Устройство для моделирования систем массового обслуживания

 

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 вероятновременные характеристики системы мас сового обслуживания с ограниченными очередями с учетом отказов и случайными временами восстановления и обслуживания. 2 ил. (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„„Я0„„1З979ЗО A2 (51)4 G 06 F 20

ВСЕЮН " "" !

i3 у(%ЛЯ 11 Н

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (61) 1290342 (21) 4097702/24-24 (22) 24.07.86 (46) 23.05.88. Бюл. М- 19 (72) Г.А. Ерошко, Н.Г. Липатова и H.È. Крылов (53) 68 1.3(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 1290342, кл, G 06 F 15/20, 1985. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ

СИСТЕМ МАССОВОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ (57) Изобретение относится к специализированным вычислительным средствам и может бьггь использовано при моделировании работы системы массового обслуживания. Цель изобретения — расширение функциональных возможностей устройства эа 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 вероятновременные характеристики системы мас» сового обслуживания с ограниченными очередями с учетом отказов и случайными временами восстановления и обслуживания. 2 ил.

1397930

Изобретение относится к специали— эированным вычислительным средствам, может быть использовано при моделировании работы системы массового обслуживания и является усовершенство5 ванием устройства по авт.св.

У 1290342.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей устройст- 1р ва за счет моделирования систем массового обслуживания (СМО) с отказами.

На фиг.1 представлена схема устройства для моделирования CMO на фиг.2 — схема блока моделирования отказов.

Устройство для моделирования CMO содержит генератор 1 тактовых импуль- .ов, счетчик 2 импульсов, счетчики

3 и 4 соответственно обслуженных и 2р поступ»»вших заявок, первый 5, второй

6 и третий 7 блоки сравнения, первый

8 и второй 9 элементы ИЛИ, первый

10 и второй 11 элементы И, элемент

12 запрета, четвертый 13, шестой 14, 25 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 случайнь»х чисел» триггер 22, 3р первый 23, второй 24, третий 25, четвертый 26, пятый 27, шестой 28 и седьмой 29 элементы задержки, первь»й 30 и второй 31 блоки деления, элемент ИЛИ-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 4р 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

55 поступления очередной заявки в систему с временем окончания обслуживания предыдущей заявки.

Блок 7 сравнения сравнивает текущее число заявок в системе с допустимым .

Блок 52 моделирования отказов содержит шестой 53, седьмой 54, пятый

55, четвертый 56, третий 57 и второй

58 управляющие входы блока, первый

59 и второй 60 информационные входы, 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, сумматор 71, узел 72 вычитания, триггер 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 1-й заявки и времени окончания восстановления очередного отказа.

Узел 72 вычитания используется для получения разности времеи окончания восстановления и поступления

i-й заявки в систему.

Блок 69 сравне»п»я 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 отказа, а генератор 64 — для формирования случайного числа, представляющего время восстановления.

1397930

Устройство работает следующим образом.

При поступлении сигнала запуска на вход генератора 1 он выдает импульсы, которые поступают на информлцион5 ный вход счетчика 2, который с дешифратором 44 вырабатывает сигналы, определяющие такты работы устройства.

Иикл работы устройства осуществляется Ið зл пять тактов.

Устройство работает в двух режимах: режим 1 — моделирование СМО с очередями и случайным временем обслуживания без учета отказов; режим 2 моделирование С!10 с очередями, случлйным временем. обс:ч - сивлния с у етом откл зов и случайным вр - менс-м носстлнонле гнт1т .

"сходное состояни: блоков vo Tрой(т тнл: три гер ??, счс.тчики 2,3,4 и

18, сумматоры 19 и 20 — н нулевом состоянии, н f .lоке 52 моделирования отказов, триггер 73, сумматоры 70 и

71, узел 72 вычитания — в нулевом состояттии. Ilo входам 50,46 и 63 подаются величины соответственно зллл l ного времени моделирования Т,„„, допустимой длины очереди д,е и потенциал, определяющий режимы работы уст- 30 ройства (отсутствие сигнала нл входo о3 — в режим 1, наличие сигнала lca входе 63 — режим 2).

В режиме 1 у".òðîéñòâî работает следующим образом.

