Устройство для вероятностного моделирования систем массового обслуживания Советский патент 1982 года по МПК G06N7/08 

(54) УСТРОЙСТЮ ДЛЯ ВЕРОЯТНОСТНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ СИСТЕМ МАССОВОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ

Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть применено при моделировании Ьистем массового обслуживания с ограничёй-гным источником заявок и возможностью перераспределения пропускной способности каналов обслуживания между обслуживаемыми заявками. Известно устройство для моделиррвания систем массового обслужйваВИЯ, содержащее генераторы случайного потока импульсов, логические элементы, счетчики, блоки случайных временных задержек, дешифраторы, блок управления LI }. Однако это устройство на позволяет определять статистические характеристики длины очереди. Наиболее близким техническим решением к данному изобретению является устройство для моделирования си тем массового обслуживания, содержащее счетчики, дешифраторы, логические элементы, генератор тактовых импульсов, генератор случайных импульсов, линию задержки. Устройство позволяет определять статистические характеристики длины очереди и показателей эффективности обслуживания 2. Однако устройство не позво ляет моделировать систекы массового обслуживания с ограниченным источником заявок и возможностью перераспрё деления пропускной способности каналов обслуживания между обслуживаемыми заявками, что ограничивает его функциональные возможности. Цель изобретения - расширеняе функциональных 1возможностей устройства за счет моделирования систем массового обслуживания с ограниченным источником заявок и ВО31МОЖНОСТЬЮ перераспределения пропускной способности кангшов обслуживания между обслуживаемыми заявками. Поставленнг1Я цель достигается : тем, что устройство для вероятностно-; го моделирования систем массового обслуживания, содержащее генератор случайного потока шлтульсов, ста-ч тистический анализатор, первый и элемеаты ИЛИ, реверсивный счетчик, разрядные выходы которого соединены с первой группой входов статистического анализатора и входами . первого элемента ИЛИ, первый и второй элементы И, выходы которых соединены соответственно с вычитающим и суммирукхцим входами реверсивного счетчика, третий и четвертый

элементы И, выходы которых соединены с входами второго элемента ИЛИ, элемент НЕ, пятый элемент И, выход которого соединен с входом элемента НЕ, генератор тактовых импульсов, группу п счетчиков по числу /максимально возможных каналов обслуживания заявок, перэую группу п элементов И, выход каждого из которых соединен с вычитающим входом соответствующего счетчика группы, дополнительно содержит генератор случайнь&с чисел, первый и второй управляемые делители частоты следования импульсов, группу п триггеров, вторую группу (п-1) элементов .И, группу (т1-1) элементов задержки, третью группу п элементов И, п групп по m элементов И в каждой по числу разрядов счетчиков., группу п формирователей импульсов, третий элемент ИЛИ, выход которого соединен с входом статистического анализатора и с первыми входами первого и четвертого элементов И, вторые входы первого и четвертого элементов И

,соединены с выходом первого элемента ИЛИ, выход генератора случайного потока импульсов соединен с входом первого управляемого делителя частоты следования импульсов, первая группа входов которого соединена с раэря ными выходами реверсивного счетчика, а выход соединен с первы1«1 входами второго и третьего элементов И, вторые входы второго и третьего элементов И соединены с выходами соответственно пятого элемента И и элемента НЕ, выход второго элемента ИЛИ соединен с единичным входом первого триггера группы, входом генератора случайных чисел и первыми входами элементов И второй группы, второй вход каждого из которых соединен с выходом соответствуищего элемента задержки, а выход соединен с единичным входом следующего по номеру, триг гера группы, единичный выход каждого триггера группы соединен с входом соответствующего элемента задержки, с соответствующими входами второй группы входов статистического анализатора, второй группы входов первого управляемого делителя частоты следования импульсов, первых групп входов второхчэ управляемого делителя частот следования импульсов и пятого элемента И fC первым входом соответствующего элемента И первой группы и с первыми входами элементов И соответствующей группы, выходы генератора случайных чисел соединены с вторыми входами элементов И всех п групп, выходы каждой из которых соединены с соответствующими разрядными входами соответствующего счётчика группы, заходы каждого счетчика группы соединены с входами соответствующего элемента и

третьей группы, выход каждого из которых соединен с входом соответствующего формирователя импульсов группы, выход каждого формирователя импульсов группы соединен с нулевым входом соответствующего триггера группы и с соответствующим входом третьего элемента ИЛИ, выход генератора тактовых импульсов соединен с входом второго управляемого делителя частоты следования импульсов, выход которого соедине с вторыми входами элементов И первой группы.

На чертеже приведена блок-схема устройства.

