ВВЕДЕНИЕ
Построение и эксплуатация сетей связи – это комплексная задача, связанная с выбором логической и физической структуры сети, точек размещения оборудования, выбор способа и схемы построения линейных сооружений, изучения потребностей в услугах связи, прогнозировании спроса на них и выбора требуемых параметров оборудования и линий связи. Решение каждой из этих подзадач отражается на характеристиках сети связи. Назначение сети как технической системы состоит в выполнении работы по доставке трафика при предоставлении услуг связи. Качество предоставления услуг является основной характеристикой функционирования этой системы. Каждая из услуг может иметь специфические требования к качеству обслуживания, производимого ее пользователями трафика. В этом пособии рассматриваются математические методы, применимые для оценки и анализа параметров сетей связи с коммутацией каналов и коммутацией пакетов. Приведенные в пособии материалы дают лишь необходимые сведения для пояснения приводимых понятий и методов. Для углубленного изучения теоретических основ и расширения области знаний о задачах связанных с расчетом параметров сетей связи следует обратиться к и рекомендуемой и дополнительной литературе. В первой главе пособия приведены основные понятия, показатели качества и математические модели, применяемые при анализе технических решений и расчете канальной емкости в сетях с коммутацией каналов и коммутацией пакетов. В последующих главах пособия приведены материалы, посвященные применению средств имитационного моделирования. Имитационное моделирование представляет собой разновидность математического моделирования, которая позволяет получить численные оценки параметров исследуемых процессов и явлений. В отличие от аналитического моделирования, которое позволяет получить точные общие аналитические зависимости, имитационное моделирование позволяет получить лишь частные решения для конкретных условий. Однако, благодаря относительно низкой трудоемкости построения имитационных моделей и высокой скорости вычислений оно дает возможность получения достаточно точного описания тех же зависимостей. К тому же точные аналитические модели удается получить далеко не во всех случаях, и тогда имитационное моделирование становится, практически, единственным методом исследования. Следует отметить, что чаще всего аналитические методы моделирования и имитационное моделирование взаимно дополняют друг друга. Часто имитационные модели используются для проверки теоретических гипотез и моделей. 5
Технологии имитационного моделирования глубоко проникли в современную жизнь. Компьютерные игры, виртуальная реальность, дополненная реальность – это лишь примеры имитационных моделей, которые встречаются на бытовом уровне. В области научных исследований, разработок, производства и образования также используется множество, как правило, программных средств, которые можно отнести к системам имитационного моделирования. Системы имитационного моделирования позволяют, в ряде случаев, заменить натурное (физическое) моделирование и тем самым значительно облегчить решение задач проектирования. Области применения имитационного моделирования весьма разнообразны, однако нас интересует вполне конкретная сфера деятельности, а именно построение телекоммуникационных систем и сетей. Круг решаемых в этой области задач тоже весьма широк: от уровня свойств физической среды, электрических сигналов и т. д. до уровня поведения пользователя (человека). В настоящее время нет единой системы имитационного моделирования, которая бы давала возможность глубоко и досконально моделировать процессы и явления, происходящие на всех этих уровнях. В данном учебном пособии даются основные сведения, необходимые для построения имитационных моделей и анализе результатов моделирования с использованием двух систем имитационного моделирования AnyLogic и OMNeT++. По мнению автора, на момент написания пособия, эти системы являются наиболее проработанными и достаточно документированными. Обе системы доступны для свободного использования (или ограниченного использования, достаточного для решения рассматриваемых в настоящем пособии задач). Выбор двух систем объясняется их особенностями и особенностями задач в области теории и практики развития телекоммуникационных систем. Первая рассматриваемая система AnyLogic является системой имитационного моделирования общего назначения и не содержит готовых средств, ориентированных именно на телекоммуникационные приложения. Однако, особенность ее реализации, выражающаяся в широких функциональных возможностях, простоте освоения, наглядности результатов и некоторых других, позволяют найти ей применение в задачах исследования процессов, описываемых моделями систем массового обслуживания. Такое описание часто используется при описании элементов телекоммуникационных систем и сетей связи. Вторая система имитационного моделирования OMNeT++ ориентирована на построение моделей сетей связи и содержит широкий набор библиотечных элементов, позволяющий упростить задачи моделирования сложных телекоммуникационных систем. Ее использование 6
позволяет достаточно простыми средствами создавать модели близкие по свойствам к реальным сетевым устройствам. Выбор той или иной системы для решения конкретной задачи определяется исследователем (разработчиком модели), поэтому навыки работы с этими системами позволят достаточно свободно ориентироваться в выборе средств решения конкретных задач. В пособии приводятся достаточно подробные описания процесса построения нескольких, наиболее наглядных, по мнению автора, имитационных моделей. Разумеется, материалы данного пособия не охватывают всего множества возможных вариантов построения моделей, а дают лишь начальные сведения и позволяют получить начальные навыки работы, что может быть весьма полезно для дальнейшей углубленной работы с данными системами. Для углубленного изучения способов построения моделей и систем имитационного моделирования следует обратиться к документации этих систем и дополнительной литературе, в частности, приведенной в перечне рекомендуемой литературы. Материалы данного учебного пособия могут быть полезны для самостоятельного изучения систем имитационного моделирования, а также при выполнении лабораторного практикума по специальности 11.04.02 в рамках учебного плана. 7