Устройство для моделирования систем массового обслуживания Советский патент 1983 года по МПК G06N7/08 

Устройство относится к вычислительной технике и может быть использовано для статистического моделирования приоритетных систем массового j обслуживания (СМО).

Известно устройство для моделирования СМО, содержащее генераторы обслуженных заявок, регистр управляющего слова, дешифратор, элементы ИЛИ, блоки элементов И ..

Это устройство не позволяет моделировать СМО с ограниченной очередью, ненадежным обслуживающим прибором, определить характеристики систем.

Наиболее близким к изобретению является устройство дпя моделирования СМО, содержащее генератор импульсов, первый, второй и третий счетчики, элемент ЗАПРЕТ, элемент И, первый и второй генераторы случайного потока импульсов, реверсивный счетчик и блок сравнения, причем выход первого генератора случайного потокаимпульсов соединен с первым счетчиком и первым входом элемента И, а через элемент ЗАПРЕТ - с суммирующим входом реверсивного счетчика, связанного с блоком сравнения, выход элемента И соединен с .вторым счетчиком, выход второго генератора случайного потока импульсов соединен также с одним управляющим входом генератора импульсов .

Однако это устройство не позволяет моделировать СМО с произвольным числом входных потоков, абсолютным приоритетом, очередью, различными дисциплинами возобновления обслуживания после восстановления обслужиfOвающего прибора.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства за ет моделирования различных дисциплин возобновления обслужива15ния произвольного числа входных потоков .

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее генератор случайного потока импульсов

20 и первый измерительный канал, состоящий из первого элемента ЗАПРЕТ, генератора импульсов, первого элемента И, блока случайной временной задержки, двух элементов иЛи, трех