Схема устройства содержит генератор случайного потока импульсов 1, генератор тактовых импульсов 2, первый управляемый делитель частоты следования импульсов 3, второй управляемый делитель частоты следования импульсов 4, пятый элемент И 5, первый элемент ИЛИ 6, элемент НЕ 7, первый, второй, третий и четвертый элементы И 8,9,10,11, -второй элемент ИЛИ 12, реверсивный счетчик 13, вторую группу (п-1) элементов И 14, группу п элементов задержки 15, группу триггеров 16, первую группу п элементов И 17, статистический анализатор 18, п групп по m элементов И 19, группу счетчиков 20, третью группу элементов И 21, группу .формирователей импульсов 22, третий элемент ИЛИ 23, генератор случайных чисел 24.

Выход генератора случайного потока импульсов 1 соединен с входом первого управляемого делителя частоты следования и шульсов 3, первая группа входов которого объединена с входами первого элемента ИЛИ 6, с первой группой входов статистического анализатора 18 и подключена к разрядным выходам реверсивного счетчика 13 а вторая группа входов объединена с группой входов второго управляемого делителя частоты следования имйульсов 4, с входами пятого элемента И 5 с второй группой входов статисти- . ческого анализатора 18 и подключена к единичным выходам триггеров группы 16, выход первого управляемого делителя частоты следования импульсов 3 соединен с первыми входами второго и третьего элементов И 9-10, вторые входы которых соединены с выходом пятого элемента И 5 непосредственно и через элемент НЕ 7. Выход первого элемента ИЛИ б соединен с вторыми входами первого и четвертого элементов И 8,11 первые входы КОТ01ЯЛХ объединены между собой и с входом статистического анализатора 18 и подключены к выходу третьего элемента ИЛИ 23. Выходы первого и второго элементов И 8 и 9 соединены соответственно с вычитающим и суммирующим входами реверсивного счетчика 13. Выходы третьего и четвертого элементов И 10 и 11 соединены с входами второго элемента ИЛИ 12, выход которого соединен с единичным входом первого триггера 16, с входом генератора случайных чисел 24 и с первь1ми входами элементов И второй группы 14, вторые входы которых че-, рез элементы задержки группы 15 объединены с первыми входами элементов И первой группы 17 и подключены к единичным выходам триггеров группы 16, единичные входы которых подключены к выходам элементов И второй группы 14. Выход генератора тактовых импульсов 2 соединен со входом второго управляемого делителя частоты следования элементов И первой группы 17 выходы которых соединены с вычитающими входами счетчиков группы 20, р.аэрядные выходы которых через элементы И третьей группы 21 и формирователи импульсов группы 22 соединены с нулевыми входами триггеров, группы 16 и с входами третьего элемента ИЛИ 23. Выходы генератора случайных чисел 24 соединены с вторыми входаг м элементов И групп 19, первые входы которых подключены к единичным выходам триггеров группы 16, а выходы к разрядным входам счетчиков группы 20.

Генератор случайного потока импульсов 1 предназначен для воспроизведения стационарного потока заявок с произвольным распределением , интервалов между заявками. Этот поток прореживается управляемым делителем частоты следования импульсов, имитируя тем самым ограничение источника заявок, т.е. уменьшение интенсивности их потока по мере нарастания числа заявок, находящихся в системе.

Реверсивный счетчик 13 имитирует очередь заявок. Число, записанное в этом счетчике, в любой 1«юмент времени отображает длину очереди заявок.

Счетчики группы 20 имитируют каналы обслуживания. В момент попадания в данный канал обслуживания заявки в соответствующий счетчик записывается с выхода генеоатора случайных чисел 24 случайное чис- . ло, которое отображае- случайное время обслуживания с произвольным распределением. Это время обслуживания реализуется подсчетом тактовых импульсов с выхода генератора тактовых импульсов 2 от случайного.состояния счетчика группы 20 до нулевого. Тактовые импульсы с выхода генератора тактовых импульсов прореживаются управляемым делителем частоты следования импульсов 4. .Если занят один канал, то частота на выходе делителя 4 максимальна, вследствие чего время обслуживания минимальное. Если все каналы, то частота минимальна и время обслуживания в каждом канале максимально при прочих равных условиях. Так производится перераспределение пропускной способности каналов обслуживания между обслуживаемыми заявками. Чем меньше занято каналов, тем больше резервов

0 приходится на один канал. Триггеры группы 16 запоминают .состояние каналов обслуживания.

Статистический анализатор 18 предназначен для получения статистичес5ких оценок законов распределения вероятностей и статистических характеристик очереди заявок, процесса обслуживания и выходящего потока обслуженных заявок.

