Устройство для моделирования систем массового обслуживания

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

6 06 F 15/20 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий

Опубликовано 231 282. Бюллетень № 47

Дата опубликования описания 23.12. 82 (53} УДК 681. 333 (088 ° 8) А.Я. Матов, В.Н. Шпилев, В.И.„ЙЮ1укгенко и Ю.А. Капиносов

I . 1

t (72) Авторы изобретения

Р

j (71 ) Заявитель (54) УСТРОИСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ СИСТЕМ

МАССОВОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ рой вход которого соединен с выходсм второго генератора случайного потока импульсов, а выход — с управляющим входом схемы ЗАПРЕТ и вторым 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 функциональных возможностей устройства за счет моделирования очереди и приоритетов обслуживания заявок.

Эта цель достигается тем, что в устройство, содержащее генератор слуО чайного 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 гене25 ратора слу айн ульсов, в од которого соединен с входом первого счетчика импульсов, информационным входом первого элемента ЗАПРЕТ и первым входом первого элемента И, второй

З0- вход которого подключен к выходу перИзобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для статистического моделирования приоритетных систем массового обслуживания (CMO) .

Известно устройство для моделирования CNO, содержащее генераторы обслуженных заявок, регистр управляющего слова, дешифратор, элементы ИЛИ, блоки элементов И (1) .

Это ус тройств о не по зв оляет моделировать СМО с относительным приоритетом, ограниченной очередью, ненадежньм обслуживающим прибором, определить характеристики систем.

Наиболее близким к изобретению является устройство для моделирования

СМО, содержащее генератор импульсов, первый, второй и третий счетчики, схему ЗАПРЕТ, схему ИЛИ, схему И, первый и второй генераторы случайного потока импульсОв, реверсивный счетчик и блок сравнения, причем выход первого генератора случайного потока импульсов соединен с первым счетчиicoM и.первым входом схемы И, а через схему, ЗАПРЕТ вЂ” с суммирующим входом реверсивного счетчика, связанного с блоком сравнения, выход которого соединен с первым входом схемы ИЛИ, вто(6)) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 080781 (21) 3322202/18-24 (31) М. Кд.з

983715

soro элемента ИЛИ и управлякщему входу первого элемента ЗАПРЕТ, выход которого соединен с суммирующим входом реверсивногосчетчика, разряднца. выха» ды которого подключены соответственно к входам второго элемента ИЛИ, вы- 5 ход переполнения реверсивного счетчи» ка соединен с входом блока сравнения, выход которого соединен с первьм входом первого элемента ИЛИ, выход nepsoro элемента И подключен к входу вто. О 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 (n-1) элементов

ИЛИ и (и-l). измерительных каналов, а в каждый измерительный канал введены второй элемент И, триггер и второй . элемент ЗАПРЕТ, -й измерительный канал (i=2,n) содержит третий элемент

И и третий элемент ЗАПРЕТ, к-й измерительный канал (k=lг, n-,-1) дополнительно содержит четвертый и пятый элементы ЗАПРЕТ, причем вторые входы первых элементов ИЛИ всех измерительных каналов объединены и соединены с управляющими входами вторых элементов запрета всех измерительных каналов, первыми входами запрета работы генератора импульсов i-го измеритель- ЗО ного канала, первыми входами третьих элементов ИЛИ i-ro измерительного канала и выходом генератора случайного потока импульсов, выход генератора импульсов в каждом измеритель- 35 ном канале подключен к входу блока временной задержки и единичному входу триггера, выход блока временной задержки соединен с вторым входом третьего элемента ИЛИ, выход которо- 4р го подключен к нулевому входу триггера, нулевой выход которого соединен с первым входом второго элемента И, выход которого подключен к входу запуска генератора импульсов сво- 45 его измерительного канала, единичный выход триггера первого канала соединен,c âû÷èòàþùèì 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-1)- 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 ход второго элемента ИЛИ к-го канала подключен к информационному входу четвертого элемента ЗАПРЕТ, упрау лякиций вход которого, соединен с вы 65.ходом пятого элемента ЗАПРЕТ своего измерительного канала, выход второго элемента ИЛИ и-го канала подключен к второму входу второго элемента И своего измерительного канала, управляк1цие входы всех пятых элементов запрета объединены, являются управляющим входом устройства и соединены ,с первыми входами всех третьих эле ментов И, выход третьего элемента И в 1-м измерительном канале соединен с управлякщим входом третьего элемента ЗАПРЕТИ третьим входом третьего

