Устройство для моделирования систем массового обслуживания Советский патент 1988 года по МПК G06N7/08 

СлЭ

со

со

со

Изобретение относится к специализированным вычислительным средствам, может быть использовано при моделировании работы системы массового обслуживания и является усовершенствованием устройства по авт.св. № 1290342,

Цель изобретения - расширение

сравнения сравнивает теку- заявок в системе с допустиБлок 7 щее число мым.

Блок 52 моделирования отказов содержит шестой 53, седьмой 54, пятый 55, четвертый 56, третий 57 и второй

58управляющие входы блока, первый

59и второй 60 информационные входы.

Изобретение относится к специализированным вычислительным средствам и может быть использовано при моделировании работы системы массового обслуживания. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства за счет моделирования систем массового обслуживания с отказами. Для этого в устройство введен блок моделирования отказов, содержащий три генератора случайных чисел, три узла сравнения, накапливающий сумматор,сумматор,узел вычитания,триггер,два элемента задержки,два элемента ИЛИ, три элемента И, одиннадцать блоков элементов И. Устройство позволяет моделировать и определять вероятно- временные характеристики системы мас сового обслуживания с ограниченными очередями с учетом отказов и случайными временами восстановления и обслуживания. 2 ил. (Л

функциональных возможностей устройст-JQ второй 61 и первый 62 информационные

выходы, первый управляющий вход 63, первый 64, второй 65 и третий 66 генераторы случайных чисел, первый 67, второй 68 и третий 69 узлы сравнения, накапливающий сумматор 70,

15

20

25

на за счет моделирования систем мас- coBord обслуживания (CMC) с отказами

На фиг.1 представлена схема устройства для моделирования СМО; на фиг.2 - схема блока моделирования отказов.

Устройство для моделирования СМО содержит генератор 1 тактовых импульсов, счетчик 2 импульсов, счетчики 3 и 4 соответственно обслуженных и поступивших заявок, первый 5, второй 6 и третий 7 блоки сравнения, первый 8 и второй 9 элементы ИЛИ, первьп 10 и второй 11 элементы И, элемент 12 запрета, четвертый 13, шестой 14, пятый 15, третий 16 и седьмой 17 элементы И, реверсивный счетчик 18 числа заявок в системе, первый 19 и второй 20 накапливающие сумматоры, генератор 21 случайных чисел, триггер 22, ЗО первый 23, второй 24, третий 25, четвертый 26, пятый 27, шестой 28 и седьмой 29 элементы задержки, первый 30 и второй 31 блоки деления, элемент 11Щ{-НЕ 32, блок 33 элементов ИЛИ, второй 34, третий 35, четвертый 36, пятый 37, шестой 38, первый 39, седьмой 40, восьмой 41, девятый 42 и десятый 43 блоки элементов И, первый 44 и второй 45.дешифраторы, вход 46 задания допустимой длины очереди, вход 47 задания времени обслуживания, выход 48 определения вероятности обслуживания заявок, выход 49 определения среднего времени обслуживания заявок, выход 50 задания времени моделирования, вход 51 запуска и блок 52 моделирования отказов.

Блок 5 сравнения выполняет сравнение времени окончания обслуживания заявки с заданным временем моделирования.

Сумматор 19 формирует время поступления очередного сообщения на вход системы.

Блок 6 сравнения сравнивает время поступления очередной заявки в систему с временем окончания обслуживания предыдущей заявки.

35

40

45

50

55

сумматор 71, узел 72 вычитания, три1- гер 73, первый 74 и второй 75 элементы задержки, первый 76 и второй 77 элементы ИЛИ, первый 78, второй 79 и третий 80 элементы И, первый 81, второй 82, третий 83, четвертый 84, пятый 85, шестой 86, седьмой 87, восьмой 88, девятый 89,десятый 90 и одиннадцатый 91 блоки элементов И.

Узел 67 сравнения предназначен для сравнения моментов времени наступления очередного отказа и времени поступления на обслуживание i-й заявки, а узел 68 сравнения - для сравнения времени поступления i-й заявки и времени окончания восстановления очередного отказа.

Узел 72 вычитания используется для получения разности времен окончания восстановления и поступления i-й заявки в систему.