Устройство работает следующим об0разом.

В исходном Состоянии реверсивный счетчик 13 находится в нулевом состоянии, что отображает отсутствие очереди} триггеры группы 16 находят5ся в нулевом состоянии, что отображает свободное состояние всех каналов обслуживанияi на входах первого элемента ИЛИ 6 отсутствуют единичные сигналы, вследствие чего на его выхо0де сигнал отсутствует и элементы ИЗ, 11 закрыты, элемент И 5 закрыт, и в результате закрыт элемент И 9, а элемент И 10 открыт, все элементы И групп 14, 17 закрыты все счет5чики группы 20 находятся в нулевом состоянии, в статистическом анализаторе 18 информация отсутствует.

Включение устройства осуществляется запуском генераторов 1 и 2.

0 -Цепи запуска так же, как и цепи сброса всех счетчиков и статистического анализатора 18 не показаны.

После запуска генератор случайного потока импульсов 1 начинает гене5рировать случайный стационарный по- , ток импульсов с произвольным распределением интервалов времени между импульсами, имитирующий входящий поток заявок. Этот поток импульсов поступает на вход первого управляе0мого делителя частоты следования импульсов 3. Поскольку в первоначальный момент на всех управляющих входах делителя частоты следования импульсов 3 присутствуют коды равные ну5лю, его коэффициент деления равен 1. В результате интенсивность (средняя частота) импульсов на его выходе имеет максимальное значение.