)элемента ИЛИ, выход i-ro элемента .ИЛИ первой группы подключен к управляющему входу пятого элемента, ЗАПРЕТ (i-1) -го измерительного канала и второму входу (i-1) -ro элемента ИЛИ первой группы, выход четвертого элемента

ЗАПРЕТ к-ro измерительного канала соединен с вторым входом второго элемента И своего канала и с первым входом к го элемента ИЛИ второй группы, выход которого подключен к второму входу третье&о элемента И (к+1) -го канала и второму входу (к+1) -го элемента ИЛИ второй группы.

На чертеже изображена схема устройства для моделирования приоритетных систем массового обслуживания. устройство содержит первый генератор l .случайного потока импульсов, первый счетчик 2,.первый элемент ЗАQPET 3, первый элемент И4, второй счетчик 5, первый элемент ИЛИ б, реверсивной счетчик 7, блок 8 сравне» нияГ второй миоговходовый элемент

ИЛИ.9, Четвертый. элемент ЗАПРЕТ 10, второй элеМент И ll генератор 12 им.,пульсов, одноканальйый блок .13 случайных временных задержек, третий трехвходовый элемент ИЛИ 14, триггер

15, третий и второй элементы ЗАПРЕТ

1б 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 импульсов 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 обслуживающего прибора. Реверсивные счетчики 7 имитирувт очередь в

СМО.

Генераторы 12 импульсов и одноканальные блоки 13 случайных временных задержек имитируют обслуживающий прибор со случайным временем обслужива9837 15 реверсивного счетчика 7 на единицу, имитируя освобождение одного места в очереди, а через открытый элемент

10 ЭАПРЕТ 17 увеличивает едийнцу показание счетчика 18 обслуженных заявок.

Имитируя заполнение всех мест Ь очереди блок 8 сравнения выдает сигнал, который закрывает схему ЗАПРЕТ

13 3 и открывает схему И 4. Счетчик 5 начинает считать импулъсы — .заявки, потерянные по причине занятости всех мест в очереди.

Пусть во время обслуживания заяв211 ки в системе произойдет отказ обслуживающего прибора. Имитируя отказ обслуживающего прибора, генератор 23 случайного потока импульсов генерирует иМпульс, который на время, сво25 ей длительности останавливает работу генератора 12 импульсов на закрывает элемент ЗАПРЕТ 17, а через элемент

ИЛИ 14 устанавливает в нулевое состояние триггер 15. Сигнал с единичного

30 выхода триггера 15 поступает только на вычитающий вход реверсивного счетчика 7, имитируя потерю одной заявки.

Импульс с выхода генератора 23 случайного тока импульсов через элемент

3 ИЛИ 6 закрывает также на время своей длительности элемент ЗАПРЕТ и.открывает элемент-H 4. Счетчик 5 начинает считать импульсы — заявки, потерянные по причине закрытия очереди на время отказа обслуживающего прибора.

4Е для правильного моделирования откаэа обслуживающего прибора в системе, необходимо чтобы выполнялось условие

° / и нма за* вк л

45. где „,д — минимальная длительность импульса генератора 23 случайного потока импульсов;

t — максимальное время задерж а*тай ки нипульсов в одноканальном блоке 13 случайных. временных задержек.

Пусть во время обслуживания заязSS ки из второго потока поступает заявка-импульс от генератора l случайноl

ro потока имиульсов в первом канале моделирования. Этот импульс, пройдя через открытый элемент ЗАПРЕТ 3, поступает на суьмирукханй вход .реверснв"Е ного счетчика 7. Сигнал с выхода раз-. рядов реверсивного счетчика 7 первого канала моделирования не прерывает обслуживание заявки во втором канале, так как элемент ЗАПРЕТ 10 первого ка6 нала моделирования на время обслужиния. Счетчики 18 считают число обслуженных заявок различных приоритетов.

