона позбавлена штотних недолiкiв вже iснуючих систем iмiтацiйного моделювання, а саме нерозвинений штерактивний iнтерфейс, що усклад-нювало роботу з ними.
Лiтература
1. Кельтон В., Лоу А. Имитационное моделирование. - 3-е изд. - СПб.: Питер; К.: Издат. группа ВНХ 2004. - 847 с.
2. Цвиркун А. Д., Акинфиев В. К., Филиппов В. А. Имитационное моделирование в задачах синтеза структуры сложных систем. - М.: Наука, 1985. - 173 с.
