Bilgisayar ağları ve endüstriyel ağlar coğrafik kapsamına, topolojilerine, iletim ortamlarına, iletim yöntemlerine, ağ ortamına erişim tekniklerine, haberleşme tekniklerine, kontrol türlerine, standartlarına ve kullanım/uygulama alanlarına göre sınıflandırılarak incelendiğinde birçok teknoloji geliştirildiği görülmektedir.
Günümüzdeki küresel ağ haberleşme teknolojilernden ATM, farklı veri türleri ve hizmet sınıflarında kullanıcılara sağladığı yüksek hız ve hizmet kalitesi avantajları ile ilk sıraya yükselmiştir. ATM’in sunduğu haberleşme hizmet sınıfları, gerçek zamanlı haberleşmeyi sağlayacak seviyededir.
Endüstriyel ağların, ATM ağ üzerinden gerçek zamanlı olarak haberleştirilebilmeleri amacıyla, bazı donanımsal ve yazılımsal çözümler önerilerek geliştirilmiştir. Tez çalışmasının temelini oluşturan bu amaç doğrultusunda Bölüm 3’de yapısı sunulan bir köprü arabağlaşım cihazı tasarlanmıştır.
BÖLÜM 3. WorldFIP/ATM KÖPRÜ TASARIMI,
MODELLENMESİ, BENZETİMİ VE BAŞARIM ANALİZİ
3.1. Giriş
Bir sistemi modellemek için üç farklı yöntem kullanılabilir: Fiziksel model/prototip geliştirmek, analitik çözüm ve benzetim yöntemleridir [80, 25].
Benzetim; teorik ya da gerçek fiziksel bir sisteme ait neden-sonuç ilişkilerinin bir bilgisayar modeline yansıtılmasıyla, değişik koşullar altında gerçek sisteme ait davranışların bilgisayar modelinde izlenmesini sağlayan bir yöntemdir.
Bir sistemin benzetimi, öncelikle sistemi temsil edebilecek bir model oluşturma işlemidir. Etkin bir model, gelecekteki muhtemel ihtiyaçları göz önüne alarak, sistemin diğer parçalarını da kolayca kapsayacak şekilde tasarlanmış olmalıdır. Benzetim; gerçek sistemin modelinin tasarlanması ve bu model ile sistemin işletilmesi amacına yönelik olarak, sistemin davranışını anlayabilmek veya değişik stratejileri değerlendirebilmek için deneyler yürütülmesi sürecidir [81].
Benzetim;
• Belirli kararların sonuçlarını tahmin etmek, • Gözlemlenen sonuçların sebeplerini belirlemek,
• Yatırım yapmadan önce problem alanlarını belirlemek, • Değişikliklerin etkilerini ortaya çıkarmak,
• Bütün sistem değişkenlerinin bulunmasını sağlamak, • Fikirleri değerlendirmek ve verimsizlikleri belirlemek, • Yeni fikir geliştirmeyi ve yeni düşünceyi teşvik etmek, • Planların bütünlüğünü ve uygulanabilirliğini test etmek, amaçlarıyla kullanılır.
Benzetim temel olarak, sistemin operasyonel yönlerini ortaya çıkarmayı hedefler. Diğer bir ifadeyle; ne?, ne zaman?, nerde? ve nasıl? sorgulamalarının yapıldığı görev alanları üzerinde yoğunlaşır.
Bilgisayar benzetimi, sistem dizaynı ve analizinde hızla popüler olmuş önemli bir araçtır. Mühendis ve planlamacılara sistemin dizaynı ve işletimiyle ilgili zamanında ve zekice kararlar vermeleri için yardımcı olur. Benzetim, tek başına problemleri çözemez fakat problemi açıkça tanımlar ve sayısal olarak alternatif çözümleri değerlendirir [81].
