Устройство для моделирования системмассового обслуживания

Союз Советских Социалистических Республик(54)М. Кл.з С 06 Г 15/20 с присоединением заявки йо Государственный комитет СССР но делам изобретений н открытийДата опубликования описания 230 "81 73) Заявите(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ СИСТЕМ МАССОВОГО ОБСЛУЖИВАНИЯИзобретение относится к вычислительной технике и, в частности; к устройствам для моделирования систем массового обслуживания.Известно устройство для моделирования случайных процессов, в частности, процессов обслуживания потоков заявок системами массового обслуживания. В таких устройствах заявки на обслуживание вырабатываются в виде импульсов генераторами случайных потоков импульсов, процесс обслуживания имитируется с помощью .линий постоянных или случайных вре-.1менных задержек, обслуживающая система моделируется в виде набора моделей обслуживающих каналов и блоков моделей ветвей и вершин вероятност" ного графа 11. Недостатком известного устройства является то, что оно может использоваться только для моделирования узкого класса систем массового обслужи вания, а именно, систем с потерями заявок при отсутствии неисправностей в процессе обслуживания или абсолютно надежных систем с ограниченной ,очередью,Наиболее близким по техническойсущности к предлагаемому являетсяустройство для моделирования системмассового обслуживания, в которомучитывается надежность моделируемойсистемы. Это устройство содержитпервый генератор случайного потокаимпульсов, соединенный с первым сум-мирующим счетчиком и через первыйэлемент ИЛИ и схему нЗапрет" с суммирующим входом первого реверсивного счетчика и многоканальным блокомслучайных временных задержек, под-.ключенного к вычитающему входу первого реверсивного счетчика через второй элемент ИЛИ, другой вход которогосоединен с выходом высокочастотногогенератора импульсов, один вход которого подключен к выходу второгогенератора случайного потока импульсов и к первому входу третьего элемента ИЛИ, другой вход которого подключен к выходу многовходового эле мента И, входы которого подключенык разрядным входам реверсивного счетчика, подключенного к блоку сравнения, выход которого через третийэлемент ИЛИ соединен с управлязхцимивходами схемы "Запрет" и первого эле,мента И, сигнальный вход которого соединен со входом первого сумк рующего счетчика 2 .Недостаток известного устройства заключается в том, что оно позволяет моделировать только системы массового обслуживания с потерями заявок. Системы массового обслуживания с ожиданием и учетом надежности обслуживающей системы нельзя моделировать с помощью известного устройства.10Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства.Для достижения поставленной цели в известное устройство для моделирования систем массового обслуживания,содержащее первый генератор случай ного потока импульсов, выход которого соединен со входом первого счетчика и с первым входом первого элемента ИЛИ, выход которого соединен с первым входом элемента "Запрет.", 20 выход которого соединен с суммирующим входом первого реверсивного счетчика и со входом многоканального блока случайных временных задержек, выход которого соединен с пер вым входом второго элемента ИЛИ, выход которого соединен с вычитаю-. щим входом первого реверсивного счетчика, выход которого через пороговый элемент соединен с первым входом третьего элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к выходу второго генератора случайного потока импульсов и объединен с первым входом генератора импульсов, вто- З рой вход которого через первый элемент И соединен с разрядными выходами первого реверсивного счетчика, а выход генератора импульсов соединен со вторым входом второго элемента ИЛИ, выход третьего элемента 40 ИЛИ соединен со вторым входом элемента "Запрет" и с первым входом второго элемента И, второй вход которого объединен со входом первого счетчика, введены второй счетчик, 45 второй реверсивный счетчик, группа элементов И, сумматор, четвертый, пятый и шестой элементы ИЛИ, третий элемент И, формирователь серии импульсов, элемент задержки, переключатель 50 и блок синхронизации, первый и второй выходы которого соединены соотвтственно с управляющими входами груйпы элементов И и сумматора, входы которого соединены с выходами груп-.55 пы элементов И соответственно, входы которых подключены к разрядным выходам второго реверсивного счетчика и через четвертый элемент ИЛИ соединены с первым входом третьего элемента И, второй вход которого подключен к пер вому выходу переключателя, второй выход. которого соединен со входом второго. счетчика, выход третьего элемента И через элемент задержки соединен со вторым входом первого элемен та И и непосредственно с вычитающимвходом второго реверсивного счетчика, суммирующий вход которого соединен с выходом пятого элемента ИЛИ,входы которого соединены с выходомвторого элемента И и с третьим выходом переключателя соответственно,входы которого соединены соответственно с выходом генератора импульсови с выходом шестого элемента ИЛИ,входы которого соединены соответственно с первым входом второго элемента ИЛИ и через формирователь серииимпульсов - со входом генератора импульсов.