Устройство для моделирования узлов коммутации сообщений Советский патент 1987 года по МПК G06N7/08 

10

20

30

Изобретение относится к вычислительной технике и может 6tiTb исполь зовано для статистического моделирования систем массового обслуживания и, в частности, для моделирования узлов коммутации сообщений в сетях ЭВМ.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства за счет управления потоками со- I

общений.

На фиг. 1 приведена схема устрой- ства;на фиг. 2 - структурная схема блока загрузки; на фиг. 3 - структур- 5 ная схема блока моделирования очере- ди;на фиг. 4 - второй коммутатор;на фиг. 5 - структурная схема первого коммутатора;на фиг. 6 - структурная схема блока управления потоками.

Устройство содержит управляемый генератор 1 импульсов и счетчики 2 -7 импульсов, генератор 8 случайных импульсов транзитных сообщений, генератор 9 случайных импульсоб мест- ных сообщений, первый 10 и второй 11 элементы И, блок 12 управления потоками, элемент ИЛИ 13, реверсивный счетчик 14, генератор 15 случайных чисел, первый коммутатор 16, шифратор 17, блок 18 загрузки,блок 19 моелирования очереди, второй коммута- тор. 20, генераторы 21 тактовых импульсов, входные и выходные шины 22- 34 межблочных связей.

Блок 18 загрузки содержит (фиг. 2) элемент И-НЕ 35, элемент 36 задержки, первую группу элементов И 37, группу триггеров 38, вторую группу элементов И 39.

Блок моделирования очереди (фиг. 3) содержит вторую группу элементов И 40, группу вычитающих счетчиков 41, группу регистров 42, элемент ИЛИ 43, первую группу элементов И 44.

Второй коммутатор 20 (фиг. 4) содержит мультиплексоры 45, каждый из которых содержит элементы И 46 и элемент ИЛИ 47, элементы 48 запрета, ешифраторы 49, элементы ИЛИ 50.

Коммутатор 16 (фиг. 5) содержит регистр 51, генератор 52 равномерно распределенных случайных чисел, элеенты 53 и 54 задержки,схему 55 равнения.

Блок 12 содержит элемент ИЛИ 56, группу элементов И 57, группу элементов НЕ 58, элементы 59 отрицания равозначности, элемент И 60.

35

40

45 50 55

0

0

5

5

Устройство работает следующим образом.

Случайный процесс поступления транзитных сообщений в узел коммутации моделируется с помощью генератора 8, который с заданной интенсивностью генерирует случайный поток импульсов, имитирующий поступление транзитных сообщений со приемных каналов от соседних узлов. Генератор 9 генерирует случайный поток импульсов, имитирующий поступление местных сообщений.

Моделирование алгоритма управле-- ления потоками осуществляется с помощью блока 12 и элементов И 10 и 11.

Пусть М - текущее число местных и транзитных сообщений,находящихся в буферном накопителе; В - емкость буферного накопителя; L - порог, дос- тупности для местных сообщений.

На входы блока 12 поступают величины B,L и М соответственно от блока 18, входа 22 и счетчика 14, причем значение В задается в виде высокого потенциала, когда М Е. Если М В,то этот потенциал снимается. Значения L и М вводятся в блок 12 в виде двоичных чисел. Задача, которую решает логический блок состоит в выработке сигналов S1 - разрешен прием транзитных сообщений и S2 - разрешен прием местных сообщений.. .

Сигналы S1 и S2 выдаются на элементы И 10 и 11 соответственно. 40 Выработка дигналов производится в соответствии с алгоритмом:

если М L, то S1 1 и 52 1; если L , если М В, To S1 0 и S2 0. 45 Сравнение чисел k и L в блоке 12 (фиг. 6) начинается со старших разрядов. Если старший разряд числа L - единица, числа М - нуль, то на выходе первого элемента 59 отрица- 50 ния равнозначности высокий потенциал и на выходе элемента ИЛИ 56 таже высокий потенциал,что соответствует тому,что М - Ь.При равенстве старших разрядов сравниваются поо- 55 чередно следующие разряды аналогичным образом.

Если , тона обоих выходах логического блока В1з1сокие потенциалы.

При М S L на выходе элемента ИЛИ 56 низкий потенциал и на выходе элемента И 60 низкий потенциал.

Прием сообщений в узел коммутации имитируется появлением импульса на выходе элемента ИЛИ 13. Импуль поступает на генератор 15 случайных чисел, который вырабатывает двоичное число, пропорциональное длине сообщения. Это число по шине 24 поступает в блок имитации о ереди на элементы И 44 и далее на один из свободных счетчиков 41, которые имитируют отдельные зоны буферного накопи теля. Выбор счетчика обеспечивается разрешающим сигналом, который вырабатывается блоком загрузки и поступает по входу 28 на элементы И 44 и 40. Разрешающий сигнал выдается блоком загрузки (фиг. 2) при поступлении каждого очередного импульса с элемента ИЛИ 13.

