Методы и средства имитационного моделирования

Моделирование представляет собой мощный метод научно­го познания, при использовании которого исследуемый объект заменяется более простым объектом, называемым моделью. Основными разновидно­стями процесса моделирования можно счи­тать два его вида - математическое и физическое моделирование. При физическом (натурном) моделировании исследуемая система заменяется соответствующей ей другой ма­териальной системой, которая воспроизводит свойства изучаемой системы с сохранени­ем их физическойприроды. Примером этого вида моделирования может служить пилотная есть, с помощью которой изуча­ется принципиальная возможность построения сети на основе тех или иных компьютеров, коммуникационных устройств, операцион­ных систем и приложений.

Возможности физического моделирования довольно ограничены. Оно позволяет решать отдельные за­дачи при задании небольшого количества сочетаний исследуемых параметров сис­темы. Действительно, при натурном моделировании вычисли­тельной сети практически невозможно проверить се работу для вариантов с использованием различных типов коммуникационных устройств - маршрутизаторов, коммутаторов и прочих уст­ройств. Проверка на практике около десятка разных типов маршрутизатров связана не только с большими усилиями и времен­ными затратами, но и с немалыми материальными затратами.

Но даже и в тех случаях, когда при оптимизации сети изме­няются не типы устройств и операционных систем, а только их параметры, проведение экспериментов в реальном масштабе вре­мени для Огромного ко­личества всевозможных сочетаний этих параметров практически невозможно за обозримое время. Даже про­стое изменение максимального размера пакета в каком-либо протоколе требует переконфигурирования опе­рационной систе­мы в сотнях компьютеров сети, что требует от администратора сети проведения очень большой работы.

Поэтому при оптимизации сетей во многих случаях пред­почтительным оказывается использование математического мо­делирования. Математическая модель представляет, собой сово­купность соотношений (формул, уравнений, неравенств, логических условий), определяющих процесс изменения состояния сис­темы в зависимости от ее параметров, входных сигналов, началь­ных условий и времени.

Особым классом математических моделей являются имита­ционные модели. Такие модели представ­ляют собой компьютер­ную программу, которая шаг за шагом воспроизводит события, происходящие в ре­альной системе. Применительно к вычисли­тельным сетям их имитационные модели воспроизводят процес­сы генерации сообщений приложениями, разбиение сообщений па пакеты и кадры определенных протоко­лов, задержки, связан­ные с обработкой сообщений, пакетов и кадров внутри операци­онной системы, про­цесс получения доступа компьютером к разделяемой сетевой среде, процесс обработки поступающих пакетов маршрутизатором и прочими устройствами. При имитацион­ном моделировании сети не требуется приобретать дорогостоя­щее оборудование - его работы имитируется программами, доста­точно точно воспроизводящими все основные особенности и па­раметры такого оборудования.

Преимуществом имитационных моделей является возмож­ность подмены процесса смены собы­тий в исследуемой системе в реальном масштабе времени на ускоренный процесс смены собы­тий я темпе работы программы. В результате за несколько минут можно воспроизвести работу сети в тече­ние нескольких дней, что даст возможность оценить работу сети в широком диапазоне варьируемых параметров.

Результатом работы имитационной модели являются соб­ранные в ходе наблюдения за проте­кающими событиями стати­стические данные о наиболее важных характеристиках сети: вре­менах ре­акции, коэффициентах использования каналов и узлов, вероятности потерь пакетов.