25 счетчиков импульсов, реверсивного счетчика, генератора случайных импульсов, выход которого соединен с вхЬдбм первого счетчика импульсов, информационным входом первого эле30мента ЗАПРЕТ и первым входом перво-ГО элемента И, второй вход которого подключен к выходу блока сравнения и управляющему входу первого элемен та ЗАПРЕТ, выход которого соединен с суммирующим аходом реверсивного счетчика, разрядные выходы которого подключены соответственно к входам первого элемента ИЛИ, выход перепол нения реверсивного счетчика соедине с входом блока сравнения, выход пер вого элемента И подключен к входу второго счетчика, выход генератора случайного потока импульсов соедине с входом запрета работы генератора импульсов, дополнительно введены общий элемент И, общий элемент ЗАПРЕТ, две группы по (п-1) элементов ИЛИ и (п-1) измерительных канал а в каждый измерительный канал введ ны второй элемент И, первый триггер и второй элемент ЗАПРЕТ, i-й измери тельный канал (,n) содержит третий элемент ИЛИ, второй триггер и третий элемент И, k-й измерительный канал , п-1) дополнительно содер жит третий элемент ЗАПРЕТ, причем выход генератора случайного потока импульсов соединен с первым входом общего элемента И, информационным входом общего элемента ЗАПРЕТ и пер выми входами запрета работы генераторов импульсов i-X Измерительных каналов, управляющий вход общего. элемента, ЗАПРЕТ и второй вход общег элемента И объединены и являются управляющим входом устройства, выхо генератора импульсов в каждом измерительном канале подключен к входу блока случайной временной задержки и единичному входу первого триггера выход блока случайной временной задержки первого канала соединен с нулевым входом первого триггера, а выход блока случайной временной задержки i-го канала подключен к первому входу третьего элемента ИЛИ, выход которого соединен с нулевым входом первого триггера, единичный выход первого триггера в каждом измерительном канале соединен с информационным входом второго элемента ЗАПРЕТ, а нулевой выход триггера - с первым входом второго элемента И, выход которого подключен к входу запуска генератора импульсов, первые входы всех вторых элементов ИЛИ объединены и соединены с выходо общего элемента ЗАПРЕТ, вторые вход всех вторых элементов ИЛИ объединен и соединены с выходом общего элемен та И, выход второго элемента ИЛИ в каждом .измерительном канале соеди нен с управляющим входом второго элемента ЗАПРЕТ, выход второго элемента ЗАПРЕТ первого измерительного канала подключен к входу третьего счетчика и вычитающему входу реверсивного счетчика, выход второго элемента ЗАПРЕТ 1-го измерительного канала соединен с входом третьего счетчика, вычитающим входом реверсивного счетчика и нулевым входом второго триггера, единичный вход которого подключен к выходу третьего элемента И, а единичный выход - к первому входу (i- 1)-го элемента ИЛИ первой группы, выход которого подключен к управляющему входу третьего элемента ЗАПРЕТ (i-l)-ro измерительного канала и второму входу (i-2)-ro элемента ИЛИ первой группы, выход первого элемента ИЛИ п-го измерительного канала соединен с вторым входом второго элемента И своего измерительного канала, выход первого элемента ИЛИ k-ro измерительного канала соединен с информационным .входом третьего элемента ЗАПРЕТ своего измерительного канала, выход которого подключен к второму входу второго элемента И и к первому входу k-ro элемента ИЛИ второй группы, выход которого соединен с вторым входом (k+l)-ro элемента ИЛИ второй группы, третьим входом второго элемента ИЛИ, вторым входом третьего элемента ИЛИ и вторым входом запрета работы генератора импульсов (k+1)-ro измерительного канала, первый вход третьего элемента И i-ro измерительного канала соединен с единичным выходом первого триггера, а второй вход - с первым входом второго элемента ИЛИ этого же измерительного канала. Рассмотрим устройство для моделирования систем массового обслуживания на примере СМО с тремя потоками заявок на обслуживание. На чертеже изображена блок-схема этой модели. Блок-схема содержит первый генератор .1 случайного потока импульсов, первый счетчик 2, первый элемент. ЗАПРЕТ 3, первый элемент И 4, второй счетчик 5, реверсивный счетчик 6, блок 7 сравнения, первый элемент ИЛИ 8, третий элемент ЗАПРЕТ 9, второй элемент И 10, генератор 11 импульсов, блок 12 случайных временных задержек, первый элемент ИЛИ 13, первый триггер 14, второй элемент ЗАПРЕТ 15, третий счетчик 16, второй элемент ИЛИ 17, третий элемент И 18, второй триггер 19, элементы ИЛИ 20 и 21 второй и первой группы, второй генератор 22 случайного потока импульсов, общий элемент ЗАПРЕТ 23, общий элемент И 24, управляющий вход 25 устройства. Генераторы 1 случайного потока импульсов имитируют входные потоки заявок на обслуживание различных приоритетов. Генераторы генерируют импульсы со случайным периодом пов торения y . Счетчики 2 считают общее число поступивших на обслуживание.