Блок-схема устройства представлена на чертеже.Устройство для моделирования систем массового обслуживания содержитгенераторы 1 и 2 случайных потоковимпульсов, генератор 3 импульсов,счетчики 4 и 5, ревеосивные. счетчики б и 7, элемент Запрет 8, элемент 9 задержки, многоканальный блок10 случайных временных задержек,элементы ИЛИ 11-16, элементы И 17и 18, группу элементов И 19, элементИ 20, блок 21 синхронизации, сумматор 22, пороговый элемент 23, формирователь 24 серии импульсов и переключатель 25.Устройство работает следующимобразом.В режиме моделирования с потерями заявок переключатель 25 устанавливается в положение а, при этомцепи 15-18, 3-14 разрываются, а образуется цепь 3-5,Импульсы от первого генератора 1случайного потока импульсов проходятчерез элемент ИЛИ 11, открытый элемент "Запрет "8 и поступают одновременно на вход сложения реверсивногосчетчика б и в многоканальный блок10 случайных временных задержек.Импульс, поступивший на вход сложенияреверсивного счетчика б, увеличивает его содержимое на единицу, имитируя занятие заявкой одного обслуживающего канала. Тот же импульс, пройдя многоканальный блок случайныхвременных задержек и появившись наего выходе через случайное время,имитирующее длительность обслуживания заявки, поступает через второйэлемент ИЛИ 12 на вычитающий входреверсивного счетчика 6 и списываетиз него единицу, имитируя освобождение одного из .обслуживающих каналов.Элемент "Запрет" 8 не пропускаетимпульсы на реверсивный счетчик бв случае, когда в модели имитируется занятие всех обслуживающих каналов ли 6 о состояние неисправностиобслуживающей системы.В первом случае управляющий сигнал на элемент "Запрет" 8 поступает через третий элемент ИЛИ 13 свыхода порогового элемента 23, связанного с выходом реверсивного счетчика б (когда число занятых каналов оказывается равным числу рабочихканалов, зафиксированнных в блоке 23),Во втором случае управляющий сигналпоступает со.второго генератора 2случайного потока импульсов, случайная длительность которых имитирует.моменты выхода системы иэ строяи продолжительность восстановительных работ. В результате поступление,импульсов на вход сложения реверсивного счетчика б прекращается, и импульсы проходят через открытый элемент И 17, элемент ИЛИ 14 на суммирующий вход второго реверсивногосчетчика 7,фиксирующего число импульсов-заявок, получивших откаэ в обслуживании по причине занятостилибо неисправности обслуживающейсистемы,Учет числа заявок, обслуживание 20которых было прервано выходом системы из строя, производится следующим образом.В момент появления на выходе второго генератора 2 случайного потокаимпульсов, имитирующего выход системы из строя, запускается высокочастотный генератор импульсов 3.Импульсы от генератора 3 поступаютна вход второго счетчика 5 и одно-ЗОвременно через второй элемент ИЛИ 12на вычитающий вход реверсиввого счетчика б, последовательно списываяего содержимое. В момент полногоосвобождения реверсивного счетчикана выходе многовходового элементаИ 20, подключенного к единичнымвыходам реверсивного счетчика, появляется сигнал, который поступает навторой управляющий вход генератора3 импульсов, прекращая их генерацию 40и, следовательно, дальнейшее поступление импульсов на вход второго счетчика 5. Таким образом, осуществляется перенос во второй счетчик 5 содержимого реверсивного счетчика б,с одновременным его освобождением,Число, зафиксированное во втором счетчике 5 к концу эксперимента, определяет число заявок, обслуживаниекоторых было прервано выходом систе- Омы из строя. Общее число заявок, поступивших в систему, подсчитываетсяпервым счетчиком 4. Для, нормальнойработы" устройства частоту следования импульсов генератора 5 следуетвыбирать из условия, что последняядолжна во много раз превышать отношение числа обслуживающих каналов,зафиксированного в пороговом элементе 23, к средней длительности импульсов второго генератора 2 случайного 60потока импульсов, имитирующих простой системы. Выполнение указанногоусловия гарантирует, что эа время,равное практически любой реализациислучайной длительности импульсов, Я вырабатываемых вторым генератором 2,любое содержимое реверсивного счетчика б будет переписано во второйсчетчик 5. Отношение числа и заоткфиксированного к концу экспериментав счетчике 7, к общему числу импульсов и ,поступивших от первого генератора 1 случайного потока импульсови подсчитанных первым счетчиком 4,определяет вероятность Ротказазаявке в обслуживании по причине занятости либо: неисправности обслуживающей системы. Аналогично отношение,числа и, зафиксированного к концуэксперимента во втором счетчике 5,к числу, имеющемуся в первом счетчике 4,определяет вероятность Р потенри заявки, обслуживание которой было прервано выходом системы из строя.