Генератор 23 случайного. потока импульсов имитирует отказы обслуживающего прибора. Генератор генерирует импульсы со случайным периодом повторения

Тн и случайной длительности, имитирующей время восстановления обслуживакщего прибора..

Устройство может работать в двух режкмахг в режиме моделирования СМО

С относителъным приоритетом в режиме

° моделирования СИО с абсолютньм приори метом. . Режим моделирования СМО с относительным приоритетом. На управляющий вход 24 устройства подается нулевой сигнал. Во всех каналах иоделнрованкя процесса обслуживания одного потока

:заявки элементы И 19 находятся в закрытом состоянии, а элементы ЗАПРЕТ

21 — в закрытом. .1

Рассмотрим работу канала моделирования на примере второго канала. B исходнои состояннк на реверсивном счетчике 7 записан ноль, триггер 15 находится в нулевом состоянии. Единичный потенциал.с *нулевого входа триггера 15 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 резерсквного счетчика 7. Импульсы от генератора 1 случайного потока импулъсов, имитируя входной поток заявок на обслуживание, проходят через открытый элемент ЗАПРЕТ 3 и поступают на"суммирующий вход ревер- сивного счетчика 7, который ведет подсчет поступивших импульсов, имитируя занятие заявками мест в очереди.

Разрешающий потенциал с выходов разрядов реверсивного счетчика 7 через многовходовый элемент ИЛИ 9, открытый элемент ЗАПРЕТ 10 и открытый элемент

И 11 запускает генератор 12 импульсов своего канала моделирования, через элемент ИЛИ;22 — запрещает работу генератора 12 импульсов третьего канала моделирования. Импульс с вы- хода генератора 12 импульсов поступает в одноканальный блок. 13 случайных временных задержек, который задает случайное время обслуживания, заявки, и устанавливает триггер 15 s единичное состояние, закрывая тем самым элемент И 11 и запрещая работу генератора 12 импульсов. Единичный потенциал с единичного выхода триггера 15 через открытый элемент ЗАПРЕТ

16, элемент ИЛИ 20, открытый элемент

ЗАПРЕТ 21 удерживает в закрытом состоянии элемент ЗАПРЕТ 10 первого канала моделирования на время задержки импульса в одноканальном блоке 13 случайных временных задержек. Эадержанный импульс через элемент ИЛИ 14 устанавливает триггер 15 в нулевое состояние, имитируя окончание обслуживання заявки. Сигнал переходных единичного в нулевое состояние триг.-. гера 15, пройдя через открытый элемент ЗАПРЕТ 16, уменьшает содержимое

98З715 вания удерживается в закрытом состоянии единичным потенциалом с единичного выхода триггера 15 второго канала.

И только после окончания обслуживания заявки из второго потока, сигнал с выходов разрядов реверсивного счетчика 7 через миоговходовый элемент ИЛИ

9 и открывшийся элемент ЗАПРЕТ 10 запрещает работу генератора 12 импульсов своего канала.

Режим моделирования СМО с абсолют- 10 ным приоритетом. На управляющий вход

24 устройства подается единичный сиг" нал.Во всех каналах моделирования процесса обслуживания Одного потока заявок элементы ЗАПРЕТ 21 находятся 15 в закрытом состоянии, а элементы ЗАПРЕТ 10 и элементы И 19 — в открытом.

Пусть во время обслуживания заявки из второго потока поступает заявкаимпульс от генератора 1 случайного 70 потока импульсов в первом канале моделирования. Этот импульс, пройдя че» рез открытый элемент ЗАПРЕТ 3, поступает 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 me 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- 35 чного.выхода триггера 15 никуда не поступает, так как элемент ЗАПРЕТ 16 находится в закрытом состоянии.