заявок различных приоритетов. Счетчики 5 считают число заявок различных приоритетов, получивших отказ в обслуживании по причине занятости всех мест в очереди. Реверсивные счетчики 6 имитирую очередь в СМО. Генераторы 11 импульсов и одноканальные блоки 12 случайных време ных задержек имитируют обслуживающий прибор со случайным временем обслуживания. Счетчики 16 считают число обслу женных заявок различных приоритетов. Генератор 22 случайного потока импульсов генерирует импульсы, имитирующие отказы обслуживающего прибора. Генератор генерирует импульсы со случайным периодом повторения Ту и случайной длительности-Ги / имитирующей время восстановления обслуживающего прибора. Устройство может работать в двух режимах: в режиме моделирования СМО е возобновлением обслуживания после восстановления обслуживающего прибо ра с прерванной отказом заявки и в режиме моделирования СМО с возобнов лением обслуживания с заявки высшег приоритета. Устройство работает следующим образом. Режим моделирования СМО с возобновлением обслуживания после восстановления обслуживакицего прибора с прерванной отказом заявки. На управляющий вход 25 устройств подается нулевой сиг-нал, элемент И 24 находится в закрытом состояний а элемент ЗАПРЕТ 23 .- в открытом. Рассмотрим работу канала моделирования на примере второго канала. В исходном состоянии триггер 14 это го канала находится в нулевом состоянии, элемент И10 - в открытом. Импульсы от генератора 1 случайных импульсов этого канала через открытый элемент ЗАПРЕТ 3 поступают на . суммирующий вход реверсивного счетчика 6, который ведет подсчет поступивших импульсов, имитируя заняти заявками мест в очереди. Разрешающи потенциал с выходов разрядов реверсивного счетчика 6 через многовходовый элемент ИЛИ 8 и открытые элементы ЗАПРЕТ 9 и И 10 запускает ген ратор 11 импульсов своего канала моделирования а через элеме(т ИЛИ запрещает работу генератора 11 импульсов третьего канала моделирования . Импульс с выхода генератора 11 импульсов поступает в однокангшь ный блок 12 случайных временных задержек и устанавливает триггер 14 в единичное состояние, закрывая тем самым элемент И 10 и запрещая повторный запуск генератора 11 импульсов. Задержанный импульс через открытый элемент ЗАПРЕТ 15 уменьшает содержимое реверсивного счетчика 6 на единицу, имитируя окончание обслуживания одной заявки и освобождение одного места в очереди, и увеличивает на единицу содержимое счетчика 16 обслуженных заявок. Имитируя заполнение всех мест в очереди, блок 7 сравнения выдает сигнал, который закрывает элемент ЗАПРЕТ 3. и открывает элемент И 4. Счетчик 5 начинает считать импульсызаявки потерянные по причине за-г нятости всех мест в очереди. Пусть во время обслуживания за- явки из второго потока поступает заявка-импульс генератора 1 случайного потока импульсов в первом канале моделирования. Этот импульс, пройдя через открытый элемент ЗАПРЕТ 3, поступает на суммирующий вход реверсивного счетчика 6. Разрешающий потенциал с выхода разрядов реверсивного счетчика 6 через многовходовый элемент ИЛИ 8 и открытые элементы ЗАПРЕТ 10 запускает генефатор 1 импульсов в первом канале моделирования, запрещает работу генератора 11 импульсов второго канала, через элемент ИЛИ 13 устанавливает и триггер в нулевое состояние, а через элемент ИЛИ 17 закрывает схему ЗАПРЕТ 15 во втором канале моделирования . Сигнал с единичного выхода триггера 14 второго канала модёлирования никуда не поступает, так как элемент ЗАПРЕТ 15 находится в закрытом состоянии. Таким образом, с приходом заявки более высокого приоритета прерывается обслуживание заявки низшего приоритета и начинается обслуживание поступившей заявки. Пусть во время обслуживания заявки из второго потока в системе пройдет отказ. Имитируя отказ обслуживакицего прибора, генератор 22 случайного потока импульсов генерирует импульс, который на время своей длительности останавливает работу генератора 11 импульсов. Этот же импульс, пройдя открытый элемент ЗАПРЕТ 23, открывает элемент И 18, а через элемент ИЛИ 17 закрывает элемент ЗАПРЕТ 15. Импульс с выхода блока 12 случайных временных задерек через элемент ИЛИ 13 устанавливает триггер 14 в нулевое состояние. игнал с единичного выхода триггера 14 через открытый элемент И 18 усанавливает- триггер 19 в единичное