Второй реверсивный счетчик 7 работает в режиме моделирования СМО спотерями как обычный суммирующийсчетчик. Этот счетчик подсчитываетобщее количество заявок, получившихотказ по причине занятости либонеисправности обслуживающей системы.В режиме моделирования без потерьзаявок переключатель 25 устанавливается в положение б, при этом цепь3-5 разрывается, а образуются цепи15, 18; 3, 14.Работа устройства для моделирования без потерь для следующих случаев:а) СМО исправна и в ней имеютсясвободные каналы обслуживания;б) СМО исправна, но в ней всеканалы обслуживания заняты,в) СМО неисправна,г) СМО после устранения неисправности,В случае (а) очереди нет, поэтому реверсивный счетчик 7 находится в нулевом состоянии. Импульсы, имити- рующие заявки поступают с генератора 1 на счетчики 4, б по следующим цепям 1, 11 и 8 - суммирующий вход первого реверсивного счетчика б (имитация поступления заявок на обслуживание); 1, 11, 8, 10 и 12 вычитающий вход реверсивного счетчика б (имитация обслуживания поступающих заявок и покидания ими СМО);1 и 4 (подсчет всех заявок, поступивших в систему).Когда все каналы окажутся занятыми (б), пороговый элемент 23 вырабатывает управляющий сигнал, который поступает по цепи 23, 13, 8 наэлемент "Запретф 8, и по цепи 23, 13 и 17 на элемент И 17. Импульсы с генератора 1 поступают на счетчики 4 и 7, по следующим цепям 1, 17 и 14 - суммирующий вход второго реверсивного счетчика 7 (имитация поступления заявок в очередь); 1 и 4 (подсчет всех заявок, поступающих в систему).При появлении импульса на выходе многоканального блока случа."ных временных задержек 10 (т.е. кода имитируется момент, окончания обслуживания заявки) этот импульс через элемент ИЛИ 12 поступает на вычитающий вход реверсивного счетчика б, Содержимое счетчика 6 уменьшается . на единицу, чем имитируется освобождение одного обслуживающего канала. Освободившийся канал занимается заянкой из очереди. Этб происходит следующим образом.Импульс с выхода блока 10 поступает на нычитающий вход реверсивного счетчикапо цепи 10, 15, 18 и 7, уменьшая его содержимое на единицу. 15 Этот же импульс по цепи 10, 15, 18, 9, 11, 8 и б поступает на суммирующий вход реверсивного счетчика 6. В результате заявка, которая хранилась в очереди в счетчике 7, перепи сынается на обслуживание в счетчике б. Такая перепись возможна только н том случае, когда в очереди есть хотя бы одна заявка, н этом случаена выходе схемы ИЛИ 16 будет Управляющий сигнал, который откроет элемент И 18. Элемент задержки 9 обеспечивает необходимую задержку между моментами поступления импульса .навычитающий и суммирующий входы реверсивного счетчика б.Если генератор 2 выдает случайный импульс (в), имитирующий выход системы из строя, то этим импульсом запускается высокочастотный генератор 3, закрывается элемент Эапрет 8 и открывается элемент И 17Импульсы высокочастотного генератора 3 поступают на суммирующий вход реверсивного счетчика 7 по цепи 3-14-7 и на нычитающий вход реверсивного счетчи ка б по цепи 3-12-6, при этом осуществляется перепись содержимого счетчика 6 н счетчик 7. Этим имитируется прерывание обслуживания и постановка заявок, принятых к обслужи ванию, в очередь, если система выходит из строя. Очередь имитируется числом, хранящимся в счетчике 7. Процесс переписи заявок из счетчика 6 н счетчик 7 протекает такжекак при переписи заявок из счетчика б в счет,чик 5 при моделировании СМО с потерями заявок. Импульсы, вырабатываемые гейератором 1, когда СМО неисправна, поступают на суммирующий вход реверсивного счетчика 7 по цепи 1, 17, 14 и 7, увеличивая длину очереди.По заднему фронту импульса (г), вырабатываемого вторым генератором случайного потока импульсов 2 (длительность импульсов генератора 2 бО имятирует случайное нремя восстановления моделируемой СМО), запускается формирователь серии импульсов 24. Формирователь 24 вырабатывает серию импульсов, количество которых рав но количеству обслуживающих каналов. -Эти импульсы поступают на вычитающий вход реверсивного счетчика 7 поцепи 24, 15, 18 и 7, а также на суммирующий вход реверсивного счетчикаб по цепи: 24, 15, 18, 9, 11, 8 и б.В результате после восстановленияСМО из очереди поступают заявки навсе каналы обслуживания, если количество заявок в очереди окажется неменьше количества каналов в СМО. Если число заявок в очередибудет меньше, чем количество обслуживающих каналов,то в тот момент, когда в реверсивном счетчикеокажЕтсяноль,сигнал с выхода элемента 1 б на входэлемента И 18 поступать не будет,элемент И 18 закроется, в результате на суммирующий вход реверсивногосчетчика 6 поступит ровно столькоимпульсов, сколько заявок было в очереди в счетчике 7,При поступлении новых заявок сгенератора 1 устройство работает так,как было описано в пунктах а и б.