Общие сведения о моделях и компьютерном моделировании

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ

УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ОРЕНБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Институт управления рисками и комплексной безопасности

Кафедра “ Цифровые системы обработки информации и управления”

 

 

Курсовая работа

по дисциплине: «Моделирование систем»

на тему: «Имитационное моделирование работы системы защиты информации касс железнодорожного вокзала средствами GPSS»

 

Выполнил: студент 41 группы

Направление подготовки:

10.05.03 Информационная безопасность

автоматизированных систем

Трифонов Г. Ю.

__________________________________

                   (подпись)   

Проверил: К.т.н., доцент

Осипова А.М.

__________________________________

                  (подпись)

 

Оренбург 2019

Содержание

Введение. 3

1.Теоретическая часть. 5

1.1 Общие сведения о моделях и компьютерном моделировании. 5

1.2 Методология компьютерного моделирования. 8

1.3 Сущность понятия вычислительная система. 11

1.4 Основы имитационного моделирования в GPSS-WORLD.. 12

2. Практическая часть. 14

2.1 Постановка задачи. 14

2.2 Структурная схема модели. 17

2.3 Имитационная модель СЗИ.. 23

2.4 Описание машинной программы решения задачи. 24

2.5 Анализ результатов и оптимизация. 26

Заключение. 29

Список использованных источников. 30

 

 

Введение

Эффективность и множество достижений в разнообразных областях науки и техники неразрывны с процессом совершенствования вычислительных машин. Сфера применения вычислительных систем - быстро формирует ветвь человеческой практики, дающая толчок к формированию новых теоретических и прикладных направленностей. При этом одним из важных направлений является имитационное моделирование. Методология имитационного моделирования с успехом применяется при анализе эффективности функционирования предприятий. [1]

Значительное облегчение и ускорение хода разработки имитационных модификаций концепций и их программной реализации добиваются применением специализированных языков программирования и пакетов проектов имитации, поэтому неотъемлемым был выбор среды разработки имитационного моделирования. На рынке представлен разнообразный выбор следующих программ Eclipse, Темп, GPSS. В качестве средства для разработки модели, формализуемой в варианте схемы общественного сервиса, необходимо было подобрать такой пакет моделирования, чтобы были соблюдены главные критерии – функционирование и небольшая стоимость. Подобными критериями обладает дискретная система GPSS, так как точность и достоверность получаемых результатов подтверждена многолетней практикой использования при проектировании, создании и эксплуатации сложных систем.[2]

С учетом имеющихся ресурсов в качестве метода решения задачи выберем метод имитационного моделирования, позволяющий не только анализировать характеристики модели, но и проводить структурный, алгоритмический и параметрический синтез модели на ЭВМ при заданных критериях оценки эффективности и ограничениях.

Необходимо исследовать работу вычислительной системы из четырех ЭВМ. В качестве цели моделирования выберем изучение функционирования системы, а именно оценивание ее характеристик с точки зрения эффективности работы системы, т.е. минимизацию длины очереди к ЭВМ.

Для осуществления обозначенной цели служат следующие задачи:

1. Изучить теоретический материал по компьютерному моделированию, сущности понятия вычислительной системы и основам имитационного моделирования в GPSS-WORLD;

2. Смоделировать вычислительную систему касс железнодорожного вокзала и систему защиту касс в системе GPSS-WORLD;

3. Проанализировать результаты моделирования.

