УДК 62-503.51

ИМИТАЦИОННАЯ МОДЕЛЬ ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ КОЛЛИЗИЙ В КАНАЛЕ СВЯЗИ С Р-ПОСТОЯННЫМ АЛГОРИТМОМ СЛУЧАЙНОГО ДОСТУПА

Заргарян Елена Валерьевна1, Заргарян Юрий Артурович2, Коринец Анастасия Дмитриевна3, Малышенко Илья Михайлович4
1Южный Федеральный Университет, к.т.н, доцент кафедры систем автоматического управления
2Южный Федеральный Университет, к.т.н, доцент кафедры систем автоматического управления
3Южный Федеральный Университет, студентка кафедры систем автоматического управления
4Южный Федеральный Университет, студент кафедры систем автоматического управления

Аннотация
В данной статье рассматривается принцип работы канального уровня системы передачи информации. Разработана математическая модель входных и выходных параметров для создания имитационной модели. Рассмотрена обобщенная блок схема алгоритма для построения имитационной модели системы передачи информации.

Ключевые слова: алгоритм случайного доступа, блок схема алгоритма, имитационная модель, математическая модель, система передачи информации


A SIMULATION MODEL FOR THE STUDY OF COLLISIONS IN A COMMUNICATION CHANNEL WITH THE P-CONSTANT RANDOM ACCESS ALGORITHM

Zargaryan Elena Valerevna1, Zargaryan Yuriy Arturovich2, Korinec Аnastasiay Dmitrievna3, Malishenko Ilya Mihailovich4
1Southern Federal University, Ph.D., assistant professor of automatic control systems department
2Southern Federal University, Ph.D., assistant professor of automatic control systems department
3Southern Federal University, student of automatic control systems department
4Southern Federal University, student of automatic control systems department

Abstract
This article discusses the principle of the link layer information transmission system. A mathematical model input and output parameters to create a simulation model. A generalized block diagram for the construction of a simulation model of information transmission system.

Рубрика: 05.00.00 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

Библиографическая ссылка на статью:
Заргарян Е.В., Заргарян Ю.А., Коринец А.Д., Малышенко И.М. Имитационная модель для изучения коллизий в канале связи с р-постоянным алгоритмом случайного доступа // Современные научные исследования и инновации. 2015. № 9. Ч. 1 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2015/09/57517 (дата обращения: 04.06.2017).

Введение. В любой локальной сети, при рассмотрении принципа взаимодействия узлов, основная задача выполняется протоколом канального уровня, который является наиболее важным при работе локальной сети. Протокол Ethernet – один из основных протоколов канального уровня, который направлен на параллельное подключение составляющих сети к общей шине. Конструкция локальных сетей быть полностью установившейся, это необходимо для того, чтобы канальный уровень мог решать все свои основные задачи [1-4].

Исследователи локальных сетей решили остановиться на использовании единого кабеля всеми компьютерами текущей сети в режиме деления времени. Это необходимо для уменьшения стоимости и упрощения аппаратных и программных составляющих локальной сети. В сети Ethernet технология общего кабеля является основной составляющей протокола, где, используемый в сети, коаксиальный кабель является неделимым отрезком для всех частей локальной сети.

Если использовать простые конфигурации (общая шина и кольцо) в локальных сетях, то вместе с положительными данное применение имеет и не совсем положительные стороны, из которых самым неприятным является ограниченность по производительности и надежности. Присутствие всего единственного пути передачи информации, разделяемого всеми узлами сети удерживает пропускную способность сети тем, что только одна станция может передавать данные, в то время как другие обязаны ждать завершения передачи. Если все же канал связи освободился, и несколько станций одновременно пытаются передавать данные в него, то случается слияние сигналов и, как правило, искривление данных. Похожие ситуации именуют коллизиями.