Блок 69 сравнения предназначен для сравнения времени окончания обслуживания i-й заявки и времени наступления очередного отказа.

Накапливающий сумматор 79 применяется для формирования случайного времени наступления очередного отказа в системе, а сумматор 71 - для формирования времени окончания восстановления системы после очередного отказа путем суммирования времени наступлени очередного отказа и времени восстанов ления.

Генератор 65 случайных чисел предназначен для формирования случайного числа, представляющего время обслуживания i-й заявки, генератор 66 - для получения случайного числа, необходимого для формирования времени наступления отк;аза, а генератор 64 - для формирования случайного числа, представляющего время восстановления.

выходы, первый управляющий вход 63, первый 64, второй 65 и третий 66 генераторы случайных чисел, первый 67, второй 68 и третий 69 узлы сравнения, накапливающий сумматор 70,

5

0

5

О

5

0

5

0

5

сумматор 71, узел 72 вычитания, три1- гер 73, первый 74 и второй 75 элементы задержки, первый 76 и второй 77 элементы ИЛИ, первый 78, второй 79 и третий 80 элементы И, первый 81, второй 82, третий 83, четвертый 84, пятый 85, шестой 86, седьмой 87, восьмой 88, девятый 89,десятый 90 и одиннадцатый 91 блоки элементов И.

Узел 67 сравнения предназначен для сравнения моментов времени наступления очередного отказа и времени поступления на обслуживание i-й заявки, а узел 68 сравнения - для сравнения времени поступления i-й заявки и времени окончания восстановления очередного отказа.

Узел 72 вычитания используется для получения разности времен окончания восстановления и поступления i-й заявки в систему.

Блок 69 сравнения предназначен для сравнения времени окончания обслуживания i-й заявки и времени наступления очередного отказа.

Накапливающий сумматор 79 применяется для формирования случайного времени наступления очередного отказа в системе, а сумматор 71 - для формирования времени окончания восстановления системы после очередного отказа путем суммирования времени наступления очередного отказа и времени восстановления.

Генератор 65 случайных чисел предназначен для формирования случайного числа, представляющего время обслуживания i-й заявки, генератор 66 - для получения случайного числа, необходимого для формирования времени наступления отк;аза, а генератор 64 - для формирования случайного числа, представляющего время восстановления.

Устройство работает слелуюп 1м образом.

При поступлении сигнала запуска на вход генератора 1 он зъпает импульсы, которые поступают на информацион- Hbtfi вхол счетчика 2, который с дешифратором 44 вырабатывает сигналы, оп- ределяюише такты работы устройства. Цикл работы устройства осуществляется за пять тактов.

Устройство работает в двух режимах: режим 1 - моделирование СМО с очередями и случайным временем обслу- Ж1твания без учета отказов; режим 2 - моделирование CMCI с очередями, случайным временем обсл т сивания с учетом откатов и слу1гл1 иым FTi -iMPHc-M носста- ночления.

Исходное состояние блок(в устройства: тригг ер 22, счетчики 2,3,4 и 18, сумматор. 19 и 20 - и нулевом состоянии, п блоке 52 моделирования отказов, триггер 73, сумматорг ; 70 и

71, узел 72 вычитания - в нулевом

состоянии. По входам 50,46 и оЗ подаются величины,соответственно залам- ного времени моделирования Т,, допустимой длины очереди 1дсп потенциал, определяю1.ций режимы работы уст- ройства (отсутствие сигнала нд входе 63 - в режим 1, наличие сиптала на входе 63 - режим 2).

В режиме 1 устройство работает следующим образом.

