Устройство для моделирования систем массового обслуживания Советский патент 1982 года по МПК G06G7/48 

Изобретение относится к устройст1вам вычислительной техники, предназначенным для моделирования систем массового обслуживания (CMC) с потерями . Известны устройства для моделирования систем массового обслуживания, содержащие модель обслуживающего апп рата. Эти устройства моделируют следующую задачу теории массового обслуживания: на некоторый обслуживающий аппарат поступает случайный поток требований. Требуется определить параметры выходного потока, если известны законы распределения временны интервалов между заявками и интервало времени обслуживания. Известны устройства, работа которых основана на электронно-импульсном- принципе, интервалы времени межд заявками моделируются интервалами между короткими импульсами, а время обслуживания - временем пребывания элемента, имеющего два устойчивых состояния, в состоянии Занят. В таких устройствах процесс моделирования СМО с потерями сводится к сопоставлению временных интервалов между заявками и соответствующих им интервалов времени обслуживания. Если временной интервал между заявками больше интервала обслуживания - требование обслужится, в противном случае оно покидает систему. Формирование временных потоков первоначально осуществляется за счет получения величин невременного характера (случайных кодов)с последующим преобразованием их в пропорциональные временные интервалы. Работа таких генераторов основана на coвпaдeниJi двух кодов - случайного и пропорционального времени, истекшему с момента возникновения случайного кода D1 Однако приборная реализация таких устройств приводит к громоздким и сложным схемам, содержащим большое 389 количество логических элементов, сче чики, генераторы и т.п. Наиболее близким к предлагаемому является устройство для моделиревани обслуживак) аппарата, содержащее генератор случайного, непрерывно изме няющегося напряжения и элементы И, отличающееся от ранее известных тем, что в него дополнительно введены ключ, квантователь, интегратор, ограничитель, инвертор, линия задержки и суммирующий усилитель. Уcтpoйct во предназначено для моделирования обслуживающего аппарата в СМО с по терями, а его принцип действия основан на представлении временных интер валов между заявками и интервалов времени обслуживания амплитудными выборками из случайных, непрерывно изменяющихся напряжений и сведения процесса обслуживания к их сопоставению. Заявка считается обслуженной, если амплитудная выборка, моделирующая временной интервал между заявками, больше амплитудной выборки, моде лирующей время обслуживания. В противном случае заявка считается потеряной. Представление временных интер валов амплитудными выборками позволило значительно упростить схемотехнические решения и представить резулътаты моделирования в виде, удобном для последующей обработки 2j. Однако устройство имеет узкие фун циональные возможности, так как с ег помощью можно моделировать только одноканальные СМО с потерями. В тоже время на практике остро стоит необходимость в моделировании многоканальных систем. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства за счет моделирования многоканальных систем массового обслуживания с потерями. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для моделирования систем массового обслуживания, содержащее генератор сигнала заявок, последовательно соединенные .генераторf тактовых импульсов и элемент задержки, регистрирующий блок и модель обслуживающего аппарата, включающую .два элемента И, инвертор и последовательно соединеннее генератор сигнала обслуживания, ключ, суммирующий усилитель и квантователь другой вход суммирующего усилителя, соединен с выходом генератора сигнала заявок, управлящий вход квантователя подключен к выходу элемента задержки, первый вход первого элемента И соединен с выходом генератора тактовых импульсов, дополнительно .введены группы моделей обслуживающего аппарата, а в каждой модели обслуживающего аппарата группы - интегратор и компаратор, причем информационный вход интегратора соединен с выходом квантователя, а выход со входом компаратора, выход которого подключен ко второму входу первого элемента И, входу инвертора и первому входу второго элемента И, выход которого подключен к управляющему входу ключа, выход первого элемента И соединен с установочным входом интегратора. Первые входы первых элементов И, управляющие входы квантователей и вторые входы суммирующих усилителей группы моделей обслуживающего аппарата соединены соответственно, выходы интеграторов и первых ментов И группы моделей обслуживающего аппарата подключены к соответствующим выходам регистрирующего блока, второй вход второго элемента И первой модели обслуживающего аппарата соединен с шиной постоянного напряжения, а второй вход второго элемента И каждой последующей модели обслуживающего аппарата группы соединен с выходом инвертора предыдущей модели обслуживающего аппарата. Предложенное устройство позволяет моделировать задачу определения параметров реальной СМО с упорядоченными приборами. В таких системах случайный поток заявок поступает на N каналов. Если обслуживающий аппарат первого канала будет занят заявка поступает во второй канал, при его занятости - в третий и т.д. .При занятости всех N каналов требование покидает систему. На чертеже приведена структурная схема устройства. Устройство содержит группу моделей 1, -1(, обслуживающих аппаратов (OAi), в состав которых входят генератор 2 сигнала обслуживания, вырабатывающий случайное, непрерывное отрицательное напряжение, амплитуды которого распределены в соответствии с законом распределения интервалов o6ci луживания данного канала; ключ 3,

