Προσομοίωση Δικτύων (Θ+Ε) (ECE_TEL841)
Χρήστος Αντωνόπουλος
Γιατί είναι σημαντική η προσομοίωση στην μελέτη, σχεδίαση, ανάπτυξη και αξιολόγηση ενός δικτύου και γενικά συστήματος. Ποιες είναι οι δυσκολίες/προκλήσεις/περιορισμοί στον σχεδιασμό και υλοποίηση ενός αξιόπιστου και μεγάλης ακρίβειας προσομοιωτικού μοντέλου. Κατανόηση όλων των βασικών πτυχών
σχεδίασης/ανάπτυξης/λειτουργίας/συντήρησης ενός προσομοιωτικού μοντέλου. Τεχνικές προσομοίωσης. Ταξινόμηση προσεγγίσεων και κατηγοριών προσομοίωσης και σχετικών τεχνικών. Με ποιο τρόπο επηρεάζει η σχεδίαση ενός προσομοιωτικού μοντέλου την μελέτη ενός δικτύου, πρωτοκόλλου ή συστήματος. Ποια η σωστή μεθοδολογία ανάλογα με την περίπτωση και ποια τα βασικά λάθη.
The course aims to study computer and network simulation techniques. The basic components of
simulation, how to develop a model and the applications of simulation in computer networks are presented.
The course material includes the types of simulation models, the mechanisms of evolution and time control,
the basic elements of more complex systems, the flow tables of simulated systems.
In addition, the characteristics of random numbers, random number generators and the production of
random samples as well as the evaluation of these generators are analyzed.The performance metrics of a system and the issue of organization, collection, processing, analysis and
presentation of simulation results are analyzed.
In the practical / laboratory part, students will immerse and use dominant and open tools for simulating
networks and systems with respect to numerous scenarios.
Keywords: Computer simulation of systems and networks. Performance analysis. Modeling and
simulation. NS2 / NS3.
Οι διαλέξεις της θεωρίας καλύπτουν τις ακόλουθες θεματικές ενότητες:
-- Εισαγωγή στην προσομοίωση.
Ορισμός προσομοίωσης, πλεονεκτήματα, μειονεκτήματα, λάθη, προβλήματα, σύστημα, μεταβλητές
κατάστασης, δραστηριότητες συστημάτων, μοντέλο, σχεδιασμός μοντέλου.
-- Βασικές αρχές σχεδίασης, μελέτης προσομοιωτικού μοντέλου
Είδη μοντέλων προσομοίωσης, μηχανισμός εξέλιξης χρόνου, μεθοδολογίες. Μηχανισμός επόμενου
γεγονότος, μηχανισμός σταθερού διαστήματος, παραδείγματα.
-- Μοντελοποίηση συνεχών συστημάτων
Εισαγωγή, Μοντέλα Ιστού, Ανάλυση ευαισθησίας συστημάτων, Κατασκευή αναλυτικών μοντέλων.
-- Τυχαίοι αριθμοί, γεννήτριες τυχαίων αριθμών, κατηγορίες, ιδιότητες.
Ιδιότητες τυχαίων αριθμών. Γιατί είναι σημαντικοί οι τυχαίοι αριθμοί στην προσομοίωση.
Γεννήτριες Μεσαίων τετραγώνων, Γραμμικές Ισοϋπόλοιπες Γεννήτριες, Γεννήτριες, Tausworthe,
Fibonacci. Παραδείγματα.
-- Στατιστικοί Έλεγχοι Γεννητριών Τυχαίων Αριθμών (1)
Επιθυμητά χαρακτηριστικά. Βασικά λάθη. Έλεγχος συχνότητας. Σειριακός έλεγχος.
-- Στατιστικοί Έλεγχοι Γεννητριών Τυχαίων Αριθμών (2)
Έλεγχος αυτοσυσχέτισης. Έλεγχος συνεχόμενων ροών (runs test). Έλεγχος χ2. Έλεγχος Kolmogorov-
Smirnov.