Наличие свободных зон контролируется с помощью триггеров 38 блока загрузки. Количество триггеров равно числу зон. Если зона свободна,то соответствующий триггер находится в нулевом состоянии. Импульс с входа 27 через элемент 36 задержки поступает fia элементы И 37 и 39. Если первая зона свободна, то первый триггер 38 в нулевом состоянии и через первый элемент И 39 импульс прступа- ет на выход 28 и на установочный вход триггера,переводя его в единичное состояние. Если первая зона занята, то первый триггер 38 в единичном состоянии и через первый элемент

го длине сообщения, в один из счетчиков 41 адреса сообщения в соответствующий регистр 42. Реверсивный . счетчик 14 обеспечивает подсчет

в узле коммуИ 37 импульс поступает на вторые эле- 40 ется записью числа, пропорционально- менты И 37 и 39. В зависимости от состояния второго триггера 38 импульс выдается или на выход 2, или на следующие элементы И 37 и 39 и

т.д. Когда все зоны буферного нако- 45 сообщений, находящихся пителя заняты (В М), на выходе эле-. тации. мента И-НЕ 35 имеется запрещающий сигнал.

Адреса узлов назначения формируются коммутатором 16 и шифратором 17. gQ Случайный поток импульсов, поступающий на вход коммутатора, разделяются по выходам 25 в соответствии с вероятностями, задаваемыми на вхо- де 23.

Количество входных шин 23 равно числу входных линий, связывающих моделируемый узел с соседними узлами. Если, например, количество выходМоделирование процессов передачи сообщений по выходным каналам в соответствии с их адресными признаками на соседние узлы производится следующим образом.

Двоичный код адреса AJ с регистра 42 (фиг. 3) поступает на соответствующий дешифратор А9. Мультиплек- 55 сор 45 обеспечивает дешифрацию адресного признака А-, выбор и включение соответствующего генератора 21 тактовых импульсов, а также подключение генератора к соответствующему

5

0

ных линии в узле равно трем и заданные вероятности распределения по этим линиям равны Р 0,2, Р 0,5, Р 0,3, то каждое очередное сообщение адресуется для передачи по первой, второй и третьей линиям с вероятностями 0,2; 0,5; 0,3 соответственно .

Импульс, имитирующий поступление сообщения, устанавливает схему 55 сравнения и регистр 51 .в исходное состояние (фиг. 5). Через элемент 54 задержки данный импульс запускает- генератор 52 равномерно распределенных чисел, который выдает случайное число X. -Это число записывается в регистр 51. Импульс, задержанный элементом 53 задержки, поступает в схему 55 сравнения, где выполняется сравнение числа X с величинами заданных вероятностей.

Сигнал адресного признака AJ для i-ro выходного канала вырабатывается в соответствии с выражениями

А, 1, если (OiXiP, ) для i i-Aj 1,если (Р,, X t Р; ) для 1 1 i п.

Сигнал со схемы 55 поступает по одному из выходов 25 на соответствующий вход шифратора 17, при этом на выходе шифратора появляется двоичное число, являющееся адресом уз- 5 ла назначения. Этот адрес через от- крытую группу элементов И 40 записывается в один из регистров 42.

Таким образом поступление каждого сообщения в коммутатор 16 заверша5

0

го длине сообщения, в один из счетчиков 41 адреса сообщения в соответствующий регистр 42. Реверсивный . счетчик 14 обеспечивает подсчет

в узле коммуется записью числа, пропорционально-

сообщений, находящихся тации.

сообщений, находящихся тации.

Моделирование процессов передачи сообщений по выходным каналам в соответствии с их адресными признаками на соседние узлы производится следующим образом.

Двоичный код адреса AJ с регистра 42 (фиг. 3) поступает на соответствующий дешифратор А9. Мультиплек- сор 45 обеспечивает дешифрацию адресного признака А-, выбор и включение соответствующего генератора 21 тактовых импульсов, а также подключение генератора к соответствующему

41 в я 34 ые у

51354203

(фиг. 3), Включение тактовых импульсов осу- сигналами, поступающими с выходов элементов ИЛИ импульсы с генераторов 33 поступают на мультист м р н о м щ в ты н 15 о