В первом такте сигнал от первого выхода дешифратора 44 через открьгтьй элемент И 10 (триггер 22 в нулевом состоянии) запускает генератор 21 случайных чисел, а также, пройдя через элемент 29 задержки, разрешает запись полученного генератором 21 случайного числа в сумматор 19. Сигнал в элементе 29 задержки задержи- вается на гфемя, необходимое для полу чения случайного числа. Сигналом от первой шины де1Ш фратора 44 через элемент И 10 счетчик 4 устанавливас-т ся в i-e состояние, фиксируя при этом поступление сообщения на вход устройства. При поступлении только первого сообщения на первом выходе дешифратора 45 появляется сигнал, который считывается первым тактовым сигналом, прошедЕМм через элемент 28 задержки. Последний задерживает тактовый сигнал на время, достаточное для установления на первом выходе дешифратора 45 устойт ивого сигнала. Сигнал с выхода

г лемента И 17 через элемент ИШТ 8 разрешает подачу в накапливаюш й сумматор 20 случайного времени обслуживания tggj. через блок 42 элементов И и блок 3j. Величина t g. формируется с помощью генератора 65 случайных чисел по сигналу с первой шины дешифратора 44 (вход 53 блока 52 моделирования отказов). Одновременно сигнал с выхода элемента И 17, пройдя через элемент 27 задержки, разрешает через блок 41 элементов И подачу в накапливающий сумматор 20 содержимого сумматора 19, т.е. времени поступления

0

сообщения в систему t

пост

Элемент

27 задержки залерж1гвает сигнал на время, необходимое лля записи и суммирования случ 1Йног о числа в накапливающем сумматоре 19. Таким образом, л первом цикле работы устройства в сумматоре 20 получается t

+ t

t +

npci 1

c6f

,T,e. время окончания обслужи

вания первого сообщения. В последую- iriHx цггклах в сумматоре 20 формируется время окончании обслуживания i-ro сообгцения t Д;; ; .

Во втором такте по сигналу от второго выхода дешифратора 44 нл блок 6 сравнения через блоки 38 и 39 элементов подаются величины соответственно време}1И поступления i-ro сообщения и времени окончания обсл: живаг

НИ5 , . предыдущего очередного сообщения .

В третьем такте анализируются результаты сравнения: ок -ft i-1

. Ok оГс j., .

- ОСТ

t ncc

t . t

(1)

(2)

д

50

5

Если условие (l) выполняется, сигнал с элемента И 13 поступает на единичный вход триггера 22 и на вычитающий вход реверсивного счетчика 18, уменьшая его содержимое на единицу. Если выполняется условие (2), по управляющему сигналу с выхода блока 6 сравнения через блок 39 элементов И на блок 7 сравнения подается содержимое реверсивного счетчика 18 (текущая длина очереди 1 В блоке 7 сравнения происходит сравнение текущего и допустимого чисел заявок в системе 1 АОП Если условие вьшолняется, на выходе блока 7 сравнения возникает сигнал.

В четвертом такте при выполнении условия (2) и при отсутствии сигнала

5

с выхода блока 7 сравнения (длина очереди не превьпиает допустимую) сигнал через элемент И поступает на суг-1мирую1 шй вход реверсивного счетчика 18, увеличивая его состояние на единицу, имитируя при этом постановку сообгцения в очередь на обработку. При наличии сигнала с выхода блока 7 сравнения блокируется суммирующий вход счетчика 18 сигналом на инверсном вх(5де элемента И 14, При этом ишттируется отказ СМО в обслуживании сообщения в связи с ограниченной очередью. При выполнении условия (2) сигнал с четвертого выхода дешифратора 44 через элемент И 15 устанавливает триггер 22 в нулевое состояние. При Т,„ - t ,- и при нулевом значени

Э о 4 о Р с

реверсивного счетчика 18 (вся очеред сообщений обслужена) сигнал с четвертого вькода дешифратора 44 через элементы И 16 и ИШ-5 9 поступает на уста новочкьш вход накапливающего сумматора 20, устанавливая его в нулевое со тояиие, а пройдя через элемент 26 за деряски, разрешает запись в сумматор 20 времени поступления i-ro сообгцени tnLfj через блоки элементов И 40 и ШШ 33, элемент 26 задержки задержи- вает сигнал на время установления сумматора 20 в нулевое состояние.