Sistemin verimliliğini ölçmek ve yapılan iyileştirmeyi değerlendirmek için çeşitli performans ölçütleri kullanmak gereklidir. Üretim veya servis sistemlerinde kullanılan bazı genel performans ölçütleri, çevrim süresi (cycle time), kaynak kullanımı (resource utilization), katma değerli zaman (value-added time), bekleme süresi (waiting time), işlem hızı (process rate), kalite (quality), maliyet (cost), esneklik (flexibility) olarak belirlenmiştir.
Geçerli bir benzetim süreci, model formülasyonu ve planlama, veri toplanması, model geliştirme, doğrulama, değerlendirme, denemeler, sonuçların analizi, dokümantasyon, uygulama ve tasarlanacak sistemin benzetimi bu adımlardan oluşur. Benzetim sonuçlarının doğruluğu, modelin gerçek sisteme ne kadar yakın olduğuna bağlıdır. Gerçeğine daha yakın model ise daha fazla detay gerektirir. Buna paralel olarak modelin tasarlanması ve benzetimin gerçeklestirilmesi de daha uzun zaman gerektirir [69].
Tanımlanan modelin yapısına bağlı olarak sürekli veya ayrık olay benzetim tekniği kullanılır. Sürekli olay benzetiminde, olaylar zamana bağlı olarak bir süreklilik arz eder. Zaman doğrusal olarak arttıkça, süreçler de zaman içerisinde doğrudan değişirler. Ayrık olay benzetiminde modüllerin çalıştırılması ve benzetim zamanının ilerlemesi zamanlayıcı süresinin dolması, paketlerin varışı gibi olayların meydana gelmesiyle gerçekleşir [69]. Sayısal veri haberleşme ağları ve bilgisayar sistemleri ayrık olay benzetim ile modellenir [82].
GPSS-III, GASP-4, DYNAMO, Q-GERT, SIMSCRIPT II.5 gibi benzetim dilleri ile birçok alana çözümler üretmek, modeller geliştirebilmek için ayrık ve sürekli olay modellemesi yapabilen, kullanımı ve öğrenmesi kolay benzetim paket program yazılımları hazırlanmıştır. Tablo 3.1’de haberleşme sistemlerini modellemek için yaygın olarak kullanılan benzetim yazılımlarına örnekler görülmektedir.
Tablo 3.1. Haberleşme Sistemleri Modelleme Simülasyon Yazılımları
Ağ Simülasyon Paketi Üretici
OPNET Modeler OPNET Inc.
Network Simulator Berkley University
Planning Workbench Suite Bellcore
BONES Comdisco
Network II.5, COMNET III, L_NET ve Simscript 2.5 CACI Products Co.
Net Maker Make Systems Inc.
Object Time BNR
Sunulan bu tez çalışması OSI modelinin alt katmanlarının modellenmesini kapsamaktadır. Daha önceden bu yazılım kullanılarak yapılan benzer modelleme sonuçlarından çalışma için en uygun programın Network II.5 olduğu belirlenmiştir. Network II.5, önerilen sistem konfigürasyonunun farklı şartlar altındaki yeteneğini sorgulamak ve rekabete dayalı tasarımlar geliştirebilmek için kullanılabilir [89]. Network II.5, Simscript dili ile yazılmıştır ve daha önce bahsedilen tüm benzetim program kriterlerini içermektedir.
NETWORK II.5, donanım ve yazılım olarak iki ana veri yapısına ve bunlara ait bayraklara, değişkenlere, istatistiksel dağılım fonksiyonlarına sahiptir.
Donanım veri yapısı cihazları; işlem elemanları (PE-Processing Elements), iletim cihazları (TD-Transfer Devices) ve depolama cihazları (SD-Storage Devices) olarak temelde üç tanedir. PE, belirlenen temel çalışma frekansında tanımlanan komutlar ile, tanımlanan işlevleri gerçekleştiren cihazdır. TD, belirlenen veri iletim oranlarında, iletim protokolleri ile modellenen cihazlar arasında bağlantıyı sağlar. SD, tanımlanan erişim zamanı ve erişim metoduna göre okuma ve yazma işlevlerinin modellenebildiği hafıza birimleridir. Bu cihazlar ile gerçek dünyanın karmaşık mikroelektronik yapıya sahip, programlanabilir tüm haberleşme sistemlerini ve araçlarını modellemek mümkündür.
