Устройство для вероятностного моделирования систем массового обслуживания

Оп ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик щ 959087(22) Заявлено260990 (21) 2985946/18-24 6 Об Р 15/20 с присоединением заявки И 9 -Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытийОпубликовано 15,09,92, Бюллетень М 9 34 Дата опубликования описания 1109824 гл,(У 2) Авторизобретения А.С.-Б. Карасов(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЕРО СИСТЕМ МАССОВОГОляК Изобретение относится к области цычислительной техники и может быть применено при моделировании систем массового обслуживания с ограниченным источником заявок и возможностью перераспределения пропускной способ" ности каналов обслуживания между об" служиваемымн заявками.Известно устройство для моделиро вания систем массового обслужива"ния, содержащее генераторы случайно" го потока импульсов, логические элементы, счетчики, блоки случайных временных задержек, дешифраторы, блок управления 1 1.5Однако зто устройство не поэзо ет определять статистические хара теоистики длины очереди.Наиболее близким техническим решением к данному изобретению явля" ется устройство для моделирования сис" тем массового обслуживания, содержа"щее счетчики, дешифраторы, логические элементы, генератор тактовых импульсов, генератор случайных им пульсов, линию задержки. Устройство позволяет определять статистические характеристики длины очереди и показателей эффектйвности обслуживания2 . Однако устройство не поэзо ляет моделировать систеки массового обслуживания с ограниченным источником заявок и возможностью перераспре деления пропускной способности каналов обслуживания между Обслуживаемыми заявками, что ограничивает его функциональные возможности.Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устрой" ства за счет моделирования систем массового обслуживания с ограничен" ным источником заявок и возможностью перераспределения пропускной способности каналов обслуживания между обслуживаемыми заявками.Поставленная цель достигается тем, что устройство для вероятностно- го моделирования систем массовогообслуживания, содержащее генератор случайного потока иьпульсов, статистический анализатор. первый и второй элементы ИЛИ, реверсивный счетчик, разрядные выходы которого соединены с первой группой входов статистического анализатора и входами первого элемента ИЛИ, первый и второй элементы И, выходы которых соединены соответственно с вычитающим и суммирующим входами реверсив" , ного счетчика, третий и четвертыйэлементы И, выходы которых соединены с входами второго элемента ИЛИ,элемент НЕ, пятый элемент И, выход которого соединен с входом элемента НЕ, генератор тактовых импульсов, группу и счетчиков по числу 5максимально возможных каналов обслуживания заявок, первую группу иэлементов И, выход каждого из которых соединен с вычитающим входом соответствующего счетчика группы, до Ополнительно содержит генератор случайньй чисел, первый и второй управляемые делители частоты следованияимпульсов, группу и тригГеров, вторую группу (и) элементов .И, группу (и) элементов задержки, третью группу и элементов И, и групппо в элементов И в каждой по числуразрядов счетчиков., группу и формирователей импульсов, третий элемент ИЛИ, выход которого соединен свходом статистического анализатораи с первыми входами первого и четвертого элементов И, вторые входыпервого и четвертого элементов Исоединены с выходом первого элемента ИЛИ, выход генератора случайногопотока импульсов соединен с входомпервого управляемого делителя частоты следования импульсов, первая группа входов которого соединена с разрядЖными выходами реверсивного счетчика,а выход соединен с первыми входамивторого и третьего элементов.И, вторые входы второго и третьего элементов И соединены с выходами соответственно пятого элемента И и элемента НЕ, выход второго элемента ИЛИсоединен с единичным входом первоготриггера группы, входом генератораслучайных чисел и первыми входами 4 Оэлементов И второй группы, второйвход каждого иэ которых соединен свыходом соответствующего элементазадержки, а выход соединен с единичным входом следующего по номеру.