-- Παραγωγή Τυχαίων Δειγμάτων Συγκεκριμένης Κατανομής
Γιατί χρειαζόμαστε διαφορετικές κατανομές ανάλογα με το σενάριο. Αντίστροφος
μετασχηματισμός. Αποδοχή-απόρριψη. Εμπειρική μέθοδος
-- Ανάλυση αποτελεσμάτων προσομοίωσης (1)
Εκτίμηση, αναγνώριση μετρικών απόδοσης. Διαδικασία συλλογής δεδομένων. Βασικά λάθη.
-- Ανάλυση αποτελεσμάτων προσομοίωσης (2)
Κατηγοριοποίηση ανάλογα με την τρόπο ανάλυσης δεδομένων. Διαστήματα εμπιστοσύνης.
Κατηγορίες μετρήσεων.
-- Ολοκληρωμένα Παραδείγματα Σχεδίασης, Μελέτης, και Αξιολόγησης απόδοσης μοντέλων
προσομοίωσης
Αναγνώριση οντοτήτων, γεγονότων, παραμέτρων και μετρικών. Διάγραμμα ροής επιμέρους
λειτουργιών και συνολικά του μοντέλου. Πίνακας εξέλιξης χρόνου/γεγονότων. Εξαγωγή μετρικών
απόδοσης και ανάλυση αποτελεσμάτων. Μοντέλο «Χαλασμένων Μηχανών και ενός επισκευαστή»
-- Ολοκληρωμένα Παραδείγματα Σχεδίασης, Μελέτης, και Αξιολόγησης απόδοσης μοντέλων
προσομοίωσης
Αναγνώριση οντοτήτων, γεγονότων, παραμέτρων και μετρικών. Διάγραμμα ροής επιμέρους
λειτουργιών και συνολικά του μοντέλου. Πίνακας εξέλιξης χρόνου/γεγονότων. Εξαγωγή μετρικών
απόδοσης και ανάλυση αποτελεσμάτων. Μοντέλο «Δίκτυο Κουπονιού Ν κόμβων» και
«Εξυπηρετητή Ν FIFO Ουρών»
-- Ολοκληρωμένα Παραδείγματα Σχεδίασης, Μελέτης, και Αξιολόγησης απόδοσης μοντέλων
προσομοίωσης
Αναγνώριση οντοτήτων, γεγονότων, παραμέτρων και μετρικών. Διάγραμμα ροής επιμέρους
λειτουργιών και συνολικά του μοντέλου. Πίνακας εξέλιξης χρόνου/γεγονότων. Εξαγωγή μετρικών
απόδοσης και ανάλυση αποτελεσμάτων. Μοντέλο «Δύο εξυπηρετητές σε σειρά»
-- Χρήση Θεωρίας ουρών για την προσομοίωση τηλεπικοινωνιακών συστημάτων
Ορισμοί και συμβολισμοί. Ουρά Μ/Μ/1. Ουρά Μ/G/1. Ουρά Μ/D/1. Ουρά D/D/1. Παραδείγματα
Γιατί είναι σημαντική η προσομοίωση στην μελέτη, σχεδίαση, ανάπτυξη και αξιολόγηση ενός δικτύου και γενικά συστήματος. Ποιες είναι οι δυσκολίες/προκλήσεις/περιορισμοί στον σχεδιασμό και υλοποίηση ενός αξιόπιστου και μεγάλης ακρίβειας προσομοιωτικού μοντέλου. Κατανόηση όλων των βασικών πτυχών
σχεδίασης/ανάπτυξης/λειτουργίας/συντήρησης ενός προσομοιωτικού μοντέλου. Τεχνικές προσομοίωσης. Ταξινόμηση προσεγγίσεων και κατηγοριών προσομοίωσης και σχετικών τεχνικών. Με ποιο τρόπο επηρεάζει η σχεδίαση ενός προσομοιωτικού μοντέλου την μελέτη ενός δικτύου, πρωτοκόλλου ή συστήματος. Ποια η σωστή μεθοδολογία ανάλογα με την περίπτωση και ποια τα βασικά λάθη.