Блоком синхронизации 21. в процессе моделирования СМО без потерьпериодически выдаются импульсы на управляющие входы элементов И 19. Элементы И 19 открываются и содержимоереверсинного счетчика 7 многократносуммируется,с содержимым сумматора22., За время моделирования блок синхронизации 21 выдает 2 " импульсов.Время моделирования и величина К зависят от типа моделируемой СМО и выбираются достаточно большими для обеспечения статистической устойчивостирезультатов моделирования.Моделирование завершается подачейс блока синхронизации 21 К импульсон,которые поступают на шину сдвигасумматора и сдвигают его содержимоена К разрядов вправо. В результатев сумматоре будет зафиксирована величинаммц) =где М - средняя длина очереди",- длина очереди при 1-ом1наблюдении (при поступлении 1-го импульса с блока управления на группу схем И 19;= 1,2.2"), Среднее время ожидания М.(Т) для стационарного процесса обслуживания определяется выражениемМ(1)М(Т) -Мгде Л - интенсивность потока импульсов, вырабатываемых генератором 1.Примоделировании системы массового обслуживания с отказами определяются значенияР 522ото И- вероятности потери заявки по причине неисправности или занятости обслуживающей системы, - вероятности того, что 5обслуживание заявки будет прервано иэ-эа появления неисправности в обслуживающей системе.Рассмотренные случаи функциониро ваиия устройства показывают., что оно обладает способностью моделирования систем массового обслуживания с потерями заявок и с очередью без ограничений с учетом надежности моделируемой системы и, следовательно, брлее широкими функциональными возможностями по сравнению с известным устройством. рН формула изобретения Устройство для моделирования систем массового обслуживания, содержащее первый генератор случайного потока импульсов, выход которого соединен со входом первого счетчика и с первым входом первого элемента ИЛИ, вЫход которого соединен с первым входом элемента Запрет выход ко- ЗОФторого соединен с суммирующим входом первого реверсивного счетчика и со входом многоканального блока случайных временных задержек, выход которого соединен с первым входом 35 второго элемента ИЛИ, выход которого соединен с вычитающим входом первого реверсивного счетчика, выход которого через пороговый элемент соединен с первым входом третьего элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к выходу второго генератора случайного потока импульсов и объединен с первым входом генератора импульсов, второй вход которого через первый элемент И соединен с разрядны ми выходами первого реверсивного счетчика, а выход генератора импульсов соединен со вторым входом второго элемента ИЛИ, выход третьего элемента ИЛИ соединен со вторым входом элементаЗапрети с первымвходом второго элемента И, второйвход которого объединен со входомпервого счетчика, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью расширенияфункциональных воэможностей устройства,эа счет моделирования очередибез ограничения, оно содержит второйсчетчик, второй реверсивный счетчик,группу элементов И, сумматор, четвертый, пятый и шестой элементы ИЛИ,третий элемент И, формирователь серии импульсов, элемент задержки,переключатель и.блок синхронизации,первый и второй выходы которого соединены соответственно с управляющими входами группы элементов И и сумматора; входы которого соединены свыходами группы элементов И соответственно, входы которых подключены кразрядным выходам второго реверсивного счетчика и через четвертый элемент ИЛИ соединены с первым входомтретьего элемента И, второй входкоторого подключен к первому выходупереключателя, второй выход которого соединен со входом второго счетчика, выход третьего элемента И через элемент задержки соединен совторым входом первого элемента И инепосредственно с вычитающим входомвторого реверсивного счетчика, суммирующий вход которого соединен свыходом пятого элемента ИЛИ, входыкоторого соединены с выходом второго элемента И и с третьим выходомпереключателя соответственно, входы которого соединены соответственно с выходом генератора импульсов ис выходом шестого элемента ИЛИ, входы которого соединены соответственно с первым входом второго элементаИЛИ и через Формирователь серии импульсов - со входом генератора импульсов.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе.1. Авторское свидетельство СССРР 531159, кл. С 06 Г 15/20, 1971.2. Авторское свидетельство СССРР 450178, кл. 6 06 Г 15/20, 1973807309 оставитель А. Карасов ехред С, Беца Коррек Наэаро тор Л. Белоусов Ред ТиражГосударственногоелам изобретенийосква, Ж, Раум Зака днисн 4 5 ППП "Патент Ужгород, ул. Проектная. Фи ВНИИП по 3035, 75коиск тета СССкрытийнаб., д