В пятом такте сигнал на пятом йы- ходе дешифратора 44 анализирует состояние триггера 22. Ксли триггер 22 находится в единичном состоянии (состояние обслуживания),, сигнал через элементы И 11 и ИЛИ 8 поступает на управляющие входы блока 42 элементов И, разрешая при этом подачу в накапливающий сумматор t gff. через блок

33элементов ИЛИ, а также сигнал с выхода элемента И 11, пройдя через элемент 23 задержки, разрешает подачу на второй вход блока 5 сравнения содержимого сумматора 20 через блок

34элементов И, т.е. времени окончания обслуживания очередного i-ro

сообщения .. Элемент 23 задержки

должен задержать сигнал на время, необходимое для суммирования в сумматоре 20 t .+ t gj . Сигнал с выхода элемента 23 задержки, пройдя через элемент 24 задержки и элемент 12 запрета, при отсутствии сигнала от блока 5 сравнения поступает на счет- иьп вход счетчика 3, фиксируя при этом факт обслуткивания очередного i-ro сообщения. При вьтолнении усло

0

5

вия Т

з«А

7 t

oSc i

на выходе блока 5

сравнения возникает сигнал, свидетельствующий об окончании процесса моделирования и разрешаюш ш вьдачу на блоки 30 и 31 деления содержимого счетчиков 3 и 4 через группы элементов И 35 и 36. В результате работы блоков 30 и 31 деления на выходах 48 и 49 получаются соответственно вероятность обслуживания сообщений

р ni l L ПВУ

И среднее время обслуживания сообщений

вия Т

1

П

&ЫИ

Счетчики 4,3 и 18

держат соответственно п количество Сообщений, поступивших на вход системы , п к-оличество обслуженных сообщений, количество сообщений, находящихся в очереди. Сигнал с выхода блока 5 сравнения, пройдя через элемент 25 задержки, приводит схему в исходное состояние, т.е. счетчики 2,3,4 и 18, сумматоры 19 и 20,- в нулевое состояние, а работа генератора 1 блокируется.

В режиме 2 устройство работает следующим образом.

Первый такт аналогичен режиму 1. Сигнал по входу 53 блока 52 через открытые элементы И 79 и 80 (триггер 73 - в нулевом состоянии, по шине 63 высокий потенциал) запускает генераторы 66-64 для получения случайных чисел для формирования момента наступления отказа, времени обслуживания заявки, времени восстановления

t gj,P соответственно. Сигнал по вхо

ду 53 после задержки в элементе 74 на время получения случайного числа в генераторе 66 разрешает передачу его в сумматор 70 через блок 91 элементов И, где формируется время пос- тупления очередного отказа в системе

t отк

Второй такт-также аналогичен режи- му 1. Кроме этого, по сигналу от второго выхода дешифратора 44 (вход 55 блока 52) при нулевом состоянии триггера 73 в сумматор 71 подаются величины врек1енй восстановления t и времени наступления отказа t QTK соответственно через блоки 90 и 84

7

элементов И, в результате чего Р сумматоре 71 формируется время окончания восстановления С,;. .

Третий такт аналогичен режиму 1. Кроме этого, по сигналу от третьего выхода дешифратора 44 (вход 56 блок 52) в узел 69 сравнения подаются величины времени наступления отказа tpT и времени окончания обслужива- ния i-ro сообщения соответственно чрез блоки 83 и 82 злементов И (по входу 60 блока 52), По результату сравнения в узле 69

t t

отк

отк

(3)

(4)

определяется дальнейшая работа блока 52 моделирования отказов. Если отказ наступает в момент окончания или позже окончания обслуживания i-ro сообщения (условие 3), сигнал с первого выхода узла 69 сравнения устанавливает триггер 73 в единичное состояние, тем самым блокирует работу блока 52 в последующих четвертом и пятом тактах работы устройства, сохраняя при зтом для последующего анализа значения времени наступления отказа

отк

(в сумматоре 70) и окончания

восстановления t joct (в сумматоре 71) Если отказ наступил до момента окончания обслуживания i-ro сообщения (условие 4), сигнал с второго выхода узла 69 сравнения через элемент ИЛИ 76 устанавливает триггер 73 в нулевое состояние, тем самым разрешает дальнейший анализ влияния отказа на время обслуживания i-ro сообщения

Четвертый такт также аналогичен режиму 1. Кроме этого, сигнал с четвертого выхода депшфратора 44 (вход 57 блока 52) разрешает подачу в узел 67 сравнения через блоки элементов И соответственно 85 и 81 величин времени наступления отказа t и времени поступления i-ro сообщения, на время обслуживания которого имеет влияние отказ tpocrj . В узле 67 сравнения вы- деляются результаты -сравнения