The course aims to study computer and network simulation techniques. The basic components of
simulation, how to develop a model and the applications of simulation in computer networks are presented.
The course material includes the types of simulation models, the mechanisms of evolution and time control,
the basic elements of more complex systems
Γιατί είναι σημαντική η προσομοίωση στην μελέτη, σχεδίαση, ανάπτυξη και αξιολόγηση ενός δικτύου και γενικά συστήματος. Ποιες είναι οι δυσκολίες/προκλήσεις/περιορισμοί στον σχεδιασμό και υλοποίηση ενός αξιόπιστου και μεγάλης ακρίβειας προσομοιωτικού μοντέλου. Κατανόηση όλων των βασικών πτυχών
σχεδίασης/ανάπτυξης/λειτουργίας/συντήρησης ενός προσομοιωτικού μοντέλου. Τεχνικές προσομοίωσης. Ταξινόμηση προσεγγίσεων και κατηγοριών προσομοίωσης και σχετικών τεχνικών. Με ποιο τρόπο επηρεάζει η σχεδίαση ενός προσομοιωτικού μοντέλου την μελέτη ενός δικτύου, πρωτοκόλλου ή συστήματος. Ποια η σωστή μεθοδολογία ανάλογα με την περίπτωση και ποια τα βασικά λάθη.
The course aims to study computer and network simulation techniques. The basic components of
simulation, how to develop a model and the applications of simulation in computer networks are presented.
The course material includes the types of simulation models, the mechanisms of evolution and time control,
the basic elements of more complex systems
Πληροφορίες
Περιεχόμενο μαθήματος
Το μάθημα στοχεύει στη μελέτη των τεχνικών προσομοίωσης υπολογιστικών συστημάτων. Παρουσιάζονται τα βασικά συστατικά στοιχεία της προσομοίωσης, ο τρόπος ανάπτυξης ενός μοντέλου και οι εφαρμογές της προσομοίωσης στα δίκτυα υπολογιστών. Η ύλη του μαθήματος περιλαμβάνει τα είδη μοντέλων προσομοίωσης, τους μηχανισμούς εξέλιξης και ελέγχου του χρόνου, τα βασικά στοιχεία της μελέτης γενικότερων συστημάτων, τους πίνακες ροής προσομοιούμενων συστημάτων. Επιπλέον, αναλύονται τα χαρακτηριστικά των τυχαίων αριθμών, οι γεννήτριες τυχαίων αριθμών και η παραγωγή τυχαίων δειγμάτων καθώς η αξιολόγησης των γεννητριών αυτών. Παρουσιάζονται οι μετρικές απόδοσης ενός συστήματος και το θέμα της οργάνωσης, συλλογής, επεξεργασίας, ανάλυσης και παρουσίασης των αποτελεσμάτων της προσομοίωσης. Στο πρακτικό/εργαστηριακό κομμάτι ο φοιτητές θα εντρυφήσουν και χρησιμοποιήσουν κυρίαρχα και ανοικτά εργαλεία προσομοίωσης δικτύων και συστημάτων σε μεγάλο πλήθος σεναριών.
Γιατί είναι σημαντική η προσομοίωση στην μελέτη, σχεδίαση, ανάπτυξη και αξιολόγηση ενός δικτύου και γενικά συστήματος. Ποιες είναι οι δυσκολίες/προκλήσεις/περιορισμοί στον σχεδιασμό και υλοποίηση ενός αξιόπιστου και μεγάλης ακρίβειας προσομοιωτικού μοντέλου. Κατανόηση όλων των βασικών πτυχών σχεδίασης/ανάπτυξης/λειτουργίας/συντήρησης ενός προσομοιωτικού μοντέλου. Τεχνικές προσομοίωσης. Ταξινόμηση προσεγγίσεων και κατηγοριών προσομοίωσης και σχετικών τεχνικών. Με ποιο τρόπο επηρεάζει η σχεδίαση ενός προσομοιωτικού μοντέλου την μελέτη ενός δικτύου, πρωτοκόλλου ή
συστήματος. Ποια η σωστή μεθοδολογία ανάλογα με την περίπτωση και ποια τα βασικά λάθη.