суммирующий усилитель k, квантователь 5, работающий в режиме выборки - хранения, интегратор 6, компаратор 7, характеристика которого выбирается таким образом, чтобы на его выходе был разрешающий потенциал при нулевом или положительном напряжении на входе, элементы И 8 и 9 и инвертор 10, генератор 11 сигнала заявок, генератор 12 тактовых импульсов, элемент 13 задержки, регистрирующий блок 1 i.

Принцип действия каждого ОА осноч ван на представлении интервалов времени между завками и интервалов времени обслуживания амплитудными выборками и последующего их сопоставления Причем, если амплитудная выборка, 1моделирующая интервал времени между заявками, больше амплитудной выборки, моделирующей время обслуживания, считается, что заявка обслужена. В противном случае считается, что она покидает систему.

Работа устройства синхронизируется двумя последовательностями импульсов. Импульсы последовательности S1 устанавливают нулевые напряжения на выходах интеграторов. Формирование импульсов последовательности 52 осуществляется по заднему фронту импульсов S1 с помощью элемента задержки 13 По импульсам последовательности S2 квантователи формируют выборку, знач чения которых сохраняются в течение всего периода. В исходном состоянии на выходах интеграторов всех ОА установлены нулевые напряжения, генераторы заявок и обслуживания формируют непрерывные, случайно изменяющиеся напряжения, ключ 3 замкнут, так как на входы элемента И 9 поданы разрешающие напряжения, ключи последующих ОА разомкнуты, так как на первые входы элементов И 8 подается запрещающее напряжение с выходов инверторов предыдущей модели обслуживающего аппарата. После пуска устройства, в момент времени t по импульсу последовательности S квантователи всех ОА сформируют амплитудные выборки из входных напряжений. Так как ключ 3 замкнут, процесс обслуживания будет моделироваться только в ОАЦ. Пусть в момент времени амплитуда генератора 1 больше, по абсолютной величине, амплитуды

генератора обслуживания 2. Сформированная на выходе квантователя 5 разность этих амплидут сохраняется до следующего момента квантователя и подается на вход интегратора 6, Выходное линейно возрастающее напряжеч ние интегратора 6 к моменту t2 (к моменту следующего квантования) достигает величины входного напряжения

(считается, что постоянная интегрирования у всех ОА равна единице). Так-как ключи последующих ОА разомкнуты, их квантователи в момент времени t сформируют амплитудные выборки только из напряжения генератора, поэтому к моменту времени выходные напряжения интеграторов этих ОА

будут положительными, что приведет

к тому, что выходные напряжения компараторов будут разрешающими и им- / пульс последовательности $,, предшествующий второму квантованию, через элементы И 8 установит на выходах интеграторов нулевые напряжения,

переведя устройство в исходное положение. Пусть в момент времени tj амплитуда напряжения генератора меньше амплитуды напряжения гене ратора 2 (по абсолютной величине). Разность

амплитуд, полученная на выходе квантователя 5 будет интегрироваться интегратором 6. Линейно возрастающее отрицательное напряжение интегратора 6 приведет к размыканию ключа 3

и замыкаюнию ключа OAI2. . В свою очередь квантователи ОА1, ОА1 j,. . .OM в момент времени t- сформируют амплитудные выборки только из напряжения генератора заявок 11. Тогда к моменту

времени t на выходах интеграторов этих ОА появятся положительные напряжения. Так как выходные напряжения компараторов ОА1, OAlj. .., ОА1ц. после второго квантования разрешающие,

импульс последовательности 5, предшествующий моменту времени t, установит на выходах их интеграторов нулевые напряжения.