триггера группы, единичный выход каждоготриггера группы соединен с входомсоответствующего элемента задержки,с соответствующими входами второйгруппы входов статистического анализатора, второй группы входов первогоуправляемого делителя частоты следования импульсов, первых групп входоввторого управляемого делителя частотыследования импульсов и пятого элементаИ с первым входом соответствующего 55элемента И первой группы и с первымивходами элементов И соответствующейгруппы, выходы генератора случайныхчисел соединены с вторыми входами элементов И всех и групп, выходы каждой 69из которых соединены с соответствующими разрядными входами. соответствующего счетчика группы, выходы каждогосчетчика группы соединены с входами соответствующего элемента и третьей группы, выход каждого из которых соединен с входом соответствующего формирователя импульсов группы,выход каждого формирователя импульсовгруппы соединен с нулевым входом соответствующего триггера группы и с соответствующим входом третьего элементаИЛИ, выход генератора тактовых импульсов соединен с входом второго управляемого делителя частоты следования импульсов, выход которого соединенс вторыми входами элементов И первой группы,На чертеже приведена блок-схемаустройства.Схема устройства содержит генератор случайного потока импульсов 1,генератор тактовых импульсов 2,первый управляемый делитель частотыследования импульсов 3, второй управляемый делитель частоты следованияимпульсов 4, пятый элемент И 5, первый элемент ИЛИ 6, элемент НЕ 7, первый, второй, третий и четвертый элементы .И 8,9,10,11, второй элементИЛИ 12, реверсивный счетчик 13, вторую группу (и) элементов И 14,группу и элементов задержки 15,группу триггеров 16, первую группуи элементов И 17, статистическийанализатор 18, и групп по в элементов И 19, группу счетчиков 20, третью группу элементов И 21, группу4 рормирователей импульсов 22, третийэлемент ИЛИ 23, генератор случайныхчисел 24.Выход генератора случайного потокаимпульсов 1 соединен с входом первого управляемого делителя частотыследования импульсов 3, первая группа входов которого объединена с входами первого элемента ИЛИ 6, с первой группой входов статистическогоанализатора 18 и подключена к разрядным выходам реверсивного счетчика 13,а вторая группа входов объединена сгруппой входов второго управляемогоделителя частоты следования импульсов 4, .с входами пятого элемента И 5,с второй группой входов статистического анализатора 18 и подключенак единичным выходам триггеров группы 16, выход первого управляемогоделителя частоты следования импульсов 3 соединен с первыми входами второго и третьего элементов И 9-10,вторые входы которых соединены свыходом пятого элемента И 5 непосредственно и через элемент НЕ 7, Выходпервого элемента ИЛИ 6 соединен свторыми входами первого и четвертого элементов И 8,11 первые входыкоторых объединены между собой и свходомстатистического анализатора18 и подключены к выходу третьегоэлемента ИЛИ 23. Выходы первого ивторого элементов И 8 и 9 соединенысоответственно с вычитающим и суммирующим входами реверсивного счетчика 13. Выходы третьего и четвертого элементов И 10 и 11 соединеныс входами второго элемента ИЛИ 12,выход которого соединен с единичнымвходом первого триггера 16, с входом генератора случайных чисел 24 и спервыми входами элементов И второйгруппы.14, вторые входы которых че-,рез элементы задержки группы 15 объединены с первыми входами элементов 10И первой группы 17 и подключены кединичным выходам триггеров группы16, единичные входы которых подключены к выходам элементов И второй группы 14, Выход генератора тактовых импульсов 2 соединен со входом второго управляемого делителя частоты следования элементов И первой группы 17выходы которых соединены с вычитающими входами счетчиков группы 20,разрядные выходы которых через элементы И третьей группы 21 и формирователи импульсов группы 22 соединены с нулевыми входами триггеров группы 16 и с входами третьего элементаИЛИ 23. Выходы генератора случайныхчисел 24 соединены с вторыми входамиэлементов Й групп 19, первые входыкоторых подключены к единичным выходам триггеров группы 16, а выходык разрядным входам счетчиков группы 20.