Устройство позволяет получить следующие характеристики СМО:

Р— вероятность обслуживания за05 явки i-ro потока;

Р, — вероятность отказа в обслуОТ К1 живании заявки i-ro потока по причине занятости всех мест в очереди или закрытия очереди на время отказа обслуживающего прибора;

Ьср; — средняя длина очереди заявок

i-го потока.

Эти характеристики можно получить 50 в формулах:

М9; ГХ

Р Р с1 ° 1 71

06 N . -- ОТкj N ." L

24 cð щ

55 где )uzi Мз,, Бщ; — показания к концу эксперимента счетчиков 2,5 и 18.

i-ro канала моделирования; Б7к к-ое показание реверсивного счетчика 7, зафиксированное m раз во время . эксперимента в i-ом канале моделирования.

Аналогичным образом работает устройство для моделирования СМ0 с произвольным числом потоков заявок на обслуживание. 6S

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 приоритетных СМО: с произвольньм числом входных потоков заявок, относительном 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 под,ключен к выходу первого элемента ИЛИ и управляющему входу первого элемен- та 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, вцход которого соединен с первым входом первого элемента ИЛИ, выход первого элемента.

И подключен к входу второго счетчика, выход генератора случайного потока импульсов соединен с первым входом третьего элемента ИЛИ и с первым входом запрета работы генератора импульсов, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет моделирования очереди и приоритетов обслуживания заявок, оно дополнительно содержит две группы по (n-1) элементов ИЛИ, (и-1) измерительных каналов, а в каж- дый измерительный канал введены второй: элемент И, триггер и второй элемент ЗАПРЕТ, i-й измерительный канал (i=2, n) содержит-третий элемента И и третий элемент ЗАПРЕТ, к-й измерительный канал (к=l, и-1) дополнитель но содержит четвертый и пять1й элементы ЗАЙРЕТ, причем вторые входы первых элементов ИЛИ всех измерительных каналов объединены и соединены с управляющими входами вторых элементов запрета всех измерительных каналов, первыми входами запрета работы генератора импульсов i-ro измерительного

98З715 канала, первыми входами третьих элементов ИЛИ i-ro измерительного кана,ла и выходом генератора случайного потока импульсов, выход генератора импульсов и каждом измерительном канале подключен к входу блока временной задержки и единичному входу триггера, выход блока временной задержки соединен с вторьм входом третьего элемента ИЛИ, выход которого подключен к нулевому входу триггера, нуле- 10 вой выход которого соединен с первые входом второго элемента И, выход которого подключен к входу запуска генератора импульсов csoего измерительного канала, единичный выход тригге- 3$ ра первого канала соединен с вычитающим входом реверсивного счетчика и информационннк входом второго элемента SMIPET своего измерительного канала, единичный выход триггера i-го из- 2О мерительного канала подключен к информационному входу третьего элемента ЗАПРЕТ, выход которого соединен с вычитающим входом реверсивного счетчика,. первому входу (i-1)-го элемен- 25 та 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, выход второго элемента ИЛИ к-ro канала подключен к информационному входу четвертого элемента ЗАПРЕТ, управляющий вход кото-рого соединен с высодом пятого эле мента ЗАПРЕТ, своего измерительного канала, выход второго элемента ИЛИ

l и-го канала подключен к второму входу второго элемента И своего измерительного канала, управлякщие входы всех пятых элементов запрета объединены, являются управляющим входом.устройства и соединены с первююи входами всех третьих элементов И, выход третьего элемента И в i-M измерительном канале соединен с управляющим входом третьего элемента ЗАПРЕТ и третьим входом третьего элемента ИЛИ, выход i-го элемента ИЛИ первой группы подключен к управлякщему входу пяI того элемента запрет (i-1) -ro измерительного канала и второму входу (i-1)ro элемента ИЛИ первой группы, выход четвертого элемента ЗАПРЕТ к-го измерительного канала соединен с вторьм . входом второго элемента И своего канала и с первик 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

1. Авторское свидетельство СССР

9 590748, кл. G 06 F 15/20, 1975.

2. Авторское свидетельство СССР

9 450178, кл. G 06 F 15/20, 1973 (про тотип) .