В первом такте сигнал от первого выхода дешифратора 44 через открытый элемент И 10 (триггер 22 в нулевом состоянии) запускает генератор 21 случайных чисел, а также, пройдя че40 рез элемент 29 задержки, разрешает запись полученного гснератором 21 случайного числа в сумматор 19. Сигнал в элементе 29 задержки задержи вается на время, необходимое для полу45 чения случайного числа. Сигналом от первой шины дешифратора 44 через элемент И 10 счетчик 4 устанавливл тся в 1-е состояние, фиксируя при этом поступление сообщения на вход устройства. При поступлении только первого

50 сообщения на первом выходе дешифратора 45 появляется сигнал, который считывается первым тактовым сигналом, прошедшим через элемент 28 задержки.

Последний задерживает тактовый сигнал на время, достаточное для установления на пегвом выходе дешифратора 45 устой иного сигнала. Сигнал с выхода (1) (2) C . t ocr с с

1-1

Ок паст, <г р с i-т

Если условие (1) выполняется, сигнал с выхода элемента И 13 поступает на единичный вход триггера 22 и нл вычитлющий вход реверсивного сче-,чика 18, уменьшая его содержимое на единицу. Если вьптолняется 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 происходттт сравнение текущего и допустимого чисел заявок в системе 1 тр„ = 1 дат ° Если условие выполняется, на выходе блока

7 сравнения возникает сигнал.

В четвертом такте при выполнении условия (2) и при отсутствии сигнала элемента И 17 через элемент ИЛИ 8 разрешает подачу в накапливающий суммлтор 20 случайноro времени обслуживания г.,, через блок 42 элементов И и блок 3т. Величина tс,, формируется с помощью генерлтора 65 случайных чисел по сигналу с первой шины дешифрлтора 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 нлклпливаюпдй сумматор 20 содержимого сумматора 19, т.е. времени поступления сообщения в систему t ù,, Элемент

27 задержки зллержнвлет сигнлл на время, необходимое лля записи и суммирования случайно го числа в ттлкaïлинлющем суммлт оре 19. Таким образом, н первом цикле работы vcтройствл в сумматоре 20 получается с = t + фс 1 пс ст q

+tГ6г ФT ° Е. ВрЕМя ОКОНЧЛНИЛ ОбСЛужнвлния первого ссобщения. В последующих циклах в сумматоре 20 формируется время окончания обслуживания i.-го о сообщения

Во ттторо.. такте по сигналу OT второго выхода дешифраторл 44 нл блок

6 сравнения тсрез блоки 38 и 39 элементов подают=я величины соответстг>с:нно времени гоступления т-го cnob щения и времени окончания обслужинатк ния t >., предыдущего очередного сосбще ия.

В третьем такте анализируются результаты сраннс ния: I 3979

5 с выхода блока 7 сравнения (длина очереди не превьш ает допустимую) сигнал через элемент И поступает на суммирующий вход реверсивного счетчика 18, увеличивая его состояние на

5 единицу, имитируя при этом постановку сообщения в очередь на обработку.

При наличии сигнала с выхода блока 7 сравнения блокируется суммирующий вход счетчика 18 сигналом на инверсном входе элемента И 14. При этом имитируется отказ СМО в обслуживании сообщения в связи с ограниченной очередью. При выполнении условия (2) сигнал с четвертого вьмода дешифратора 44 через элемент И 15 устанавливает триггер 22 в «улевое состояние.

При Т., : t „- и при HvJIpBQM значении реверс«««ого счетчика 18 (вся очередь 20

<-ообщений обслуже«а) сигнал с четвертого «ыхода дешифратора 44 через элеме«ты И 16 « ИЛИ 9 поступает на установоч«ый вход накапл«вающего сумматора 20, устанавливая его в нулевое сос-25 тоя«ие, а пройдя через элемент 26 залержки, разрешает запись в сумматор

20 време«и поступления i-ro сообщения через блоки элементов И 40 и

ИЛИ 33, элемент 26 задержки задерживает сигнал «а время установления сумматора 20 в нулевое состояние.