Генератор случайного потока импульсов 1 предназначен для воспроизведения стационарного потока заявок с произвольным распределением , З 5интервалов между заявками. Этот поток прореживается управляемым делителем частоты следования импульсов,имитируя тем самым ограничениеисточника заявок, т.е. уменьшение. 40интенсивности их потока по меренарастания числа заявок, находящихся в системе,Реверсивный счетчик 13 имитируеточередь заявок. Число, записанноев этом счетчике, в любой моментвремени отображает .длину очередизаявок,Счетчики группы 20 имитируют каналы обслуживания. В момент попадания в данный канал обслуживаниязаявки в соответствующий счетчикзаписывается с выхода генератораслучайных чисел 24 случайное число, которое отображает случайное время обслуживания с произвольным распределением. Это время обслуживанияреализуется подсчетом тактовых импульсов с выхода генератора тактовыхимпульсов 2 от случайного состояниясчетчика группы 20 до нулевого. Так- отовые импульсы с выхода генераторатактовых импульсов прореживаютсяуправляеььм делителем частоты. следования импульсов 4 Если занят одинканал, то частота на выходе дели теля 4 максимальна, вследствие чего время обслуживания минимальное, Если заняТы.все каналы, то частота минимальна и время обслуживания в каждом канале максимально при прочих равных условиях, Так производится перераспределение пропускной способности каналов обслуживания между обслуживаемыми заявками. Чем меньше занято каналов, тем больше резервов приходится на один канал. Триггеры группы 16 "запоминают" состояние каналов обслуживания.Статистический анализатор 18 пред,назначен для получения статистических оценок законов распределения вероятностей и статистических характеристик очереди заявок, процесса обслуживания и выходящего потока обслуженных заявок.Устройство работает следующим образом.В исходном состоянии реверсивный счетчик 13 находится в нулевом состоянии, что отображает отсутствие очереди, триггеры группы 16 находятся в нулевом состоянии, что отображает свободное состояние всех каналов обслуживания; на входах первого элемента ИЛИ б отсутствуют единичные сигналы, вследствие чего на его выходе сигнал отсутствует и элементы И 8, 11 закрыты, элемент И 5 закрыт, и в результате закрыт элемент И 9, а элемент И 10 открыт, все элементы И групп 14, 17 закрыты, все счетчики группы 20 находятся в нулевом состоянии, в статистическом анализаторе 18 инФормация отсутствует.Включение устройства осуществляется запуском генераторов 1 и 2. -Цепи запуска так же., как и цепи сброса всех счетчиков и статистического анализатора 18 не показаны.После запуска генератор случайного потока импульсов 1 начинает генерировать случайный стационарный поток импульсов с произвольным распределением интервалов времени между импульсами, имитирующий входящий поток заявок, Этот поток импульсов поступает на вход первого управляемого делителя частоты "ледования импульсов 3. Поскольку в первоначальный момент на всех управляющих входах делителя частоты следования импульсов 3 присутствуют коды равные нулю, его коэффициент деления равен В результате интенсивность (средняя частота) импульсов на его выходе имеет максимальное значение.Первый импульс с,выхода делителя частоты следования импульсов 3 проходит через открытий элемент И 10 сигналом с выхода элемента НЕ 7 и через элемент ИЛИ 12 на единичный вход триггера 16 . Триггер 16 устанавливается в единичное состояние и сигкоэффициент деления равен двум, частота импульсов на его выходе снизится в два раза и счетчики 20 и 20уменьшат свое содержимое в два разамедленнее, т.е. время обслуживанияувеличится в среднем вдвое,Далее процесс занятия заявкамиканалов происходит аналогично.