Μαθησιακοί στόχοι
Με την επιτυχή ολοκλήρωση του μαθήματος, οι φοιτητές θα μπορούν:
Σε επίπεδο Γνώσεων:
1. Να διαχωρίζουν την προσομοίωση από την εξομοίωση ενός συστήματος.
2. Να διακρίνουν τους τομείς όπου η προσομοίωση βρίσκει εφαρμογή καθώς και τα οφέλη της.
3. Να διακρίνουν τα δομικά στοιχεία, τα μοντέλα και τους τρόπους μελέτης των συστημάτων.
4. Να ξεχωρίζουν την προσομοίωση διακριτών γεγονότων και την προσομοίωση συνεχούς χρόνου.
5. Να γνωρίζουν τους μηχανισμούς εξέλιξης και ελέγχου του χρόνου της προσομοίωσης.
6. Να ξεχωρίζουν τα βασικά στοιχεία της μελέτης συστημάτων.
7. Να επιλέγουν μέθοδο ελέγχου γεννητριών τυχαίων αριθμών.
8. Να αναλύουν την παραγωγή τυχαίων δειγμάτων.
9. Να υπολογίζουν τις κατάλληλες μετρικές απόδοσης ενός συστήματος.
Σε επίπεδο Δεξιοτήτων
1. Να δύνανται να προσδιορίζουν τα γεγονότα και την εξέλιξη της ροής του χρόνου σε βασικά
σενάρια βλαβών μηχανών.
2. Να γνωρίζουν τα είδη μοντέλων της προσομοίωσης.
3. Να γνωρίζουν τα συστατικά ενός μοντέλου προσομοίωσης διακριτών χρόνων.
4. Να υπολογίζουν τους πίνακες ροής προσομοίωσης για προσομοιούμενο τοπικό δίκτυο.
5. Να εκτελούν τη συλλογή των δεδομένων μίας προσομοίωσης.
6. Να αναλύουν τα αποτελέσματα της προσομοίωσης.
7. Να εκτελούν στατιστική ανάλυση των αποτελεσμάτων.
Σε επίπεδο Ικανοτήτων
1. Να έχουν γνώση των εργαλείων και των τεχνικών σχεδιασμού και προσομοίωσης δικτύου.
2. Να συνεργάζονται με τους συμφοιτητές τους για να οργανώσουν και να παρουσιάσουν μια
ομαδική εργασία στα πλαίσια των στόχων του μαθήματος.
3. Να μπορούν να χειρίζονται κατάλληλο λογισμικό προσομοίωσης δικτύων καθώς και
πειραματικό εξοπλισμό από το εργαστήριο Ασύρματων και Κινητών Επικοινωνιών.
Το μάθημα στοχεύει στη μελέτη των τεχνικών προσομοίωσης υπολογιστικών συστημάτων. Παρουσιάζονται τα βασικά συστατικά στοιχεία της προσομοίωσης, ο τρόπος ανάπτυξης ενός μοντέλου και οι εφαρμογές της προσομοίωσης στα δίκτυα υπολογιστών. Η ύλη του μαθήματος περιλαμβάνει τα είδη μοντέλων προσομοίωσης, τους μηχανισμούς εξέλιξης και ελέγχου του χρόνου, τα βασικά στοιχεία της μελέτης γενικότερων συστημάτων, τους πίνακες ροής προσομοιούμενων συστημάτων. Επιπλέον, αναλύονται τα χαρακτηριστικά των τυχαίων αριθμών, οι γεννήτριες τυχαίων αριθμών και η παραγωγή τυχαίων δειγμάτων καθώς η αξιολόγησης των γεννητριών αυτών. Παρουσιάζονται οι μετρικές απόδοσης ενός συστήματος και το θέμα της οργάνωσης, συλλογής, επεξεργασίας, ανάλυσης και παρουσίασης των αποτελεσμάτων της προσομοίωσης. Στο πρακτικό/εργαστηριακό κομμάτι ο φοιτητές θα εντρυφήσουν και χρησιμοποιήσουν κυρίαρχα και ανοικτά εργαλεία προσομοίωσης δικτύων και συστημάτων σε μεγάλο πλήθος σεναριών.
