Устройство для моделирования систем массового обслуживания Советский патент 1982 года по МПК G06N1/00 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ СИСТЕМ МАССОВОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для статистического моделиров ния приоритетных систем массового об служивания (СМО). Известно устройство для моделирования СМО, содержащее генераторы обслуженных заявок, регистр управляющего слова, дешифратор, элементы ИЛИ блоки элементов И устройство не позволяет моделировать СМО с относительным приоритетом, ограниченной очередью, ненадежньм обслуживающим прибором, определить характеристики систем, Наиболее близким к изобретению яв ляется устройство для моделирования СМО, содержащее генератор импульсов, первый, второй и третий счетчики, схему ЗАПРЕТ, схему ИЛИ, схему И, пе рвый и второй генераторы случайного потока импульсов, реверсивный счетчик и блок сравнения, причем выход первого генератора случайного потока импульсов соединен с первым счетчиком и первым входом схемы И, а через схему,ЗАПРЕТ - с суммирующим входом реверсивного счетчика, связанного с блоком сравнения, выход которого соединен с первым входом схемы ИЛИ, вт рой вход которого соединен с выходсм второго генератора случайного потока импульсов, а выход - с управляющим входом схемы ЗАПРЕТ ивторьм входом . схемы И, выход которой соединен С вторым счетчиком, выход второго генератора случайного потока импульсов соединен также с одним управляющим входом генератора импульсов 2. Однако устройство не позволяет моделировать СМО с приоритетами и ограниченной очередью. Цель изобретения - расширение фунг кциональных возможностей устройства за счет моделирования очереди и приоритетов обслуживания заявок. Эта цель достигается тем, что в устройство, содержащее генератор случайного потока импульсов и первый измерительный канал, состоящий из генератора импульсов, первого элемента И, блока сравнения, блока случайной временной задержки, трех элементов ИЛИ, трех счетчиков импульсов и генератора случайных импульсов, выход которого соединен с входом Первого счетчика импульсов, информационным входом первого элемента ЗАПРЕТ и первьм входом первого элемента И, второй вход которого подключен к выходу первого элемента ИЛИ и управляющему вхо ду первого элемента ЗАПРЕТ, выход ко торого соединен с суммирующим входом реверсивного счетчика, разрядные.виха ды которого подключены соответственно к входам второго элемента ИЛИ, вы Ход переполнения реверсивного счетчи ка соединен с входом блока сравнения эыход которого соединен с первым вхо дом первого элемента ИЛИ, выход первого элемента И подключен к входу вто рого счетчика, выход генератора случайного потока импульсов соединен с первым входом третьего элемента ИЛИ и с первым входом запрета работы генератора импульсов, дополнительно введены две группы по (п-1) элементов ИЛИ и (п-1). измерительных каналов, а в каждый измерительный канал введены второй элемент И, триггер и второй элемент ЗАПРЕТ, i-й измерительный канал (,n) содержит третий элемент И и третий элемент ЗАПРЕТ, к-й измерительный канал (,, n;ri). дополнительно содержит четвертый и пятый элементы ЗАПРЕТ, причем вторые входы первых элементов ИЛИ всех измерительных каналов объединены и соединены с управляющими взсодами вторых элементов запрета всех измерительных каналов, первыми вЬсодами запрета работы генератора гшпульсов i-ro измерительиого канала, первыми входами третьих элементов ИЛИ i-ro измерительного Канала и выходом генератора случайного потока импульсов, выход генератора импульсов в каждом измерительном канале подключен к входу блока временной задержки и единичному входу триггера, выход блока временной задержки соединен с вторым входом третьего элемента ИЛИ, выход которого подключен к нулевому входу триггера, нулевой выход которого соединен с первым входом второго элемента И, выход которого подключен к входу запуска генератора импульсов своего измерительного канала, единичный выход триггера первого канала соединен .с вычитающим входом реверсивного счетчика и информационным входом первого элемента ЗАПРЕТ своего измерительного канала, единичный выход триггера i-ro измерительного канала подключен- к информационному входу третье го элемента ЗАПРЕТ, выход которого соединен с вычитающим входом реверсивного счетчика, первому входу (i-l) го элемента ИЛИ первой группы и информационному входу второго элемента ЗАПРЕТ своего измерительного канала, выходы вторых элементов ЗАПРЕТ в каждом измерительном канале соединены с входами третьих счетчиков, вы ХОДвторого элемента ИЛИ к-го канала подключен к информационному входу четвертого элемента ЗАПРЕТ, упра; лягаций вход которого, соединен с , ходом пятого элемента ЗАПРЕТ своего измерительного канала, выход второго элемента ИЛИ п-го канала подключен к второму входу второго элемента И своего измерительного канала, управляющие входы всех пятых элементов запрета объединены, являются управляющим входом устройства и соединены ,с первьФ1и входами всех третьих эле йентов И, выход третьего элемента И в i-M измерительном канале соединен с упрйвлякицим входом третьего элемента ЗАПРЕТ и третьим входсж третьего Элемента ИЛИ, выход i-ro элемента ИЛИ первой группы подключен к управляющему входу пятого элемента .ЗАПРЕТ (i-l)-ro измерительного канала и второму входу (i-l)-ro элемента ИЛИ первой группы, выход четвертого элемента ЗАПРЕТ к-го измерительного канала соединен с вторым входом второго элемента И своего канала и с первым входом кто элемента ИЛИ второй группы, выход которого подключен к второму входу третьег о элемента И (к+1)-го канала и второму входу (к+1)-го элемента ИЛИ вто|5ой ГР5ЩПЫ. На чертеже изображена схема устройства для моделирования приоритетных систем массового обслуживания. Устройство содержит первый генератор 1.случайного потока импульсов, первый счетчик 2, первый элемент ЗАПрЕТ 3, первый элемент И4, второй счетчик 5, первый элемент ИЛИ б, реверсивный счетчик 7, блок 8 сравнения второй многовходовый элемент ИЛИ.9, четвертый.элемент ЗАПРЕТ 10, второй элемент И ilf генератор 12 им,, одноканальный блок -13 случайных временных задержек, третий трехвходовый элемент ИЛИ 14, триггер 15, третий и второй эп&менты ЗАПРЕТ 16 и 17, третий счетчик 18, третий элемент И 19, первый элемент ИЛИ 20, пятый элемент ЗАПРЕТ 21, второй элемент ИЛИ 22, второй генератор 23 случайного потока импульсов, управляющий вход 24 устройства. Генераторы 1 случайного потока импу.льсов имитируют входные потоки заявок на обслуживание различных приоритетов . Генераторы генерируют импульсы со случайным периодом повторения. Счетчики 2 считают общее число поступивших заявок на обслуживание различных приоритетов. Счетчики 5 считают число заявок различных приоритетов, получивших отказ в обслуживании по причине занятости всех мест в очереди или закрытия очереди на время отказа обслужива ющего прибора. Реверсивные счетчики 7 имитируют очередь в СМО. Генераторы 12 импульсов и одноканальные блоки 13 случайных временных задержек имитируют обслуживающий прибор со сЛ1 айным временем обслуживания. Счетчики 18 считают число обслуженных заявок различных приоритетов. Генератор 23 случайного.потока импульсов имитирует отказы обслуживающего прибора. Генератор генерирует импульсы со случайным периодом повторения Т„ и случайной длительности , имитирующей время восстановления обслужйвамщего прибора. .