Для снижения возможности возникновения коллизии, внутри канального уровня имеется несколько алгоритмов доступа к каналу связи. Изначально были предложены «непостоянный», «1-постоянный» и «р-постоянный» варианты алгоритмов доступа. Выбор того или иного из них зависит от конкретных параметров проектируемой сети, а выбранный вариант серьёзно повлияет на пропускную способность и надёжность сети.

p-постоянный алгоритм доступа.

На Рисунке №1 показан общий алгоритм работы имитационной модели СПД с р-постоянным алгоритмом случайного доступа [2-4].

Рисунок №1. Общая блок-схема алгоритма работы имитационной модели

Данный алгоритм работает следующим образом:

В подпрограмме WWOD параметры не только вводятся, но здесь также идёт и слежение за их корректностью, а также имеется возможность автоматического ввода.

В блоках 1 и 6 алгоритма производится соответственно ввод начальных данных и вывод итогов моделирования. В боках 2-5 происходит сам процесс моделирования, где используются: T – общее число правильно переданных сообщений; AT – общее число всех тактов моделирования и TZ – необходимое количество удачно переданных сообщений.

С помощью временных диаграмма можно рассмотреть работу канала при p-постоянном алгоритме случайного доступа (рисунок №2) [3]

Из рисунка №2. следует, что в момент времени t1 вторая станция, когда прослушала канал и убедилась в том, что этот канал свободен, с какой-то вероятностью p активизирует передачу. В момент времени t2 первая станция начинает отслушивать канал. Канал занят, и она продолжает постоянную прослушку до момента его освобождения, т.е. до момента времени t3, а затем с вероятностью p начинает передачу.

Рисунок №2. Временная диаграмма работы канала связи при p-постоянном алгоритме случайного доступа

В момент времени t4 n-ая станция начинает прослушивать канал. Канал занят и n-ая станция продолжает прослушивание до его освобождения. В момент времени t5 n-ая станция дождалась освобождения канала, но с вероятностью (1-p) передача была отложена на время T. В момент времени t6 вторая станция прослушивает канал. Канал свободен и вторая станция активизирует передачу. В то время как вторая станция уже передает, у n-ой станции истекла задержка T в момент времени t7, но канал занят и n-ая станция ждёт его освобождения. В момент времени t8 к каналу обратилась первая станция, застала его занятым и стала вместе с n-ой станцией ждать его освобождения. К моменту времени t9 вторая станция освободила канал связи, а первая и n-ая, с вероятностью p каждая, начали передавать в свободный канал, что привело к коллизии.

Следует обратить внимание, что в моменты времени t2, t4, t7 и t8 p-постоянный алгоритм работает как 1-постоянный, а в момент времени t5 проявляется его уникальность.

На рисунке №3. показана блок-схема алгоритма функции OMT (рисунок №1.), которая работает по методу p-постоянного алгоритма случайного доступа.

 

            

Рис. 3  Блок-схема функции OMT, реализующаяся на основе p-постоянного алгоритма случайного доступа

Опишем алгоритм, показанный на рисунке №3:

Блок 1. Начинается проверка события занятости станцией или станциями канала. Если канал является занятым, то дальше движение происходит по правой ветке, иначе по левой;

Блок 2. Создается любое, равномерно распределённое в интервале [0, 1] число, которое представляет собой вероятность обращения к свободному каналу одной или нескольких станций;

Блок 3. Начинается проверка события одновременного выхода в свободный канал больше, чем одной станции;

Блок 4. В канал связи вышла только одна станция и, следовательно, сообщение будет передано, в случае, если станция начнёт передачу с вероятностью p;

Блок 5. Станция с вероятностью (1-p) не начала передачу и ждёт повторного прослушивания канала связи фиксированное время T;

Блок 6. Сообщение передано, т.к. станция с вероятностью p начала передачу;

Блок 7. Включаем счётчик по всем станциям, для того чтобы определить сколько станций обратились к свободному каналу связи;

Блок 8. Уменьшим на единицу счётчик станций;

Блок 9. Проверяем условие синхронного выхода в свободный канал связи сразу I станций;

Блок 10. Обнуляем счётчик станций, которые начнут с вероятностью p передачу в свободный канал связи;