т

пост

ПО«Т ;

(5)

(6)

Одновременно по сигналу с входа 57 на узел 68 сравнения подаются величины времени окончания восстановле-

ния t

дк босс

и времени поступления

t nccT i-ro сообщения череч 87 и 81 элементов И. В узле нения вьц еляется ситуация

он

Пост

весе

бл ОКИ

68 срав(7)

т.е. восстановление отказа произошло до момента или в момент поступления iro сообщения. В зтом такте по сигналу с входа 57 в узел 72 вычитания

ок подаются величины t и t сст ;

через блоки злементов И соответственно 88 и 81, в результате чего получается разность

й t

всс

- tn

(8)

0

5

0

0

5

5 0

5

Пятый такт аналогичен режиму 1. Кроме этого, сигнал по входу 58 блока 52, пройдя через элемент 75 задержки, задержавшись на время, необходимое для суммирования t i-ro сообщения в сумматоре 20, анализирует неравенства (5)-(7). Если выполняется неравенство (5), т.е. отказ наступил в момент поступления или Р момент обслуживания i-ro сообщения, то в результате принятого принципа обслуживания (с дообслуживанием) время окончания обслуживания i-ro сообщения увеличивается на время восстановления отказа. Это осу1цествляется путем подачи t через блок 89 злементов Н (выход 61 блока 52), через блок элементов ИЛИ 33 в cy fмaтop 20, Если выполняется неравенство (6), т.е. отказ наступил до поступления i-ro сообщения, однако если прг изопшо восстановление этого отказа до поступления i-ro сообщения (т.е. выполняется неравенство (7), сигнал на выходе блока 68 сравнения), то на время окончания обслуживания i-ro сообщения отказ не влияет и в сумматор 20 с блока 52 моделирования отказов ничего не подается. Если восстановление происходит во время обслуживания i-ro сообщения, т.е. при t .. 7 tpecT; то время окончания обслуживания i-ro сообщения увеличивается на разность (8), величина которой через блок 86 элементов И (выход 62 блока 52) и блок 33 элементов ИЛИ подается в сумматор 20. Таким образом, происходит обслуживание очередного отказа, возникшего в момент , и учитывается его влияние на время окончания обслуживания i-ro сообщения.

Если отказ обслужен, то в очередном цикле работы устройства аналогичпо генерируются случайные пеличины для формирования времени наступления очередного отказа и времени пос- становления t jecc (первьй такт) . Суъ1маторы 71 и узел 72 вычитания устанавливаются в исходное нулевое состояние через элементы И 78 и ИШ1 77. Формируется время наступления очередного отказа в сумматоре 70. Формируется t

.ok

нипается t

Обслуяагвание очередного отказа осуществляется при t gf, . : Thrfi и пятьш такты).

Окончание работы устройства в режиме 2 аналогично режиму 1, кроме зтот о ,дог олнительно устанавлива отся в ислог Ь ое состояние сумматоры 70 и 71, блок 72 в|.гчитания и триггер по гигня; у с входа 54 блока 32.

flocc (второй такт) . Срав- с tnru (третий такт).

t Sc; t,T (четверо л

у л а изобретения

Устройство для моделирования сие- TRM масспвотч) обслуживания по авт.св № Г: 9 О j 4 2, отличающееся тем, что, с целью расширеш{я функцио- 1;лльных возможностей устройства за счет моделирования систем массового обглуткипатптя с отказами, оно дополни- течьно содержит блок моделирования отказов, содержапц й три генератора случайных чисел, три узла сравнения, нaкaIъ ивaющий сумматор, сумматор, узел вьшитания, триггер, два элемента задержки, два элемента ИЛИ, три элемента И, одиннадцать блоков элементов И, причем информационные выходы первого блока элементов И соеди- о Рого соединен с выходом первого эленены соответственно с информационными входами первой группы первого узла сравнения, второго узла сравнения и узла вычитания, информационные выходы второго блока элементов И соединены соответственно с информацион 1нми входами первой группы третьего узла сравнения, информационные входы второй группы которого соединены соответственно с информационными выходами CQ ментов И, информационные входы кототретьего блока элементов И, информационные входы которого соединены соответственно с информационными выходами накапливающего сумматора, информационными входами четвертого и пятого блоков элементов И, информационные выходы пятого блока элементов И соединены соответственно с информационными входами второй группы первого