состояние. Единичный потенциал с единичного выхода триггера 19 через элемент ИЛИ 21 удерживает в закрытом состоянии элемент ЗАПРЕТ 9 первого канала моделирования, запрещая тем . самым обслуживание заявок из первого потока после восстановления обслуживающего прибора. Поэтому после восстановления обслуживающего прибора обслуживание возобновляется с прерванной отказом заявки из чторого потока. После обслуживания прерванной заявки триггер 19 во втором канале моделирования устанавливается в нулевое состояние и открывается элемент ЗАПРЕТ 9 в первом канале моделирования. Для правильного моделирования отказа обслуживающего прибора необходимо, чтобы выполнялось условие

иwin -bag way.

где К - минимальная длительност импульса, генерируемого . генератором 22 случайного потока импульсов, t4 „ - максимальное время заАО О- гТЮТЛ.

. держки импульсов в одноканальном блоке 12 случайных временных задержек .

Режим моделирования СМО с возобновлением обслуживания после восстановления обслуживающего прибора с заявки высшего приоритета.

На управляющий вход 25 устройства подается единичный сигнал. Элемен И 24 находится в открытом состоянии, а элемент ЗАПРЕТ 23 - в закрытом.

Пусть во время обслуживания заяв- ки из второго потока в системе .происходит отказ обслуживающего прибора. Имитируя отказ обслуживающего прибора, генератор 22 случайного потока импульсов генерирует импульс, который на время своей длительности останавливает работу генератора 11 импульсов, а через открытый элемент И 24 и элемент ИЛИ 17 закрывает элемент ЗАПРЕТ 15. Импульс с выхода блока 12 случайных временных задержек, через элемент ИЛИ 13 з(станавливает триггер 14 в .нулевое состояние. Сигнал С единичного выхода триггера 14 теряетвн, так как элемент ЗАПРЕТ 15 и элемент И 18 находятся в закрытом состоянии. Элемент ЗАПРЕТ 9 в первом канале моделирования открыт Поэтому после восстановления обслуживакяцего прибора в системе, в случае, если в очереди имеются заявки из первого потока, сигнал с выходов разрядов реверсивного счетчика б первого канала моделирования через многовходовый элемент ИЛИ 8

я открытый элемент ЗАПРЕТ 9 запрещает работу генератора 11 импульсов второго канала моделирования, а через открытый элемент И 10 запускает генератор 11 импульсов своего канала. Таким образом, обслуживание в системе возобновляется с заявки высшего приоритета.

Устройство позволяет получить следующие характеристики СМО:

Р . - вероятность обслуживания

заявки i-го потока; Pj . - вероятность отказа в обслуживании заявк.и t -го потока по причине занятоти всех мест в очереди; L . - средняя длина очереди завок i-го потока.

Эти характеристики можно получит по формуле

N

OS1,

где N ,N. ,N - показания к концу

21

эксперимента счетчиков 2, 5, 16 i-r канала моделирования;

- k - показание реверсивN

6ici ного счетчика 6, зафиксированное m раз во время эксперимента в i-OM канале моделирования .

Аналогичным образом работает устройство для моделирования систем массового обслуживания с произвольным числом потоков заявок на обслуживание.

Использование устройства для моделирования приоритетных систем массового обслуживания позволит значительно уменьшить затраты на получение характеристик СМО по сравнению с методом статистического моделирования на ЭВМ.

Устройство позволяет моделировать широкий круг приоритетных СМО:с про извольным числом входных потоков заявок, абсолютным приоритетом, не надежным обслуживающим прибором, случайным временем обслуживания, ограниченной очередью, различными дисциплинами возобновления обслуживания после восстановления обслуживающего прибора.