Блок 11. Запускаем счётчик на все, одновременно обратившимся к каналу связи станциям, для выявления количества станций, которые начнут с вероятностью p передачу на свободный канал связи;

Блок 12. Проверяем событие начала, с вероятностью p, передачи J-ой станцией;

Блок 13. Увеличим на единицу счётчик станций, которые начнут с вероятностью p передачу в свободный канал связи;

Блок 14. Проверяем, больше ли одной станции начало передачу с вероятностью p, и если больше, то появляется коллизия;

Блок 15. Проверяем, начала ли хоть одна станция передачу с вероятностью p;

Блок 16. Станций, к свободному каналу связи обратилось несколько, а передачу с вероятностью p начала только одна из них, и поэтому сообщаем о том, что сообщение передалось удачно;

Блок 17. Из всего множества станций, одновременно обратившихся к свободному каналу связи ни одна не начала с вероятностью p передачу, и поэтому сообщение соответственно не передано;

Блок 18. В свободный канал связи обратилось несколько станций и несколько из них с вероятностью p начали передачу, что привело к коллизии и соответственно неудачной попытке передать сообщение;

Блок 19. Увеличим на единицу индивидуальный счётчик коллизий первого типа;

Блок 20. Увеличим на единицу общий счётчик коллизий первого типа;

Блок 21. Так как канал связи застигнут занятым, то сообщение не передастся;

Блок 22. Производится равномерно распределённое в интервале [0, 1] число, которое представляет возможность обращения к занятому каналу одной или нескольких станций;

Блок 23. Начинает проверяться событие одновременного выхода в занятый канал связи больше, чем одной станции;

Блок 24. Включаем счётчик по всем станциям, для того чтобы определить сколько именно станций обратились к занятому каналу связи;

Блок 25. Уменьшим на единицу счётчик станций;

Блок 26. Проверяем условие синхронного выхода в занятый канал связи сразу I станций;

Блок 27. Обнуляем счётчик станций, которые начнут с вероятностью p передачу в канал связи, после того как он освободится;

Блок 28. Запускаем счетчик на все, одновременно обратившимся к каналу связи станциям, для выявления количества станций, которые начнут с вероятностью p передачу в канал связи, после того как он освободится;

Блок 29. Проверяем событие начала, с вероятностью p, передачи J-ой станцией в канал связи в момент его освобождения;

Блок 30. Увеличим на единицу счётчик станций, которые начнут с вероятностью p передачу в канал связи, после того как он освободится;

Блок 31. Проверяем, обратится ли к каналу связи, после того как он освободится сразу несколько станций, и если их обратится несколько, то произойдёт коллизия;

Блок 32. Увеличим на единицу индивидуальный счётчик коллизий второго типа;

Блок 33. Увеличим на единицу общий счётчик коллизий второго типа.

Используя данные алгоритмы можно создать имитационную модель, которая позволит изучить принципы работы локальной сети.


Библиографический список
  1. Вентцель Е.С. Теория вероятностей: Учеб. для вузов. — 6-е изд. стер. — М.: Высш. шк., 1999.— 576 c.
  2. Одом У. Компьютерные сети. Первый шаг = Computer Networking: First-step / Пер. В. Гусев. — СПб.: «Вильямс», 2006. — 432 с.
  3. Заргарян Е.В., Заргарян Ю.А., Коринец А.Д., Малышенко И.М. Разработка математической модели для построения имитационной модели системы передачи информации // Современная техника и технологии. 2015. № 4 [Электронный ресурс]. URL: http://technology.snauka.ru/2015/04/6155
  4. Заргарян Е.В., Заргарян Ю.А., Коринец А.Д., Мищенко А.С. Разработка имитационной модели системы передачи информации с 1-постоянным алгоритмом случайного доступа // Современные научные исследования и инновации. 2015. № 4 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2015/04/48729 (дата обращения: 10.04.2015).


Все статьи автора «Заргарян Елена Валерьевна»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться: