Устройство для моделирования систем массового обслуживания

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧРЕСПУБЛИК А х зцр С 06 Г 15 УДАРСТВЕННЫЙ НО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИ ЕТ СССР(ЛИР ЫТИЙ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ соответственно к входам первого элемента ИЛИ, выход которого подключен :к входу генератора случайных импульсов, выход которого соединен с вычитающим выходом реверсивного счетчика и входом второго элемента задержки, выход которого подключен к первому входу элемента И, второй вход которого соединен с выходом второго элемента ИЛИ, разрядные выходы регистра сдвига подключены.соответственно к первым входам элементов И группы, второй вход первого элемента И группы подключен к выходу третьего элемента И группы, вторые входы К-го и (К+1)-го элементовИ группы объединены и соединены с выходом (К+3)-го элемента И группы (К=2, и -1), вторые входы П -го и (и+1)-го элементов И группы соединены с выходом генератора случай- р ных импульсов, второй вход (11+2)- го элемента И группы подключен к выходу первого элемента задержки, входы второго элемента ИЛИ соединены с соответствующими выходами элементов И группы, разрядные входы гашения сигнала регистра сдвига соединены с выходами соответствующих элементов И группы, выход элемента И блока анализа ситуации подключен к первому информационному входу коматора импульсов и первому вычиающему входу реверсивного счетчи )ра, второй вычитающий вход которогооединен с первым выходом блока облуживания первого канала обслуживания и первым входом блока регистравторой вход которого соединенвыходом последнего элемента И группы блока анализа ситуации, треть(21) 3563109/18-24 (22) 11.03.83 (46) 23.06.84Бюл (72) Ю,Н.Беленов и (53) 681.3 (088.8) (56) 1. Авторское ь 311280, кл. 0 062. Авторское св В 521569, кл. С 06 (прототип). В 23А.В.Горностайсвидетельство СССРС 7/48, 1970.идетельство СССРГ 15/20, 1974(54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ СИСТЕМ МАССОВОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ,содержащее первый канал обслуживания заявок, состоящий из реверсивногосчетчика, разрядные выходы которогосоединены соответственно с входамипервого элемента И и первого элемента ИЛИ, выход которого соединенс входом запуска блока обслуживания, второй элемент И, блок регистрации, о т л и ч а ю щ е е с ятем, что, с целью .расширения функциональных возможностей путем модели;.рования ухода заявок из канала об-,;служивания с заданной вероятностью,оно дополнительно содержит коммутаторимпульсов, второй канал обслуживания заявок, состоящий из последовательно соединенных реверсивного счетчика, элемента ИЛИ и блока обслуживания, и блок анализа ситуации, сос-.тоящий из генератора импульсов, гене мутратора случайных импульсов, регистра тсдвига, элемента И, двух элементов кИЛИ, двух элементов задержки, груп - спы элементов И, выход генератора им- спульсов соединен с сдвигающим вХодомрегистра сдвига и входом первогоэлемента задержки, разрядные выходы среверсивного счетчика подключены1099316 им вычитакицим входом реверсивного счетчика и первым суммирующим входом реверсивного счетчика второго канала обслуживания, второй суммирующий вход которого подключен к выходу второго элемента И устройства, выход блока обслуживания второго канала обслуживания подключен к второму информационному входу коммутатора импульсов,. третий информационный вход которого является входом устройства, первый выход коммутатора импульсов соединен с суммирующим входом реверсивного счетчика первого канала обслуживания и первым входом блока обслуживания первого канала обслуживания, второй выход которого подключен к суммирующему входу реверсивного счетчика и входу первого разряда регистра сдвига блока анализа ситуации, второй выход коммутатора импульсов подключен к первому входу второго элемента И, второй вход которого соединен с управляющим входом коммутатора импульсов и выходом первого элемента И.2. Устройство по п. 1, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что блок обслуживания содержит генератор импуль сов, генератор случайных импульсов, регистр сдвига, группуэлементов И, элемент ИЛИ, элемент И, два элемента задержки, выход генератора им,пульсов соединен с входом первого фИзобретение относится к вычйслительной технике, предназначено для моделирования процессов образования и регулирования очередей и может быть использовано при исследовании сложных систем.Известно устройство для моделиро. вания очереди, содержащее генератор заявок, блок обслуживания заявок, регистр сдвига и реверсивный счет чик 1 .Недостатком данного устройства является невозможность моделирования систем с очередью, в которой заявка не покидала бы ее до тех пор, пока не получит обслуживание. элемента задержки и сдвигающимвходом регистра сдвига, информационный вход первого разряда регистрасдвига является первым входом блока, вторым входом которого являетсявход генератора случайных импульсов,выход которого соединен с входомвторого элемента задержки, выходкоторого подключен к первому входуэлемента И, второй вход которогосоединен с выходом элемента ИЛИ,выход элемента И является первым выходом блока, вторым выходом которого является выход последнего элемента И группы, входы элемента ИЛИподключены к выходам соответствующихэлементов И группы, первые входы которых соединены с разрядными выходами регистра сдвига, входы гашениясигнала каждого разряда регистрасдвига подключены к выходам соответствующего элемента И группы, второй вход первого элемента И группыподключен к выходу третьего элемента И группы, вторыевходы К-го и(К+1)-го элемента И группы объединены и соединены с выходом (К+3)-гоэлемента И группы (К=2, 6 -1), второйвход последнего элемента И группыподключен к выходу первого элементазадержки, а выход генератора случайных импульсов соединен с вторымивходами И -го и 01+1)-го элементовтруппы. Наиболее близким по техническойсущности и достигаемому результатук предлагаемому является устройстводля моделирования очереди, содержащее реверсивный счетчик, первая группа выходов которого соединена ссоответствующими входами блока имитации длины очереди, вторая группавыходов - с соответствующими входа ми эадатчика ограничения очереди,выход которого соединен с первымвходом блока выявления переполненияочереди, выход которого подключенк первому входу второго канала об служивания. Данное устройство позволяет моделировать системы массово1099316 10 15 20 25 за 35 40 45 50 55 3го обслуживания (СМО) с переменной длиной очереди 2 .Однако при переполнении очереди заявки получают отказ и далее не рассматриваются, В реальных же СМО, например, в больших магазинах, у касс на вокзалах и т.д ., возможны ситуации, когда клиент, получивший отказ в обслуживании, оценивает создавшуюся ситуацию и с вероятностьюостается в прежней СМО или с вероятностью 1- уходит в другую СМО с новыми характеристиками. Учесть такие ситуации при аналитическом исследовании сложных СМО чрезвычайно трудно. Наиболее удобно моделировать такие ситуации в СМО с помощью предлагаемого устройства.Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства путем моделирования ухода заявок из канала обслуживания с заданной вероятностью.с Поставленная цель достигается тем, что в устройство для моделирования систем массового обслуживания, содержащее первый канал обслуживания заявок, состоящий из реверсивного счетчика, разрядные выходы которого соединены соответственно с входами первого элемента И и первого элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом зайуска блока обслуживания, второй элемент И, блок регистрации, введены коммутатор импульсов, второй канал обслуживания заявок, состоящий из последовательно соединенных реверсивного счетчика, элемента ИЛИ и блока обслуживания, и блок анализа ситуации, состоящий из генератора импульсов, генератора случайных импульсов, регистра сдвига, элемента И, двух элементов ИЛИ, двух элементов задержки, группы элементов И, выход генератора импульсов соединен с сдвигающим входом регистра сдвига и входом первого элемента задержки, разрядные выходы реверсивного счет- чика подключены соответственно к вхо дам первого элемента ИЛИ, выход которого подключен к входу генератора случайных импульсов, выход которого соединен с вычитающим выходом реверсивного счетчика и входом второго элемента задержки, выход которого подключен к первому входу элемента И, второй вход которого соединен с выходом второго элемен-.та ИЛИ, разрядные выходы регистрасдвига подключены соответственнок первым входам элементов И группы,второй вход первого элемента И группы подключены к выходу третьегоэлемента И группы, вторые входы К-гои (К+1) -го элементов группы объединены и соединены с выходом (К+3)-гоэлемента И группы (К=2, п), вторые входы й"го и (11+1)-го элементовИ группы соединены с выходом генератора случайных импульсов второйвход (0+2)-го элемента И группыподключен к выходу первого элементазадержки, входы второго элементаИЛИ соединены с соответствующимивыходами элементов И группы, разрядные входы гашения сигнала регистра сдвига соединены с выходами соответствующих элементов И группы, выход элемента И блока анализа ситуации подключен к первому информационному входу коммутатора импуль -сов и первому вычитающему входу реверсивного счетчика, второй вычитающий вход которого соединен с первым выходом блока обслуживания первого канала обслуживания и первым входом блока регистрации, .второй входкоторого соединен с выходом последнего элемента И группы блока анализаситуации, третьим вычитающим входом реверсивного счетчика и первым суммирующим входом реверсивного счетчика второго канала обслуживания, второйсуммирующий вход которого подключен квыходу второго элемента И устройства,выход блока обслуживания второго кана.ла обслуживания подключен к второмуинформационному входу коммутатора импульсов, третий информационный вход,которого является входом устройства,первый вход коммутатора импульсов соединен с суммирующим входом реверсивного счетчика первого канала обслуживания и первым входом блока обслужи-;вания первого канала обслуживания,второй выход которого соединен с сум.мирующим входом реверсивного счетчика входом первого разряда регистрасдвига блока анализа ситуации, второйвыход коммутатора импульсов подключен к первому входу второго элемен"та И, второй вход которого соеди -нен с управляющим входом коммутатора .импульсов и выходом первого элемента И.Блок обслуживания содержит генератор импульсов, генератор случайныхимпульсов, регистр сдвига, группуэлементов И, элемент ИЛИ, элемент И,два элемента задержки, выход генератора импульсов соединен с входомпервого элемента задержки и сдвигаюп;им входом регистра сдвига, информационный вход первого разряда регистра .сдвига является первым входомблока, вторым входом которого является вход генератора случайных импульсов, выход которого соединен с входом второго элемента задержки, выходкоторого подключен к первому входуэлемента И, второй вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ, выходэлемента И является первым выходомблока, вторым выходом которого является выход последнего элемента И 20группы, входы элемента ИЛИ подключены к выходам соответствующих элементов И группы, первые входы которых соединены с разрядными выходами.регистра. сдвига, входы гашения сигнала каждого разряда регистра сдвигаподключены к выходам соответствующего элемента И группы, второй входпервого элемента И группы подключен к выходу третьего элемента И 30группы, вторые входы К-го и (К+1)-гоэлементов И группы объединены и сое"динены с выходом (К+3)-го элемента Игруппы (К=2, 11-1), второй вход последнего элемента И группы подключенк выходу первого элемента задержки,а выход генератора случайных импульсов соединен с вторыми входами 11-гои (0+1)-го элементов И группы.На фиг. 1 приведена структурная 40схема устройства; на фиг, 2 - схемакоммутатора импульсов, на фиг. 3 -схема блока обслуживания; на фиг.4схема блока анализа ситуации.Устройство содержит реверсивныйсчетчик 1, блок,2 анализа ситуации,элемент ИЛИ 3, коммутатор 4 импульсов, первый элемент И 5, блок 6обслуживания, второй элемент И 7,блок 8 регистрации, вход 9 устройства,Коммутатор 4 импульсов содержитэлементы ИЛИ 10-12, элементы И 13-16,элементы 17-19 задержки, элемент20 запрета, входы 21-23, выходы24 и 25,Блок 6 обслуживания содержитпервый 26 и второй 27 элементы за" держки, элемент И 28, элемент ИЛИ29, группу элементов И 30, генератор 31 импульсов, генератор 32 случайных импульсов, регистр 33 сдвига,выходы 34 и 35.Блок 2 анализа ситуации содержитвыходы 36 и 37, второй элемент ИЛИ38,. элемент И 39, первый элемент ИЛИ40, первый 4 1 и второй 42 элементызадержки реверсивный счетчик 43,генератор 44 импульсов, генератор45 случайных импульсов, регистр 46сдвига, группу элементов И 47.Устройство работает следующимобразом.