10

30

плексоры 45. Число мультиплексоров равно числу зон буферного накопителя Каждый мультиплексор содержит элементы И 46, число которых определяется -количеством выходных каналов связи, а также элемент ИЛИ 47. Количество генераторов тактовых импульсов равно числу выходных каналов связи, а тактовая частота этих генераторов характеризует быстродействие соответствующих каналов. Так как к одному и тому же выходному каналу могут быть адресованы несколь- 20 ко сообщений, находящихся в зоне буферного накопителя, то мультиплексоры обеспечивают обслуживание сообщения, находящегося в последующей .зоне (вычитающем счетчике 41) толь- ко после передачи сообщения из пре- дьщущей зоны. Такой последовательный алгоритм обслуживания обеспечивается элементами 48 запрета. Элемент 48 из предьщущей группы разрешает поступление тактовых импульсов с генератора тактовых импульсов на последующий мультиплексор 45 и последующую группу элементов 48 запрета только при отсутствии сигнала на соответствующем выходе предыдущего дешифратора 49. Такой сигнал после обслуживания сообщения снимается импульсом с выхода обнуления соответствующего счетчика 41 при завершении передачи сообщения и его установке на ноль. Сигнал с выхода счетчика 41 поступает на установочный вход регистра 42,при этом регистр очищается и тора.

Таким образом, если все зоны буферного накопителя заняты сообщениями, адресованными одному и тому же соседнему узлу, то обслуживаются они последовательно в порядке поступления. Если же сообщения адресованы разным соседним узлам, то одновременно обслуживается К сообщений, где К - число выходных каналов связи.

В счетчиках накапливаются данные о моделируемых процессах, протекающих в узлах коммутации сообщений. Счетчики 2 и 3 подсчитьшают соответственно

суммарное количество сообщений, которые предлагаются соседними узлами и принятых моделируемым узлом.Управляемый генератор 1 импульсов вырабатывает импульсы с частотой следования f М, где f - базовая частота, определяющая точность измерения временных интервалов обслуживания сообщений, М - текущее число-сообщений в узле коммутации. Счетчик 4 подсчитывает суммарное время, затраченное на обслуживание сообщений. Счетчик 5 подсчитывает общее число сообщений, 15 обслуженных узлом коммутации.

Статистические характеристики моделируемой системы находятся известными методами по показаниям счетчи- ков.

Формула изобретения

Устройство для моделирования узлов, коммутации сообщений,содержащее 1 енератор случайных импульсов тран- 25 зитных сообщений, первый элемент И, реверсивный счетчик, генератор случайных чисел, первый и второй коммутаторы, шифратор, группу генераторов тактовых импульсов, блок загрузки и блок моделирования очереди, блок загрузки содержит элемент И-НЕ,элемент задержки, первую и вторую группу элементов И .и группу триггеров, прямые выходы триггеров группы блока загрузки соединены соответственно с первыми входами элементов И первой группы и входами элемента ИЛИ-НЕ,инверсные выходы триггеров группы подключены соответственно к перовым входам элементов И второй группы, выход элемента задержки подключен к вторым входам первых элементов И первой и второй групп, выход i-ro элемента И первой груп35

40

50

код адреса снимается с дешифра- 45 пы .(, k-1) соединен с вторыми

входами (1+1)-х элементов И первой и второй групп, выходы элементов И второй группы подключены соответственно к единичным входам триггеров группы, блок моделирования очереди содержит элемент ИЛИ, группу регистров, группу вычитающих счетчиков, первую и вторую группу блоков элементов И, выходы блоков элементов И первой группы соединены соответственно с разрядными входами вычитающих счетчиков группы, выходы обнуления которых подключены соответственно к входам элемента ИЛИ и входам

55

0

0

суммарное количество сообщений, которые предлагаются соседними узлами и принятых моделируемым узлом.Управляемый генератор 1 импульсов выра батывает импульсы с частотой следования f М, где f - базовая частота, определяющая точность измерения временных интервалов обслуживания сообщений, М - текущее число-сообщений в узле коммутации. Счетчик 4 подсчитывает суммарное время, затраченное на обслуживание сообщений. Счетчик 5 подсчитывает общее число сообщений, 5 обслуженных узлом коммутации.

Статистические характеристики моделируемой системы находятся известными методами по показаниям счетчи- ков.