Устройство может работать в двух реж1тах: в режиме моделирования СМО Ю С относительным приоритете в режиме моделирования СМО с абсолютным приори:хетом.

Режим моделирования СИО с относителы1ьм приоритетом. На управляющий 15 вход 24 устройства подается нулевой сигнал. Во всех кан,алах моделирования процесса обслуживания одного потока заявки элементы И 19 находятся в закрытом состоянии, а элементы ЗАПРЕТ 20 21 - в закрытом.

. . . . Рассмотрим работу канала модели ованяя на прюхере второго канала, в исходном состоянии на реверсивном 25 счетчике 7 записан ноль, триггер 15 находится в нулевом состоянии. Единичный потенциал снулевого входа триггера iS поддерживает элемент И 11 в открытом состоянии. Генератор 12 им- ,. пульсов ничего не генерирует, так как на его управляющем входе отсутствует разрешающий потенциал с выходов разрядов реверсивного счетчика 7. Импульсы от генератора 1 случайного по- тока импульсов, имитируя входной по- ток заявок на обслуживание, проходят через открытый элемент ЗАПРЕТ 3 и поступают на суммирующий вход реверсивного счетчика 7, который ведет подсчет поступивших импульсов, имити- 40 руя занятие заявками мест в очереди. Разрешающий потенциал с выхрдов разрядов реверсивного счетчика 7 через (многовходовый элемент ИЛИ 9, открытый элемент ЗАПРЕТ Юн открытый элемент 45 И 11 запускает генератор 12 импульсов своего канала моделирования, через элемент ИЛИ /22 - запрещает работу генератора 12 импульсов третьего канала моделирования. Импульс с вы- у хода генератора 12 импульсов поступает в одноканальный блок 13 случайных временных задержек, который задает случайное время обслуживания , заявки, и устанавливает триггер 15 в единичное состояние, закрывая тем сам(м элемент И 11 и запрещая работу генератора 12 импульсов. Единичный потенциал с единичного выхода триггера 15 через открытый элемент ЗАПРЕТ 16i элемент ИЛИ 20, открытый элемент ЗАПРЕТ 21 удерживает в закрытом состоянии элемент ЗАПРЕТ 10 первого канала моделирования на время задержки импульса в одноканальиом блоке 13 случайных временных задержек. Задер-