В пятом такте сигнал на пятом выходе дешифратора 44 анализирует состояние триггера 22. Если триггер 22

35 находится в единичном состоянии (состояние обслуживания) сигнал через

1 элементы И 11 и ИЛИ 8 поступает на управляющие входы блока 42 элементов

И, разрешая при этом подачу в накап- 40 ливающий сумматор t через блок

33 элементов 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

34 элементов И, т.е. времени окончания обслуживания очередного i-го рк сообщения t 1 ° Элемент 23 задержки ос1 должен задержать сигнал на время, 50 необходимое для суммирования в сумматоре 20 „„,.+, . Сигнал с вы-рост; хода элемента 23 задержки, пройдя через элемент 24 задержки и элемент 12 запрета, при отсутствии сигнала от блока 5 сравнения поступает на счетный вход счетчика 3, фиксируя при этом факт обслуживания очередного

i-го сообщения. При выполнении усло30

6 вия T3„„> t . на выходе блока 5

00C срав«Е«ия возникает сигнал, свидетельствующий об окончании процесса моделирования и разрешающий выдачу 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

П Р х

P =

Вх и среднее время обслуживания сообщений ср ? Зад

t рос П „„,„

Счетчики 4,3 и 18 в этот момент содержат соответственно п „ количество сообщений, поступивших на вход системы,и,„ количество обслуженных сообщении, 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 соответственно. Сигнал по входу 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 поступления очередного отказа в системе ртк °

Второй такт. также аналогичен режиму 1. Кроме этого, по сигналу от второго выхода дешифратора 44 (вход 55 блока 52) при нулевом состоянии триггера 73 в сумматор 71 подаются величины вреЫенй восстановления t u

Восс времени наступления отказа t рт„соответственно через блоки 90 и 84

1397930 элементов И, в результате чегс в сумматоре 71 формируется время оконок чания восстановления t васс

Третий такт аналогичен режиму 1.

Кроме этого, по сигналу от третьего выхода дешифратора 44 (вход 56 блока

52) в узел 69 сравнения подаются величины времени наступления отказа и времени окончания обслуживания i-го сообщения соответственно через блоки 83 и 82 элементов И (по входу 60 блока 52). По результату сравнения в узле 69

15 ок оос отк > о обс (3) (4) Ъ " пост;; (5)

t отк < t пост .. (6)

Одновременно по сигналу с входа

57 на узел 68 сравнения подаются величины времени окончания восстановления tок и времени поступления босс

55 определяется дальнейшая работа блока

52 моделирования отказов. Если отказ наступает в момент окончания или поз же окончания обслуживания i-ro сообщения (условие 3), сигнал с первого выхода узла 69 сравнения устанавли25 вает триггер 73 в единичное состояние, тем самым блокирует работу блока

52 в последующих четвертом и пятом тактах работы устройства, сохраняя при этом для последующего анализа значения времени наступления отказа (в сумматоре 70) и окончания восстановления t косс (в сумматоре 71) . . Если отк аз нас тупил до момента ок о нчания обслуживания i-го сообщения (условие 4), сигнал с второго выхода З5 узла 69 сравнения через элемент

ИЛИ 76 устанавливает триггер 73 в нулевое состояние, тем самым разрешает дальнейший анализ влияния отказа на время обслуживания i-го сообщения. 4О

Четвертый такт также аналогичен режиму 1. Кроме этого, сигнал с четвертого выхода дешифратора 44 (вход

57 блока 52) разрешает подачу в узел

67 сравнения через блоки элементов И 45 соответственно 85 и 8 1 величин време» ни наступления отказа t т„ и времени поступления i-го сообщения, на время обслуживания которого имеет влияние отказ пост, В узле 67 сравнения вы- 50 деляются результаты сравнения

i-го сообщения через блоки

87 и 81 элементов И. В узле 68 сравкения вылеляется ситуация т. е. восстановление отказа произошло до момента или в момент поступления

i ãî сообщения. В этом такте по сигналу с входа 57 в узел 72 вычитания ок подаются величины t „и через блоки элементов И соответственно 88 и 81, в результате чего получается разность ок д = < васс пост; (8) 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-го сообщения в сумматоре 20, анализирует неравенства (5)-(7) . Если выполняется неравенство (5), т. е. отказ наступил в момент поступления или я 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 осуществляется путем подачи t через блок 89 элементов