Формула изобретения

Устройство для моделирования узлов, коммутации сообщений,содержащее 1 енератор случайных импульсов тран- зитных сообщений, первый элемент И, реверсивный счетчик, генератор случайных чисел, первый и второй коммутаторы, шифратор, группу генераторов тактовых импульсов, блок загрузки и блок моделирования очереди, блок загрузки содержит элемент И-НЕ,элемент задержки, первую и вторую группу элементов И .и группу триггеров, прямые выходы триггеров группы блока загрузки соединены соответственно с первыми входами элементов И первой группы и входами элемента ИЛИ-НЕ,инверсные выходы триггеров группы подключены соответственно к перовым входам элементов И второй группы, выход элемента задержки подключен к вторым входам первых элементов И первой и второй групп, выход i-ro элемента И первой груп

713

обнуления регистров группы, выходы блоков элементов И второй группы подключены соответственно к разрядным входам регистров группы, выход генератора случайных импульсов транзитных сообщений соединен с первым входом первого элемента И устройства выходы генератора случайных чисел подключены соответственно к информа ционным входам блоков элементов И блока моделирования очереди, выходы обнуления вычитающих счетчиков которого подключены соответственно к нулевым входам триггеров, группы блока загрузки выходы элементов И второй группы которого соединены соответственно с управляющими входами блоков элементов И первой и второй групп блока моделирования очереди, выход элемента ИЛИ которого соединен с вычитающим входом реверсивного счетчика, управляющие входы первого коммутатора устройства являются входами задания вероятности вы- бора направления коммутации устройства, выходы первого коммутатора соединены соответственно с входами шифратора,выходы которого подключены соответственно к информационньм вхо- дам блоков элементов И второй груп- мы блока моделирования очереди,разрядные выходы регистров которого подключены соответственно к информа

ционным входам второго коммутатора, 35 разрядные выходы реверсивного информационные выходы первой группы счетчика устройства подключены сооткоторого соединены соответственно с входами запуска генераторов тактовых импульсов группы, выходы которых подключены соответственно к тактовым входам коммутатора, выходы второй группы которого соединены соответственно с вычитающими входами вычцуаю- щих счетчиков блока моделирования очереди, отличающееся тем,что, с целью расширения функциональных возможностей устройства за счет управления потоками сообщений, оно дополнительно содержит генератор случайных импульсов местных сооб- gg ния потоками,

щений - второй элемент И, элемент ИЛИ и блок управления потоками, содержащий элемент И, элемент ИЛИ, группу элементов И, группу элементов НЕ и группу элементов отрицания равнозначности, причем в блоке управления потоками выходы элементов отрицания равнозначности группы соединены соответственно с первыми входами элементов И группы блока управления потоками, выходы которых соединены соответственно с входами элемента ИЛИ блока управления потоками, выход которого подключен к первому входу эле- мента И блока управления потоками,выход которого соединен с первым входом второго элемента И устройства, второй вход которого подключен к выходу генератора случайного потока импульсов местных сообщений, выходы первого и второго элементов И устройства соединены соответственно с пер- .вым и вторым входами элемента ИЛИ устройства, выход которого подключен к входу запуска генератора случайного числа, информационному входу первого коммутатора, суммирующему входу реверсивного счетчика устройства и входу элемента задержки блока загрузки, выход элемента И-НЕ которого подключен к второму входу элемента И блока управления потоками и второму входу первого элемента И устройства.

ветственно к первым входам элементов отрицания равнозначности блока управления потоками, вторые входы которых являются установочными вxoдa ш устройства и соединены соответственно с вторыми входами элементов И группы блока управления потоками, вьЬсод i-ro элемента отрицания равнозначности соединен с входом i-ro элемента НЕ группы блока управления потоками, выход которого соединен с (1+2)-ми входами всех элементов И группы,имеющих номер, больший i блока управле аг. /

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть ис- пользовано рдя статистического моделирования систем массового обслуживания, в частности для моделирования узлов коммутации сообщений в сетях ЭВМ. Цель изобретения - расширение фрикционных возможностей устройства за счет управления потоками Цель достигается введением в устройство генератора случайных импульсов местных сообщений, элементов И,ИЛИ и блока управ- ления потоками, включающего элементы И,ИЛИ,группу элементов И,группу элементов НЕ и группу элементов отрицания равнозначности. Устройство позволяет в процессе проектирования систем передачи данных в сетях ЭВМ оценивать проектные варианты узлов коммутации сообщений путем их сравнения по критериям: среднее время обслуживания сообщений: вероятность отказа в приеме транзитных и местных сообщений узлом коммутации; пропускная способность узла коммутации для местных и транзитных сообщений; средняя длина очереди сообщений -в узле коммутации;.оптимальное значение порога доступности. Моделирование реализуется путем имитации про- ; цесса поступления потоков сообп е- ний в узел коммутации, записи сообщений в буферный накопитель, передачи по выходным каналам связи. Параметры имитируемых процессов фиксируются в управляемом генераторе импульсов. 6 ил. (Л с: СО 01 4 ГчЭ О со

3S I Jf

ws /

и

-- -г-

Ji

ж

3S

/л ж

lit 2S vv

Ч Nl 3

25

o-

55

5

5J

27

S

/Ч

KSfl, W

От Sn. 18