жанный импульс через элемент ИЛИ 14 устанавливает триггер 15 в нулевое состояние, имитируя окончание обслуживания заявки. Сигнал переходных единичного в нулевое состояние трнг-гера 15, пройдя через открытый элемент ЗАПРЕТ 16, уменьшает содержимое реверсивного счетчика 7 на еди11иг1у, имитируя освобождение одного места в очереди, а через открытый элемент ЗАПРЕТ 17 увеличивает единицу показание счетчика 18 обслуженных заявок

Имитируя заполнение всех мест fa очереди блок 8 сравнения выдает сигнал, который закрывает ЗАПРЕТ 3 и открывает схему И 4. Счетчик 5 начинает считать импульсы - заявки, потерянные по причине занятости всех мест в очереди.

Пусть во время обслуживания заявки в системе произойдет отказ обслуживающего прибора. Имитируя отказ обслуживающего прибора, генератор 23 случайного потока импульсов генерирует импульс, который на время, своей длительности останавливает работу генератора 12 импульсов на закрывает эд:1емент ЗАПРЕТ 17, а через элемент ИЛИ 14 устанавливает в нулевое состояние триггер 15. Сигнал с единичного выхода триггера 15 поступает только на вычитающий вход реверсивного счетчика 7, имитируя потерю одной заявки Импульс с выходагенератора 23 случайного тока импульсов через элемент МЛИ б закрывает также на время своей длительности элемент ЗАПРЕТ и открывает элемент -И 4. Счетчик 5 начинает считать импульсы - заявки, потерянные по причине закрытия очереди на время отказа обслуживающего прибора. Для правильного моделирования отказа обслуживающего прибора в системе, необходимо чтобы выполнялось условие

Г i

и пНп зсид moiA

минимальная длительность импульса генератора 23 случайного потока импульсов ;

-ЗОАпхяи максимальное время задерж:ки импульсов в одноканальном блоке 13 случайных временных задержек. Пусть во время обслуживання заявки из второго потока поступает заявка-импульс от генератора 1 случайного потока импульсовв первом канале моделирования. Этот импульс, пройдя через открытый элемент ЗАПРЕТ 3, поступает на суммирующий вход реверсивного счетчика 7. Сигнал с выхода разрядов реверсивногосчетчика первого канала моделирования не прерывает обслуживание заявки во втором канале так как элемент ЗАПРЕТ 10 первого канала моделирования на время обслуживания удерживается в закрытом состоя нии единичным потенциалом с единично го выхода триггера 15 второго канала И только после окончания обслуживани зайвки из второго потока, сигнал с выходов разрядов реверсивного счетчи ка 7 через многовходовый элемент ИЛИ 9 Иоткрьшшийся элемент ЗАПРЕТ 10 за прещает работу генератора 12 импульсов своего канала. Режим моделирования СМО с абсолют ным приоритетом. На управляющий вход -24 устройства подается единичный сиг нал. Во всех каналах моделирования процесса обслуживания одного потока заявок элементы ЗАПРЕТ 21 находятся в закрытом состоянии, а элементы ЗАП РЕТ 10 и элементы И 19 - в открытом. Пусть во время обслуживания заявк из второго потока поступает заявкаимпульс от генератора 1 случайного потока импульсов в первом канале моделирования. Этот импульс, пройдя че рез открытый элемент ЗАПРЕТ 3, посту пает на суммирующий, вход реверсивно.го счетчика 7. Сигнал с выхода раз,{рядов реверсивного счетчика 7 через ,многовходовый элемент ИЛИ 9 открытые элемент ЗАПРЕТ 10 и элемент И 11 запускает генератор, импульсов своего канала моделирования. Этот же сигнал запрещает работу генератора 12 импу.льсов, а через открытый элемент И 19 и элемент ИЛИ 14 устанавливает триггер 15 в нулевое состояние во втором канале моделирования. Сигнал с едини чного.выхода триггера 15 никуда не поступает, так как элемент ЗАПРЕТ 16 находится в закрытом состоянии. Устройство позволяет получить следующие характеристики СМО: вероятность обслуживания заявки i-ro потока; ; вероятность отказа в обслуживании заявки i-ro потока по причине занятости всех MecTi в очереди или закрытия очерёяк на время отказа обслуживающего прибора; средняя длина очереди заявок i-ro потока Эти характеристики можно получить в формулах:, .р, . «51.. N 00 N . -1- ЪТ - где TH-ij , Ngi , ,- - показания к цу эксперимента счетчиков 2,5 и 18. i-ro канала моделирования; Кткч к-ое показание реверсивного счетчика 7, зафиксированное m раз во время эксперимента в i-ом канале моделирования. Аналогичным образом работает устройство для моделирования СМО с произвольньзм числом потоков заявок на обслуживание. Использование устройства для моделирования приоритетных СМО позволит значительно уменьшить затраты на получение характеристик СМО по сравнению с методом статистического моделирования на ЭВМ. Устройство позволяет моделировать широкий круг при7 оритетных СМО: с произвольным числом входных потоков заявок, относительньм или абсолютным приоритетом, ненадежным обслуживающим прибором, случайным временем обслуживания, ограниченной очередью. Формула изобретения Устройство для моделирования систем массового обслуживания, содержащее генератор случайного потока импульсов и первый измерительный канал, состоящий из генератора импульсов, первого элемента И, блока сравнения, блока случайной временной задержки, трех элементов ИЛИ, трех счетчиков импульсов и генератора случайных импульсов , выход которого соединен с входом первого счетчика импульсов, информационным входом первого элемента ЗАПРЕТ и первым входом первого элемента И, второй вход которого подД лючен к выходу первого элемента ИЛИ И управлякйцему входу первого элемента ЗАПРЕТ, выход которого соединен с суммирующим входом реверсивного счетчика, разрядные выходы которого подключены соответственно к входам второго элемента ИЛИ, выход переполнения реверсивного счетчика соединен с входом блока сравнения, выход которого соединен с первым входом первого элемента ИЛИ, выход первого элементаИ подключен к входу второго счетчика, выход генератора случайного потока импульсов соединён с первым входом третьего элемента ИЛИ и с первым входом запрета работы генератора импульсов,- отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет моделирования очереди и приоритетов обслуживания заявок, оно дополнительно содержит две группы по (п-1) элементов ИЛИ, (п-1) измерительных каналов, а в каждый измерительный канал введены второй; элемент И, триггер и второй элемент ЗАПРЕТ, i-й измерительный канал (, п) содержит третий элемента И и третий элемент ЗАПРЕТ, к-й измерительный канал (, п-1) дополнительно содержит четвертый и пятый элементы ЗАЙРЕТ, причем вторые входы первых элементов ИЛИ всех измерительных каналов объединены и соединены с управ ляющшли входами вторых элементов запрета всех измерительных каналов, первыми входами запрета работы генератора импульсов i-ro измерительного