Формула изобретения

Устройство для моделирования систем массбвого обслуживания, содержащее генератор случайного потока импульсов и первый измерительный

канал, состоящий из первого элемента ЗАПРЕТ, генератора импульсов, первого элемент И, блока случайной временной задержки, двух элементов ИЛИ, трех счетчиков импульсов, реверсивного, счетчика, генератора случайных импульсов, выход которого соединен с входом первого счетчика импульсов, информационным входом первого элемента ЗАПРЕТ/и первым входом первого элемент И, второй вход которого подключён к выходу блока сравнения и управлянмцему входу первого элемента ЗАПРЕТ, выход которого соединен, с суммируннцим входом реверсивного счетчика, разрядные выходы которого подключены соответственно к входам первого элемента ИЛИ, выход переполнения реверсивного счетчика соединен с входом блока сравнения, выход первого элемента И подключен к входу второго счетчика, выход генератора случайного потока импульсов соединен с входом запрета работы генератора импульсов, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей устройства за счет моделирования различных дисциплин возобновления обслуживания произвольного числа входных потоков, оно дополнительно содержит общий элемент И, общий элемент ЗАПРЕТ, две группы по (п-1) элементов ИЛИ и (п-1) измерительных каналов, а в каждый измерительный канал введены второй злемент И, первый триггер и второй элемент ЗАПРЕТ, i-и измерительный канал (, п) содержит третий элемент ИЛИ второй триггер и третий элемент И, k-й измерительный канал , п-1) дополнительно содержит третий элемен ЗАПР-ЕТ, причем выход генератора случайного потока импульсов соединен с первым входом общего элемента И, информационным входом общего элемента ЗАПРЕТ и первыми входами запрета работы генераторов импульсов i-x измерительных каналов, управляющий вход общего элемента ЗАПРЕТ и второй вход общего элемента И соединены и являются управляющим.входом устройст ва, выход генератора импульсов в каждом измерительном канале подключе к входу блока случайной временной задержки и единичному входу первого триггера, выход блока случайной. временной задержки первого канала соединен с нулевым входом первого триггера, а выход блока случайной временной задержки 1-го кангша подключен кПервому входу третьего элемента ИЛИ, выход которого соединен с нулевым входом первого триггера.

единичный выход первого триггера в каждом измерительном канале соединен с информационным входом второго элемента ЗАПРЕТ, а нулевой выход триггера - с первЕлм входом второго

элемента И, выход которого подключен к входу запуска - генератора импульсов,первые входа всех вторых элементов

ИЛИ объединены и соединены с выходом общего элемента ЗАПРЕТ, вторые ,входа всех вторых элементов ИЛИ объединены и соединены с выходом общего элемента И, выход второго элемента ИЛИ в каждом измерительном канале соединен с управляющим входом второго элемента ЗАПРЕТ, выход второго элемента ЗАПРЕТ первого измерительного канала подключен к входу третьего счетчика и вычитающему входу реверсивного счетчика, выход второго, элемента ЗАПРЕТ i-го измерительного канала соединен с входом третьего счетчика, вычитающим входом реверсивного счетчика и нулевым входом второго триггера, единичный вход которого подключен к выходу третьего элемента И, а единичный выход первому входу {i-l)-ro элемента ИЛИ

первой группы, выход которого подключен к управляющему входу третьего элемента ЗАПРЕТ (5 - 1)-го измерительного канала и второму входу (i- 2)-го элемента ИЛИ первой группы, выход первого элемента ИЛИ п-го измерительного канала соединен с вторым входом второго элемента И своего измерительного канала, выход первого элемента ИЛИ k-ro измерительного канала соединен с информационным входом третьего элемента ЗАПРЕТ своего измерительного канала, выход которого подключен к второму входу второго элемента И и первому входу k-ro элемента ИЛИ второй группы, выход которого соединен с вторым входом (k+1)-ro элемента ИЛИ второй группы, третьим входом второго элемента ИЛИ, вторым входом третьего элемента ИЛИ и вторым входом запрета работы генератора импульсов (k+1)-ro измерительного канала, первый вход третьего jieMeHTa И i-ro измерительного соединен с единичным выходом первого триггера, а второй вход - с первым входом второго элемента ИЛИ этого же измерительного канала.

Источники инфсфмации,. ринятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР 590748, кл. G 06 F 15/20, 1975.

2.Авторское свидетельство СССР 450178, кл. G 06 F 15/20, 1973 (прототип).