Yazılım veri yapısı; modül adı verilen alt programların tanımlanması ile gerçekleştirilir. PE’ler modülleri ve onların içerisinde tanımlanan komutları çalıştırarak görevlerini gerçekleştirirler. Komutlar mesaj, semaphore, okuma/yazma ve processing komutları olarak sınıflandırılmıştır.
Şekil 3.1’de tasarım ve bazı veri yapılarına ait yapılandırma ekran görüntüleri, Şekil 3.2’de ise tasarıma ait veri yapılarını tanımlama, görüntüleme, yapısal doğrulama ve analiz komutları görülmektedir.
Editör, Tanımlama, Görüntü, Doğrulama, Analiz ve Yardım Komutları Menüleri
Yapılandırma Seçenekleri WAB İşlem Elemanı
ATMDEN WIPE ISTEK GONDER Modülü Yapılandırma Seçenekleri
ATMDEN GELEN SAYISI Semaforu Yapılandırma Seçenekleri Bağlantı İşlem Elemanı İletim Cihazı Depolama Cihazı Geçityolu Yerel Alan Ağı Açıklama Seç
Şekil 3.1. Network II.5 Modelleme Ekranı Genel Yapısı
Network II.5’de benzetim sonuçları grafik raporlar (Automatic Hardware Layout, Software Module Diagram, Status Plot, Utilization Plot, Verify Report) ve tablo raporlar (Processing Element Statistics, Instruction Execution, Transfer Device Statistics, Storage Device Statistics, Module Summary, Semaphore Report, Message Statistics, Received Message, Message Delivery, Snapshot Report) halinde veya karşılıklı etkileşimli benzetim (Narrative Trace, Snapshot Report) ile elde edilerek incelenebilir.
Şekil 3.2. Network II.5 Modelleme Komut Menüleri
Network II.5 yazılımı ile ilgili detaylar literatürde sunulan [83, 84, 85, 86, 87, 88, 90, 25, 89] çalışmalarında bulunabilir.
Bu bölümde, Bölüm 2.4.3’de detaylandırılan endüstriyel ağ protokollerinden WorldFIP ve Bölüm 2.5’de detaylandırılan günümüzün en hızlı asenkron hücre anahtarlamalı ağ protokollerinden olan ATM ağ arasında köprüleme işlevlerini gerçekleştirecek “İki Portlu WorldFIP/ATM Saydam Çevirimli Köprü (Transparent Translation Bridges)” tasarımı ve Network II.5 programında modellenerek yapılan başarım analizi sunulmaktadır. Şekil 3.3’de tasarlanan köprü modelinin denenmesi için oluşturulan ağ sisteminin genel yapısı görülmektedir. Sistem, WorldFIP ve ATM yerel ağları ve bu ağları bağlayan köprüden meydana gelmektedir.
ATM Ağ WorldFIP Ağ KÖPRÜ WFIP WFIP ANAHTAR ATM ATM ATM
WFIP WFIP WFIP
WFIP
Köprü
Şekil 3.3. Modellenen Sistemin Genel Yapısı
Bu bölüm, “WorldFIP Protokol Ağının Tasarımı ve Modellenmesi”, “ATM Protokol Ağının Tasarımı ve Modellenmesi”, “WorldFIP-ATM Köprünün Tasarımı ve
Modellenmesi”, “Modellenen Sistemin Başarım Analizi” alt bölümlerinden oluşmaktadır. İlk iki bölümde birbiri ile haberleştirilecek WorldFIP ve ATM ağların yerel ve uzak trafik üretebilmeleri için gerekli tasarım ve modellenmeleri anlatılmaktadır. Daha sonraki bölümlerde ise ATM protokolünün AAL3/4 ve AAL5 hizmet sınıflarına göre üretilen trafiklerin köprü üzerinden iletilmesi için gerekli köprü tasarımı, modellenmesi ve başarım analizleri detaylandırılarak sunulmaktadır.