канала, первыми входами третьих элементов ИЛИ i-ro измерительного канала и выходом генератора случайного потока импульсов, выход генератора импульсов в каждом измерительном канале подключен к входу блока временной задержки и единичному входу триггера, выход блока временной задержки соедииен с вторым входом третьего элемента ИЛИ, выход которого подключен к нулевому входу триггера, нулевой выход которого соединен с первьм входом второго элемента И, выход которого подключен к входу запуска генератора импульсов своего измерительного канала, единичный выход триггеpa первого канала соединен с вычитающим входр)4 реверсивного счетчика и информационньм входом второго элемента ЗАПРЕТ своего измерительного канала, единичный выход триггера 1-го измерительного канала подключен к информационн 4у рходу третьего элемента ЗАПРЕТ, выход которого соединен с вычитающим входс реверсивного счётчика, первому входу (i-l)-ro элемента ИЛИ первой группы и информационному входу второго элемента ЗАПРЕТ своего измер|1тельного канала, выходы вторых элементов ЗАПРЕТ в каждом измерительном канале соединены с входами третьих счетчиков, выход второго элемента ИЛИ к-го канала подключен к информационному входу четвертого элемента ЗАПРЕТ, управляющий вход которого соединен с выходом пятого эле.мента ЗАПРЕТ, своего измерите ль rioro анала, выход второго элемента ИЛИ п-го канала подключен к второму входу второго элемента И своего измерительного канала, управляющие входы всех пятых элементов запрета объединены, являются управляющим входт устройства и соединены с первьми входами всех третьих элементов И, выход третьего элемента И в i-м измерительном канале соединен с управляющим входом третьего элемента ЗАПРЕТ и третьим входом третьего элемента ИЛИ, выход 1-гр элемента ИЛИ первой группы подключен к управляющему входу пяjToro элемента запрет {1-1)-го измерительного канала и второму входу (i-1)го элемента ИЛИ первой группы, выход четвертого элемента ЗАПРЕТ к-го измерительного канала соединен с вторым входом второго элемента И своего канала и с первьм входом к-го элемента ИЛИ второй группы, выход которого подключен к второму входу третьего элемента И (к+1)-го канала и второму входу (к+1)-го элемента ИЛИ второй группы.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

450178, кл. G 06 F 15/20, 1973 (прототип) .