Время обслуживания в каждом каналеопределяется кодами, записанными в1 О счетчики группы 20 и числом занятыхканалов, так как последние определяютчастоту импульсов на выходе делителячастоты следования импульсов 4.Если все каналы заняты, то откро 15 ется эаемент И 5, сигнал с выходакоторого через элемент НЕ 7 закроетэлемент И 10 и откроет элемент И 9.В результате заявки с вьхода делителя частоты следования импульсов 3ро через элемент И 9 поступают на суммирующий вход реверсивного счетчика 13,имитируя нарастание очереди. Еслипри этом какой-либо канал освобождается, то импульс с выхода соответ 25 ствующего формирователя импульсовгруппы 22 через элемент ИЛИ 23 иоткрытый элемент И 8 поступает навычитающий вход реверсивного счетчика 13, имитируя переход заявки изочереди в освободившийся канал. Этотже импульс через открытый элементИ 11 н элемент ИЛИ 12 поступает в освободившийся канал.Процесс уменьшения очереди продолжается до обнуления счетчика 13. ПриЗ 5 этом нулевой код с его выходов черезэлемент ИЛИ 6 закроет элементы И 8.11.На входах делителя частоты следования импульсов 3 в любой момент при 40 сутствуют два кода, отображающиечисло занятых каналов и число заявокв очереди. Их сумма определяет интенсивность потока на его выходе.Статистический анализатор регист 45 рирует во времени все события о процессах обслуживания в каждом канале,о динамике изменения очереди и овыходящем потоке. Эти события подвергаются статистической обработке5 О и определяются все необходимые статистические оценки, позволяющие2 найти оптимальные параметры исследуемой системы.Данное устройство позволяет иссле 55 довать специфический класс системмассового обслуживания, который ранее не мог быть исследован модели 0. рованием. Формула изобретения нал с единичного выхода триггера 16открывает элемент И 17 и устанавливает код на входах статистическогоанализатора 18 и делителей частотыследования импульсов 3 и 4 равныйединице. Этот же сигнал поступаетна вход элемента задержки 1, сигнал с выхода которогопоявившись после исчезновения сигнала на выходеэлемента ИЛИ 12, поступает на входэлемента И 14, подготавливая его ксрабатыванию при возникновении следующего импульса на выходе элементаИЛИ 12. Кроме того, первый импульсс выхода элемента ИЛИ 12 запускаетгенератор случайных чисел 24, и наего выходах формируется случайныйкод. Этот код через группу открытыхединичным сигналом с единичного выхода триггера 16 элементов И 19записывается в счетчике 20 . Элемент И 21 при этом закрывается.Тактовые импульсы с выхода генератора тактовых импульсов 2 имитируютотсчет времени в заданном масштабе.Эти импульсы поступают на вход второго управляемого делителя частотыследования импульсов 4. Посколькупосле установки триггера 16 вединичное состояние на управляющихвходах делителя частоты установленкод равный единице, частота на еговыходе максимальна, Импульсы с такойчастотой через открытый элемент И 17поступают на вычитающий вход счетчика 20 . Счетчик 20 имитирует первый канал обслуживанйя. Случайныйкод, записанный в нем, отображаетслучайный объем обслуживания.Тактовые импульсы на вычитающийвход счетчика 20 поступают до техпор, пока он не окажется в нулевом.состоянии, что отображает окончаниеобслуживания. При этом сработаетэлемент И 21 и Формирователь импульсов 22 сформирует импульс, который установит триггер 16 в исходное нулевое состояние, и элементыИ 17 и И 14 закроются,Если обслуживание первой заявкив первом канале, т.е. обнулениесчетчика 20 происходит раньше прихода второй заявки, т.е. возникновения импульса на выходе элемента ИЛИ 1то вторая заявка попадает опять впервый канал указанным способом ипроцесс обслуживания повторяется,Если вторая заявка,т,е. второйимпульс с выхода элемента ИЛИ 12, появляется раньше обнуления счетчика 2то он через открытый элемент И 14устанавливает в единичной состояниетриггер 16 и указанный цикл обслуживания повторяется для второго канала. Если при этом некоторое времяработают два .