 

Теоретическая часть

Общие сведения о моделях и компьютерном моделировании

Компьютерное моделирование – один из самых мощных инструментов познания, анализа и проектирования, которым располагают специалисты, ответственные за разработку и функционирование сложных производств. Идея компьютерного моделирования проста и в то же время интуитивно привлекательна. Она дает возможность инженеру экспериментировать с объектами в тех случаях, когда делать это на реальном объекте практически невозможно или нецелесообразно. Сущность методологии компьютерного моделирования состоит в замене исходного технологического объекта его "образом" – математической моделью – и в дальнейшем изучении модели с помощью реализуемых на компьютерах вычислительно-логических алгоритмов. Этот метод познания, конструирования, проектирования сочетает в себе достоинства как и теории, так и эксперимента. Работа не с самим объектом (явлением, процессом), а с его моделью дает возможность относительно быстро и без существенных затрат исследовать его свойства и поведение в любых мыслимых ситуациях (преимущества теории). В то же время вычислительные (имитационные) эксперименты с моделями объектов позволяют подробно и глубоко изучать объекты в достаточной полноте, недоступной чисто теоретическим подходам (преимущества эксперимента).[3]

Формализация системы осуществляется с помощью математической модели, отображающей связь между выходными переменными системы, параметрами состояния и входными управляющими и возмущающими воздействиями. Сложная система обычно формализуется как детерминированно-стохастическая модель. С позиций системного анализа решаются задачи компьютерного моделирования, оптимизации, управления и оптимального проектирования вычислительных систем в масштабе цеха, предприятия. Сущность системного подхода состоит в том, что вся информация, получаемая в лабораториях, на опытно-промышленных установках, последовательно накапливается и обогащается в процессе разработки полной математической модели вычислительной системы, которая затем используется для оптимизации того или иного производства.[4]

Компьютерное моделирование есть процесс конструирования модели реального объекта (системы) и постановки вычислительных экспериментов на этой модели с целью либо понять (исследовать) поведение этой системы, либо оценить различные стратегии (алгоритмы), обеспечивающие функционирование данной системы.[5] Таким образом, процесс компьютерного моделирования включает и конструирование модели, и ее применение для решения поставленной задачи: анализа, исследования, оптимизации или синтеза (проектирования) технологических процессов и оборудования. Все эти задачи чрезвычайно сложны и включают в себя почти бесконечное число элементов, переменных, параметров, ограничений и т.д. Пытаясь построить точную модель, мы могли бы попытаться включить все эти элементы (явления) и потратить уйму времени, собирая мельчайшие факты, касающиеся любой ситуации, и устанавливая связи между ними. Сходство модели с объектом, который она отображает, называется степенью изоморфизма. Для того, чтобы быть изоморфной, модель должна удовлетворять двум условиям:

1) должно существовать однозначное соответствие между элементами модели и элементами представляемого объекта;

2) должны быть сохранены точные соотношения или взаимодействия между элементами.[3]

Традиционная схема компьютерного моделирования, как единого процесса построения и исследования модели, имеющего соответствующую программную поддержку, может быть представлена в следующем виде (рис. 1.1).

Рисунок 1.1 - Схема организации процесса компьютерного моделирования

 

Исходя из того, что компьютерное моделирование применяется для исследования, оптимизации и проектирования реальных технологических объектов (систем), можно выделить следующие этапы этого процесса:

1) определение объекта – установление границ, ограничений и измерителей эффективности функционирования объекта;

2) формализация объекта (построение модели) – переход от реального объекта к некоторой логической схеме (абстрагирование);

3) подготовка данных – отбор данных, необходимых для построения модели, и представление их в соответствующей форме;

4) разработка моделирующего алгоритма и программы ЭВМ;

5) оценка адекватности – повышение до приемлемого уровня степени уверенности, с которой можно судить относительно корректности выводов о реальном объекте, полученных на основании обращения к модели;

6) стратегическое планирование – планирование вычислительного эксперимента, который должен дать необходимую информацию;

7) тактическое планирование – определение способа проведения каждой серии испытаний, предусмотренных планом эксперимента;

8) экспериментирование – процесс осуществления имитации с целью получения желаемых данных и анализа чувствительности;

9) интерпретация – построение выводов по данным, полученным путем имитации;

10) реализация – практическое использование модели и результатов моделирования;

11) документирование – регистрация хода осуществления процесса и его результатов, а также документирование процесса создания и использования модели.[4]