Первый импульс с -выхода делителя

О частоты следования импульсов 3 проходит через открытый элемент И 10 , сигналом с выхода элемента НЕ 7 и через элемент ИЛИ 12 на единичный вход триггера 16. Триггер16 устанавли5вается в единичное состояние и сигнал с единичного выхода триггера 16 Открывает элемент И ITj и устанавлив ет код на входах статистического анализатора 18 и делителей частоты следования импульсов 3 и 4 равный единице. Этот же сигнал поступает на вход элемента задержки 1 , сигнал с выхода которого появившись по ле исчезновения сигнала на выходе элемента ИЛИ 12, поступает на вход элемента И 14, подготавливая его к срабатыванию при возникновении следуквдего импульса на выходе элемента или 12. Кроме того, первый импульс с выхода элемента ИЛИ 12-запускает генератор случайных чисел 24, и на его выходах формируется случайный код. Этот код через группу открытых единичным сигналом с единичного выхода триггера 16 элементов И 19 записывается в счетчике 20 . Элемент И этом закрывается. Тактовые импульсы с выхода генер тора тактовых импульсов 2 имитируют отсчет времени в заданном масштабе Эти импульсы поступают на вход второго управляемого делителя частоты следования импульсов 4. Поскольку после установки триггера 16 в единичное состояние на управляющих входах делителя частоты установлен код равный единице, частота на его выходе максимальна. Импульсы с тако частотой через открытый элемент И 1 поступают на вычитаюсщй вход счетчика 20 . Счетчик 20 и ютирует пер вый кансШ обслуживания. Случайный код, записанный в нем, отображает случайный объем обслуживания. Тактовые импульсы на вычитающий вход счетчика 20 поступают до тех пор, пока он не окажется в нулевом состояний, что отображает окончание обслуживания. При этом сработает элемент И 21 и формирователь импульсов 22 сформирует импульс, кот рый установит триггер 16 в исходное нулевое состояние, и элементы И 17 и И 14 закроются. Если обслуживание первой заявки в первом канале, т.е. обнуление счетчика 20 происходит раньше прихода второй заявки, т.е. возникнове ния импульса на выходе элемента ИЛИ то вторая заявка попадает опять в первый канал указанным способом и процесс обслуживания повторяется . Если вторая заявка,т.е. второй импульс с выхода элемента ИЛИ 12, п является раньше обнуления счетчика то он через открытый элемент И 14 устанавливает в единичное состояние триггер IGj и указанный цикл обслуж вания повторяется для второго канала. Если при этом некоторое время работают два .канала, то на управляю щих входах делителя частоты следов miH импульсов 4 будет код 2 и его коэффициент деления равен двум, частота импульсов на его выходе снизится в два раза и счетчики 20 и 20 уменьшат свое содержимое в два раза медленнее, т.е. время обслуживания увеличится в среднем вдвое. Далее процесс занятия заявками каналов происходит аналогично. Время обслуживания в каждом канале определяется кодами, записанными в счетчики группы 20 и числом занятых каналов, так как последние определяют частоту импульсов на выходе делителя частоты следования импульсов 4. Если все каналы заняты, то откроется эвтемент П 5, сигнал с выхода которого через элемент НЕ 7 закроет элемент И 10 и откроет элемент И 9. В результате заявки с выхода делителя частоты следования импульсов 3 через элемент И 9 поступают на суммирукяций вход реверсивного счетчика 13, имитируя нарастание очереди. Если при этом какой-либо канал освобождается , то импульс с выхода соответствующего формирователя импульсов группы 22 через элемент ИЛИ 23 и открытый элемент И 8 поступает на вычитающий вход реверсивного счетчика 13, имитируя переход заявки из очередц в освободившийся канал. Этот же импульс через открытый элемент И 11 и элемент ИЛИ 12 поступает в освободившийся канал. Процесс уменьшения очереди продолжается до обнуления счетчика 13. При этом нулевой код с его выходов через элемент ИЛИ б закроет элементы И 8 . и 11. На входах делителя частоты следования импульсов 3 в любой ТЮмент присутствуют два кода, отображающие число занятых каналов и число заявокв очереди. Их сумма определяет интенсивность потока на его выходе. Статистический анализатор регистрирует Во времени все события о про-. цессах обслуживания в каждом кангше, о динамике изменения очереди и о выходящем потоке. Эти события подвергаются статистической обработке и определяются все нeoбxoди адe статистические оценки,- позволяющие найти оптимальные параметры исследуемой системы.Данное устройство позволяет исследовать специфический класс систем массового обслуживания, который ранее не мог быть исследован модели- . рованием. Формула изобретения Устройство для вероятностного моделирования систем массового обслуживания, Содержащее генератор случайного потока импульсов, статистический анализатор, первый и второй элементы ИЛИ, реверсивный счетчик, разрядные выходы которого соединены с первой группой входов статистического анализатора и вводами первого элемента ИЛИ, первый и второй элементы И, выходы которых соединены соответстве но с вычитающим и суммирующим входами реверсивного счетчика, третий и четвертый элементы И, выходы которых соединены с входами второго элемента ИЛИ, элемент НЕ, пятый элемент И, выход которого соединен с входом элемента НЕ, генератор тактовых импульсов , группу п счетчиков по числу максимально возможных каналов обслуживания заявок, первую группу п элементов И, выход каждого из которых соединен с вычитающим входом соответствующего счетчика группы, о т л ич. а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет моделирования систем массового обслуживания с ограниченным источником заявок и возможностью перераспределения пропускной способности каналов обслуживания между обслуживаемыми заявками, содержит генератор случайных чисел, первый и второй управляелме делители частоты следования импульсов, группу п триггеров, вторую группу (п-1) элементов И, группу (п-1) элементов задержки, третью группу п элементов И, п групп по m элементов И в каждой по числу разрядов счетчиков, группу п формирователей импульсов третий элемент ИЛИ, выход которого соединен с входом статистического анализатора и с первыми входами первого и четвертого элементов И, вторые входы первого и четвертого элементов И соединены с выходом первого элемента ИЛИ, выход генератора случайного потока импульсов соединен с входом первого управляемого делителя частоты следования импульсов, первая группа входов которого соединена с разрядными выходами реверсивного счетчика, а выход соединен с первыми входами второго и третьего элементов И, вторые входы второго и третьего элементов И соединены с выходами соответственно пятого элемента И и элемента НЕ, выход второго элемента ИЛИ. соединен с единичным входом первого триггера группы, входом генератора случайных чисел и первыми входами элементов И второй группы, второй вход каждого из крторых соединен с выходом соответствующего элемента задержки, а выход соединен с единичным входом следующего по номеру триггера , единичный выход каждого триггера группы соединен с входом соответствующего элемента задержки, с соответствуикцими входами второй

5 группы входов статистического анализатора, второй групгад входов первого управляемого делителя частоты следования импульсов, первых групп входов второго управляемого делителя частоты следования импульсов и пятого элементаИ, с первым входом со- ответствукхцего элемента И первой группы и с первыми входами элементов И соответствующей группы, выходы

5 генератора случайных чисел соединены с вторыми входами элементов И всех : п групп, выходы каждой из .которых соединены с соответствующими разряд- . ными входами соответствующего счетQ чика группы, выходы каждого счетчика группы соединены с входами соответ- ,. ствуювдего элемента И третьей группы, Е(ыход каждого из которых соединен с входом соответствукяцего формирователя импульсов группы, выход каждого

5 формирователя импульсов группы соединен с нулевым входом соответствующего триггера группы и с соответствующим входом третьего элемента ИЛИ, выход генератора тактовых импульсов соединен с входом второго управляемого делителя частоты следования импульсов, выход которого соединен с вторыми входами элементов И первой группы.

5 Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

(прототип).