канала, то на управляющих входах делителя частоты следования импульсов 4 будет код "2" и его Устройство для вероятностного моделирования систем массового обслужи вания, содержащее генератор случайного потока импульсов, статистическийанализатор, первый и второй элементыИЛИ, реверсивный счетчик, разрядныевыходы которого соединены с первойгруппой входов статистического ана"лизатора и водами первого элементаИЛИ, первый и второй элементы И,выходы которых соединены соответственно с вычитающим и суммирующим входа- .мн реверсивного счетчика, третий ичетвертый элементы И, выходя которых 10соединены с входами второго элемента,ИЛИ, элемент НЕ, пятый элемент И,выход которого соединен с входом элемента НЕ, генератор тактовых импульсов, группу и счетчиков по числу максимально возможных каналов обслуживания заявок, первую группу п элементов И, выход каждого из которыхсоединен с вычитающим входом соответствующего счетчика группы, о т л ич,а ю щ е е с я тем, что, с цельюрасширения функциональных возможностей за счет моделирования систем массового обслуживания с ограниченнымисточником заявок и возможностьюперераспределения пропускной способности каналов обслуживания междуобслуживаемыми заявками, содержит генератор случайных чисел, первый ивторой управляемые делители частотыследования импульсов, группу и триг-. Огеров, вторую группу .(и) элементов И, группу п) элементов задержки, третью .группу и элементов И,п групп по щ элементов И в каждойпо числу разрядов счетчиков, группу З 5п формирователей импульсов третийэлемент ИЛИ, Выход которого соединенс входом статистического анализатора и с первыми входами первого ичетвертого элементов И, вторые входы 40первого и четвертого элементов И соединены с выходом первого элементаИЛИ, выход генератора случайногопотока импульсов соединен с входомпервого управляемого делителя частоты следования импульсов, перваягруппа входов которого соединена сразрядными выходами реверсивногосчетчика, а выход соединен с.первымивходами второго и третьего элементов И, вторые входы второго и третьего элементов И соединены с выходамисоответственно пятого элемента И иэлемента НЕ, выход второго элементаИЛИ.соединен с единичным входом первого триггера группы, входом генератора случайных чисел и первыми вхо"дами элементов И второй группы, второй вход каждого из которых соединенс выходом соответствующего элементазадержки, а выход соединен с единичным входом следующего по номеру триггера группы, единичный выход каждоготриггера группы соединен с входомсоответствующего элемента задержки,с соответствующими входами второйгруппы входов статистического анализатора, второй группы входов первого управляемого делителя частотыследования импульсов, первых группвходов второго управляемого делителя частоты следования импульсов и пятого элементаИ, с первым входом со"ответствующего элемента И первойгруппы и с первыми входами элементов И соответствующей группы, выходыгенератора случайных чисел соединеныс вторыми входами элементов И всехи групп, выходы каждой иэ,которыхсоединены с соответствующими разряд- .ными входами соответствующего счетчика группы, выходы каждого счетчикагруппы соединены с входами соответствующего элемента И третьей группы,1,выход каждого из которых соединен свходом соответствующего формирователя импульсов группы, выход каждогоформирователя импульсов группы соединен с нулевым входом соответствующего триггера группы и с соответ-.ствующим входом третьего элементаИЛИ, выход генератора тактовых импульсов соединен с входом второго управляемого делителя частоты следования импульсов, выход которого соединенс вторыми входами элементов И первой группы.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство .СССР9 517896, кл"6 06 Р 15/36, 1973.2. Авторское свидетельство СССР9 531159 кл. 6 06 Р 15/20, 1971прототип.959087 Составитель О,Майороведактор О,Колесникова Техред З.Палий Корректор А.Гри 5 илиал ПНП "Патент", г. Ужгород, Ул, Проектная, 4 аказ 7018/66 ВНИИПИ Гос по делам 113035, МоТираж 731рственного кообретений и оа, Ж, Раую Подпистета СССРрытийая наб., д. 4