И (выход 61 блока 52), через блок элементов ИЛИ 33 в сумматор 20. Если выполняется неравенство (6), т.е. отказ наступил до поступления i-го сообщения, однако если призошло восстановление этого отказа до поступления i-го сообщения (т.е. выполняется неравенство (7), сигнал на выходе блока 68 сравнения), то на время окончания обслуживания i-го сообщения отказ не влияет и в сумматор 20 с блока 52 моделирования отказов ничего не подается, Если восстановление происходит во время обслуживания i-ro ок сообщения, т. е. при 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, пронсходит обслуживание очередного отказа, возникшего в момент t „, и учитывается его влияние на время окончания обслуживания i-го сообщения.

Если отказ обслужен, то в очередном цикле работы устройства аналогич1397930 но генерируются случайные величины для формирования времени наступления очередного отказа t q, и времени восстановления „, (первый такт).

Сумматоры 71 и узел 72 вычитания устанавливаются в исходное нулевое состояние через элементы И 78 и

ИЛИ ?7. Формируется время наступления очередного отказа в сумматоре 70. 10

Фор шруется 1 "„,-, (второй такт). Сраяо нияается t,>, с „ (третий такт).

Обслуживание очередного отказа осуОМ ществляется при t < . > t,. (четвер1 1

TbIII и пя тьпу та к ты) °

Окончание работы устройства в режиме 2 аналогично режиму 1, кроме

-ITnI 1,дополнительно устанавливаются з II<.. A. .,ное с Ос: . Оя ниР суммат opb! 70 и

Р1, б.:oI 72 Pi i&HTBHIIB и триггер по 2р гпгна.;Iv o входа 54 блока 52.

Ф ЛMyлаизобретени я у< гройстяо для моделирования сис- 25 тем часс. вого обслуживания по аят.св.

tr- 1 9II342, о т л и ч а ю ш е е с я

-,ем, что, с целью расширения функциональных воэможностей устройства эа счет моделирования систем массового 30 об-пужияапия с отказами, оно дополниI е тг но содержит блок моделирования

oTêàçoâ, содержащий три генератора случайных чисел, три узла сравнения, накапливающий сумматор, сумматор, узел вычитания, триггер, дяа элемента задержки, два элемента ИЛИ, три элемента И, одиннадцать блоков элементоя И, причем информационные выходы первого блока элементов И соеди- 40 иены 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 ими входами первой группы третьего узла сравнения, информационные входы второй группы которого соединены соответственно с информационными выходами 5О третьего блока элементов И, информа" ционные 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 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 сумматора и информационными входами восьмого блока элементов И, информационные выходы которого подключены соответственно к информационным входам второй группы узла вычитания, информационные выходы

К )TOPOI СОРДИН НЫ СOO PC TCTBЕIIIIO С информацис ннь!ми входами .естогo блока элементов И, информациоянче входы девятого блока элем.нтов И подключены соответственно к информационным яыхэдам первого генератора случайных чисел и информационным входам десятого блока элементов И, информационные выходы которого соединены соотяетсf венно с информационными входами первой группы L óììàòoðë, информациснньк-.. входы втоpой Гpуппы котОрОГО подклю чены соответственно к IIIIgopMaIgIOIIII

HJIH блока моделирования отказов, информационные выходы шестого и девя; ого блоков элементов И которого подключены соответственно к входам четвертай и пятой групп блока элементов

ИЛИ устройства, второй выход деши ратора которого соединен с управляющими входами четвертого и лесятого 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 моделирования отказов, вход второго элемента задержки которого соединен с выходом второго элемента и устройства, третий выход дешифратора которого подключен к управляющим входам второго и третьего блоков элементов

И блока моделирования отказав, второй вход второго элемента И и третий вход третьего элемента И которого объединены и являются входом задания режима работы устройства, четвертый выход первого дешифратора которого подключен к управляющим входам первого и пятого блоков элементов И и второму управляющему входу с едь мог о блока элементов И блока моделирования отказов.

Составитель В. Фукалов

Редактор И. Николайчук Техред М. Ходанич Корректор Л.Пилипенко

Закаэ 2272/48 Тираж 704 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета CCCP по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,,д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул, Проектная, 4