Γιατί είναι σημαντική η προσομοίωση στην μελέτη, σχεδίαση, ανάπτυξη και αξιολόγηση ενός δικτύου και γενικά συστήματος. Ποιες είναι οι δυσκολίες/προκλήσεις/περιορισμοί στον σχεδιασμό και υλοποίηση ενός αξιόπιστου και μεγάλης ακρίβειας προσομοιωτικού μοντέλου. Κατανόηση όλων των βασικών πτυχών σχεδίασης/ανάπτυξης/λειτουργίας/συντήρησης ενός προσομοιωτικού μοντέλου. Τεχνικές προσομοίωσης. Ταξινόμηση προσεγγίσεων και κατηγοριών προσομοίωσης και σχετικών τεχνικών. Με ποιο τρόπο επηρεάζει η σχεδίαση ενός προσομοιωτικού μοντέλου την μελέτη ενός δικτύου, πρωτοκόλλου ή
συστήματος. Ποια η σωστή μεθοδολογία ανάλογα με την περίπτωση και ποια τα βασικά λάθη.
Με την επιτυχή ολοκλήρωση του μαθήματος, οι φοιτητές θα μπορούν:
Σε επίπεδο Γνώσεων:
1. Να διαχωρίζουν την προσομοίωση από την εξομοίωση ενός συστήματος.
2. Να διακρίνουν τους τομείς όπου η προσομοίωση βρίσκει εφαρμογή καθώς και τα οφέλη της.
3. Να διακρίνουν τα δομικά στοιχεία, τα μοντέλα και τους τρόπους μελέτης των συστημάτων.
4. Να ξεχωρίζουν την προσομοίωση διακριτών γεγονότων και την προσομοίωση συνεχούς χρόνου.
5. Να γνωρίζουν τους μηχανισμούς εξέλιξης και ελέγχου του χρόνου της προσομοίωσης.
6. Να ξεχωρίζουν τα βασικά στοιχεία της μελέτης συστημάτων.
7. Να επιλέγουν μέθοδο ελέγχου γεννητριών τυχαίων αριθμών.
8. Να αναλύουν την παραγωγή τυχαίων δειγμάτων.
9. Να υπολογίζουν τις κατάλληλες μετρικές απόδοσης ενός συστήματος.
Σε επίπεδο Δεξιοτήτων
1. Να δύνανται να προσδιορίζουν τα γεγονότα και την εξέλιξη της ροής του χρόνου σε βασικά
σενάρια βλαβών μηχανών.
2. Να γνωρίζουν τα είδη μοντέλων της προσομοίωσης.
3. Να γνωρίζουν τα συστατικά ενός μοντέλου προσομοίωσης διακριτών χρόνων.
4. Να υπολογίζουν τους πίνακες ροής προσομοίωσης για προσομοιούμενο τοπικό δίκτυο.
5. Να εκτελούν τη συλλογή των δεδομένων μίας προσομοίωσης.
6. Να αναλύουν τα αποτελέσματα της προσομοίωσης.
7. Να εκτελούν στατιστική ανάλυση των αποτελεσμάτων.
Σε επίπεδο Ικανοτήτων
1. Να έχουν γνώση των εργαλείων και των τεχνικών σχεδιασμού και προσομοίωσης δικτύου.
2. Να συνεργάζονται με τους συμφοιτητές τους για να οργανώσουν και να παρουσιάσουν μια
ομαδική εργασία στα πλαίσια των στόχων του μαθήματος.
3. Να μπορούν να χειρίζονται κατάλληλο λογισμικό προσομοίωσης δικτύων καθώς και
πειραματικό εξοπλισμό από το εργαστήριο Ασύρματων και Κινητών Επικοινωνιών.