Таким образом, при первом квантовдг, НИИ был смоделирован случай поступления заявки в систему ее обслуживания первым ОА и освобождения всех каналов до прихода следующей заявки. При втором квантовании моделировался случай, когда АО Ц занятый обслуживанием заявки не освободился до привода следующей заявки. 7s Это должно привести к поступлению следующей (третьей заявки на последу ющий ОА) . Работа OAlr при третьем квантовании моделирует этот случай и аналогична работа ОА1 в моменты времени tij в зависимости от соотношения амплитуд на выходе интегра тора ОА1(3 к моменту времени t может быть получено как положительное, так и отрицательное напряжение. При этом квантователи формируют амплитудные выборки только изположительного напряжения генератора 11. Сформированная квантователем 5 ОА1 в момент времени t амплитудная выборка из положительного нап ряжения генератора 11 суммируется с отрицательным напряжением инт.егратора. В зависимости от соотношения этих величин к моменту времени t4 на выходе интегратора 6 может быть получено как отрицательное, так и положительное напряжение. Пусть на выходах интеграторов ОА1 и ОА к моменту времени tAсформированы отрицательные напряжения. Это приведет к размыканию ключа OAln и замыканию ключа ОА1о. После установки на выходах интеграторов ОАЦ, OAI,., ОА1ц импульсом последовательности S нулевых напряжений моделируется случай поступления заявки на ОА1,работа которого при квантовании в момент . ремени Сданалогична работе OAJi в мо(/енты времени t. После квантования., в момент времени t. , возможно освобождение обслуживающих аппаратов или переход системы в другое более сложное состояние и так далее. Выходные сигналы интеграторов и элементов И 8 поступают на регистрирующий блок 1. Вся информация, определяющая показатели эффективности модели CMC, заложена в выходном сигнале интегратора. Положительное значение напряжения, полученное на его вы ходе перед моментами квантований, определяет прортои ОА при обслуживании заявки, а их сумма -общее время прос тоя. Наоборот, отрицательное напряжение интегратора свидетельствует о его перегрузке. При необходимости, закон обслужи вания легко регулируется в каждом канале путем изменения параметров ге нератора сигнала обслуживания. Это позволяет моделировать многоканальные системы с различными производи8тельностями ОА. Общая настройка модели включает подбор нужных коэффициентов усиления всех генераторов и определеия постоянных интегрирования. Формула изобретения Устройство для моделирования систем массового обслуживания, содержащее генератор сигнала заявбк, последовательно соединенные генератор тактовых импульсов и элемент задержки, регистрирующий блок и модель обслуживающего аппарата, включающую два элемента И, инвертор и последовательно соединенные генератор сигнала обслуживания, ключ, суммирующий усилитель и квантователь, другой вход суммирующего усилителя, соединен с выходом генератора сигнала заявок, управляющий вход квантователя.подключен к выходу элемента задержки, первый вход первого элемента И соединен с выходом генератора тактовых импульсов, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей устройства за счет моделирования многоканальных систем массового обслуживания с отказами, устройство содержит группу моделей обслуживающего аппарата, .а в каждую модель обслуживающего аппарата группы введены интегратор и компаратор, причем информационный вход интегратора соединен,с выходом квантователя, а выход - со входом компаратора, выход которого подключен ко второму ВХОДУ первого элемента И, входу инвертора и первому входу второго, элемента И, выход которого подключен к управляющему входу ключа, выход первого элемента И соединен с установочным входом интегратора, первые входы первых элементов И, управляющие входы квантователей и вторые входы суммирующих усилителей груп.пы моделей обслуживающего аппарата соединены соответственно, выходы интеграторов и первых элементов И группы моделей обслуживающего аппарата подключены к соответствующим выходам регистрирующего блока, второй вход второго элемента И первой модели обслуживающего аппарата соединен с шиной постоянного напряжения, а второй вход второго элемента И каждой последующей модели обслуживающего аппарата группы соединен с вы9898455О

ходом инвертора предыдущей модели 1 . Авторское свидетельство СССС обслуживающего аппарата. 190060, кл.С Об G, 7/k8, 1966.

Источники информации,по заявке N 2755053,

принятые во внимание при экспертизе S кл. G Об G , 1979 (прототип).

2. Авторское свидетельство СССР