На вход 9 поступают импульсы,имитирующие поток заявок. В случаеотсутствия очереди определенной впервом канале обслуживания сигнал опоступлении заявки с выхода 25 поступает на суммирующий вход реверсивного счетчика 1 и на первый входблока 6 обслуживания, где он поданному входу используется как вспомогательный сигнал. При наличииочереди определенной длины заявкииз счетчика 4 поступают с выхода24 на первый вход второго элементаИ 7Поступающие на входы коммутатора4 (фиг. 2) заявки (вход 9 - входнойпоток, вход 21 - из второго каналаобслуживания, вход 22 - с выхода блока анализа ситуации) вначале попадают на элемент ИЛИ 11, В блоке предусмотрено устройство, не позволяющее потерять заявки, если ониприходят одновременно по двумили трем входам. Если заявки проходят одновременно по двум из трехвходов, то наряду с сигналом, зафиксированным через элемент ИЛИ 11,происходит также фиксация сигналаодним из,элементов И 14-16 и черезэлемент ИЛИ 12 и элемент 19 задержки второй сигнал поступает на одиниз выходов. Таким образом, в реверсивном счетчике 1 фиксируется поступление двух заявок. Если же заявкипоступают одновременно по трем входам 9, 21 и 22, то фиксируется поступление трех заявок: первой - черезэлемент ИЛИ 11, второй - через одиниз элементов И 14-16, элемент ИЛИ12 и элемент 19 задержки, третьей -через элемент И 13 и элементы 17и 18 задержки,Заявки уходят из коммутатора 4 иличерез элемент 20 запрета при отсутствии очереди определенной длины,или непосредственно с выхода элемента ИЛИ 10 при наличии очереди.В последнем случае на управляющийвход элемента 20 запрета подается 5сигнал с выхода задатчика ограничения очереди (элемента И 5), которыйфиксирует определенную длину очередина, реверсивном счетчике 1, При срабатывании элемента И 5 сигнал с еговыхода поступает на вход элемента 20запрета для переключения выходов коммутатора 4 и одновременно подаетсяна первый вход элемента И 7, подготавливая его к открытию. В этом 15случае заявки с выхода 24 коммутатора 4 поступают на второй вход элемента И 7 и далее с его выхода напервый вход второго канала обслуживания. Во втором канале обслуживания, построенном аналогично первому,заявки проходят обслуживание. Необслуженная по каким-либо причинамво втором канале заявка возвращается в первый канал по входу 21 коммутатора 4. Если очередь, зафиксированная в реверсивном счетчике 1,меньше установленной предельнойвеличины, элемент И 7 закрыт, а эле.мент 20 открыт и заявки поступают З 0на выход 25,Наличие очереди фиксируется элементом ИЛИ 3 (фиг . 3) . Если в очереди , имеется хотя бы одна заявка, то сигнал оо этом с выхода элемента ИЛИ 3 подается в блок 6 обслуживания, где происходит включение генератора 32, имитирующего случайное время об. служивания заявки. Пока на выходе элемента ИЛИ 3 есть сигнал, генератор 32 включен. Время между случайными импульсами с генератора 32 принимается за время обслуживания очередной заявки. Кроме генератора 32, имитирующего время обслуживания заявки, основными элементами блока 6 обслуживания являются также генера- тор 3 1 тактовых импульсов (ГТИ), УРС и элемент ИЛИ 29. ГТИ и УРС служат для запоминания на время ьл 50 заявки, поступившей в блок 6 обслуживания. Это время устанавливается путем продвижения вспомогательного сиг. нала по УРС импульсами сдвига от ГТИ, поступающими на вход 6 регист. ра 33. Вспомогательный сигнал в УРС блока 6 поступает с выхода 25 коммутатора 4. Если за время до с генератора 32 поступает сигнал о завершении обслуживания очередной заявки, то она считается обслуженной и сигнал об этом проходит на выходе. 35 блока 6 обслуживания. ВРемЯьддд опРеделЯетсЯ РазРЯдностью регистра 33 и частотой тактовых импульсов ГТИ 31;Для обеспечения прохождения сигнала об обслуживании заявки на выход 35 блока 6 с выхода генератора 32 в УРС поступает импульс, который используется для селективного гаше - ния вспомогательного сигнала, поступившего с выхода 25 коммутатора и продвигаемого по УРС. Гашение вспомогательного сигнала в УРС происходит следующим образом. Если в единичном состоянии находится И -й разряд регистра 33, то на первом входе соответствующего элемента И группы 30 присутствует разрешающий потенциал с выхода этого разряда. Тогда при появлении импульса с генератора 32 при втором входе этого элемента И он проходит на нулевой вход И -го разряда регистра 33 и через элемент ИЛИ 29 - на первый вход элемента И 28. На второй вход элемента И 28 поступает тот же импульс с генератора 32 через элемент 27 задержки, Если к моменту появления сигнала с генератора 32 И -й разряд регистра 33 находится в нулевом состоянии, то разрешающий сигнал имеется на инверсном выходе этого разряда и импульс с генератора 32 проходит на соответствующие два элемента И группы 30 (О)-го разряда. Если (И)-й разряд регистра 33 был в единичном состоянии, то он обнуляет ся. В противном случае сигнал с генератора 32 передается на следующий (И)-й разряд, т.