55

рого соединены соответственно с информационными выходами третьего генератора случайных чисел, вход запуска которого подключен к выходу второго элемента И, выход третьего элемента И соединен с входом запуска первого г енератора случайных чисел, выход Бтйрого элемента ИЛИ подключен к входам установки в исходное состоя

5

0

5 0 5

узла сравнения, выход Меньше которого подключен к первому управляющему входу шестого блока элементов И, инверсный управляющий вход которого соединен с выходом Больше или равно второго узла сравнения, информационные входы второй группы которого подключены соответственно к информационным выходам седьмого блока элементов И, информационные входы которого соединены соответственно с информационными выходами сумьштора и информа- 1щонными входами восьмого блока элементов Pi, информационные выходы которого подключены соответственно к информационным входам второй группы узла вычитания, информационн 1е выходы которого соединены соот-нетствегтио с информационными входами г-гестог о блока элементов И, информациоинче входы девятого блока элементов И подключены соответственно к информационным выходам первого генератора случайных чисел и информационным входам десятого блока элементов И, информапионш. е выходы которого соединены соответственно с информационными входами первой группы сумматора, информационные входы второй группы которого подключены соответственно к информащюнным выходам четвертого блока элементов И, первый управляю дий вход которого соединен с первым 1 управляютцими входами первого, пятого, седьмого, восьмого и десятого блоков элементов И, с первьми входами первого, второго и третьего элементов И и с инверсным выходом триггера, нулевой вход кото5

мент.1 ИЛИ, первый вход которого подключен к выходу Больше третьего узла сравнения, выход Меньше или равно которого соединен с единичным входом триггера, первый вход г.торого элемента ИЛИ подключен к выходу первого элемента И,выход первого элемента задержки соединен с управляющим входом одиннадцатого блока эле5

рого соединены соответственно с информационными выходами третьего генератора случайных чисел, вход запуска которого подключен к выходу второго элемента И, выход третьего элемента И соединен с входом запуска первого г енератора случайных чисел, выход Бтйрого элемента ИЛИ подключен к входам установки в исходное состояние сумматора и узла вычитание, информационные выходы одиннадцатого блока элементов И соединены соответственно с информационными входами накапливающего сумматора, выход второго элемента задержки соединен с вторым управляю1цим входом шестого блока элементов И и с первым управляющим входом девятого блока элементов И, вто- рой управляющий вход которого подключен к выходу Больше или равно первого блока сравнения, первый выход дешифратора устройства подключен к входу первого элемента задержки, вторым входам первого, второго и третьего элементов.И и входу запуска второго генератора случайных чисел блока моделирования отказов, выходы которого соединены соответственно с информационными входами девятого блока элементов И устройства, выход третьего элемента задержки которого подключен к установочному входу накапливающего сумматора и вторым входам первого и второго элементов ИЛИ блока моделирования отказов, информационные выходы шестого и девятого блоков элементов И которого подключены соответственно к входам чет

«

вертой и пятой групп блока элементов ИЛИ устройства, второй выход тора которого соединен с упраштню- входами четвертого и десятого блоков элементов И блока моделирования отказов, информационные входы первого блока элементов И которого соединены соответственно с выходами первого накапливающего сумматора устройства, выходы второго накапливающего сумматора которого подключены соответственно к информационным входам второго блока элементов И блока

5 моделирования отказов, вход второго элемента задержки которого соединен с выходом второго элемента и устройства, третий выход дешифратора которого подключен к управляющим входаг

0 второго и третьего блоков элементов И блока моделирования отказов, второй вход второго элемента И и третий вход третьего элемента И которого объединены и являются входом задания режи5 ма работы устройства, четвертый выход первого дешифратора которого подключен к управляющим входам первого и пятого блоков элементов И и BTopoNfy управляющему входу седьмого блока элементов И блока моделирования отказов.

NJ «О