е. поиск ближайшего разряда регистра 33 с единичным состоянием продолжается. С выхода 35 блока 6 обслуживания сигнал о конце обслуживания заявки за время, меньшее или равное с дд подается на вычитающий вход реверсив. ного счетчика 1 для снятия заявки с учета из системы обслуживания и на суммирующий вход реверсивного счетчика блока 8 регистрации. Если за врелмя сдп в УРС не поступает импульс с генератора 32, то заявка считается не обслуженной. В этом случае сигнал об отказе в обслуживании поступает с10999выхода 1 ф -го разряда УРС через соответствующий элемент И группы 30 навход 34 блока 6 и далее на вход блока2 анализа ситуации,Необслуженная в блоке 6 заявка 5в блоке 2 производит "анализ ситуации" (фиг, 4). В результате анализазаявка может с некоторой вероятностьюуйти во второй канал обслуживания - выход 36 блока 2. Вторая воз- Оможность заявки состоит в том, чтоона с вероятностью 1-( возвращаетсяв прежний канал обслуживания черезкоммутатор 4 по входу 37. В обоихслучаях необслуженная заявка, покидая 15блок 2, снимается с учета данного канала через вычитающие входы реверсивного счетчика 1. Когда заявкапокидает данный канал обслуживания,уходя в другой канал, то сигнал об , Юэтом подается на вычитающий вход ре.версивного счетчика блока 8, фиксируя тем самым уход данной заявкииз системы обслуживания.Работа блока 2 анализа ситуации 25аналогична работе блока 6 обслуживания. Поступающая по входу 34 необслуженная заявка производит "оценкуситуации" эа время ьод, которое оп.ределяется разрядностью регистра 46 зои частотой генератора 44 блока 2(фиг. 4) . Заявка включает генератор45 случайных импульсов с помощьюреверсивного счетчика 43 и элементаИЛИ 40, Генератор 45 включен, покав блоке 2 находится хотя бы одназаявка. Генератор 45 имитирует случайное время принятия решения заяв-кой. Если за - время продвижениявспомогательного сигнала по УРС 40блока 2 с генератора 45 поступаетсигнал, то заявка проходит черезэлементы 38 и 39 на вход 37 блока 4.В этом случае заявка остается впрежнем канале обслуживания. При 45этом селективное гашение вспомогательного сигнала в УРС блока 2происходит точно так же, как и в блоке 6 обслуживания.Если за времяьс генератора 45не поступает сигнал, то считается,31610что заявка "приняла решение" уйти из данного канала во второй канал.Технически это осуществляется за счет того, что с генератора 45 за времяЙ,не поступил сигнал селективного гашения. Следовательно, сигнал с и -го выхода регистра 464поступает на выход 36 блока 2 и во второй канал обслуживания. Этот же сигнал поступаеттакже на вычитаннщий вход реверсивного счетчика блока 8, где регистрируется как определенные потери для данного канала обслуживания, В итоге в блоке 8 регистрации определяется результат эффективности данного канала. Аналогично определяется эффективность второго канала.Подключив счетчик импульсов к входу 9, можно определить число заявок В, поступивших в систему обслуживания.Тогда блок регистрации первого канала дает число заявок И 4, обслуженных первым каналом, а блок результатов второго канала дает число заявок У, обслуженных им. Если обозначить число заявок, не получивших обслуживания к моменту времении находящихся в очередях каналов обслуживания или в состоянии оценки ситуации через В, то оно будет равнои:н-н;-м3 1 2Тем самым можно вычислить вероят-,ностные характеристики данной системы обслуживания,Технически второй канал обслуживания выполнен точно также, как ипервый. Для придания ему свойств сдругими характеристиками достаточ"но изменить разрядность УРС или частоту ГТИ.Такимобразом, предлагаемое устройство обеспечивает возможность моделирования СМО, близкой к реальной и может найти применение при оптимизации работы сложных дорогостоящих систем, где решение данной задачи аналитическим способом затруднительно или невозможно.