Устройство для моделирования систем массового обслуживания

ОП ИСАНИ ЕИЗОВРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(бт)М. Кл. 6 06 Р 15(20 присоединением за Ввударстааввй квинта севе(23) Приоритет делан аэавретеа Опубликовано 07,05,82. Бюллетень М 17Дата опубликования описания 07,05,82 53) УДК 681.33(72) Авторы иэобретенн и И. И. Мореву. с1 сал Всесоюзного научно-исслед ательск огоого строительства - Йц. Воробье 71) Заявитель Новосибирский ф института транспо сового обслуживания содержит первый, второйн третий элементы ИЛИ, и элементов И, и триггеров и генераторов случайных временных интервалов, и элементов НЕ, и дифферешдтрующнхэлементовпервый дещифратор, счетчик иреверсивньтй счетчик, суммирующий вход кото.рого соединен с выходом первого элементаИЛИ, входы которого являются входами блока, разрядные выходы реверсивного счетчикасоединены с входами второго элемента ИЛИ, 6выход которого соединен с первыми входамиэлементов И, вторые входы которых соединены с выходами триггеров соответственно,входы которых соединены с выходами нерво.го дешифратора соответственно, входы кото.рого соединены. с разрядными выходами счетчика соопФтственно, а вычитающий вход реверсивного счетчика соединен с выходомтретьего элемента ИЛИ, входы которого соединены с входами генераторов случайных 20временных интервалов и подключены к выходам элементов И соответственно, третьи выходы которых соединены с выходами элементов НЕ соответственно, входы котооых подИзобретенйе относится к вычислительной технике, а именно к устройствам для моделирования больших систем, и может быть ис. пользовано для оптимального выбора колнчест. ва приборов обслуживания в звеньях сложных систем по интегральному вероятностному критерию времени пребывания в них заявок.Известна модель графа систем массового обслуживания, содержащая блоки моделей ветвей и вершин, выполненные на элементах И, ИЛИ и трятерах, соединенных на наборном поле в соответствии с топологией графа. Это устройство позволяет исследовать только одноканальные системы массового обслуживания 1 т.Наиболее близким по технической сущнос. ти к изобретению является устройство для моделирования систем массового обслужива,ния, содержащее пт блоков моделирования фазы систем массового обслуживания, блок генераторов случайных потоков импульсов, входы н выходы которых соединены на наборном поле в соответствии с топологией фаз системы массового обслуживания, причем каждый блок моделирования фазы системы мас) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОПБЛИРОВАНИЯ СИСТЕМ МАССОВОГО ОБСЛУЖИВАНИЯбЗ 3 92 бб ключены к выходам генераторов случайных временных интервалов и к входам элементов дифференцирования соответственно, выходы ко. торых являются выходами блока, четвертый вход каждого -го элемента И соединен с вы ходом каждого (1) -го генератора случайных временных интервалов соответственно,Данное устройство позволяет моделировать многоканальные системы массового обслужи. вания с расчетом числа каналов обслужива. 10 ния в каждом звене, исходя из заданной длины очереди в нем, При этом не учитывается время пребывания заявок в системе 2 е входы которого соединены с разрядными вы.ходами счетчика соответственно, вычитающий вход реверсивного счетчика подключен к выходу третьего элемента ИЛИ, входы которого соединены соответственно с выходами первого, второго и третьего элементов И и подключены к входам первого, второго и третьегогенераторов случайных временных интерваловсоответственно, выход каждого из которыхчерез одноименный элемент НЕ соединенс третьим входом одноименного элемента И, вы.ход первого генератора случайных временных интервалов подключен к четвертому входуВместе с тем, имеется достаточно большое 15 число сложных систем, в которых время пре.бывания заявок не должно превышать допустимого, т,е,Р(1 Тсоп) Раси,20где Р(1 СТгао 1 ееронгнооге гогО, еговремя пребывания заявки в системе меньше допустимого; 25Роп - допустимая вероятностьвремени пребывания заявки в системе,Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет оптимального выбора количества каналов обслуживания в фаУказанная цель достигается тем, что вустройство для моделирования, содержащеет блоков моделирования фазы систем массо 35вого обслуживания и блок генераторов потока заявок, входы и выходы которых соединены на наборном поле согласно топологии фаз системы массового обслуживания, причем блок генераторов потока заявок включает генератоо тактовых импульсов и датчики случайных импульсов, а каждый блок мо-.делирования фазы системы массового обслуживания содержит элементы ИЛИ, элементы И,триггеры, генераторы случайных временных45интервалов, элементы НЕ, дифференцирующие элементы, первый дешифратор, счетчики реверсивный счетчик, суммирующий входкоторого соединен с выходом первого элемента ИЛИ, входы которого являются группой входов блока моделирования фазы систе 50мы массового обслуживания, разрядные выходьреверсивного счетчика соединены с входамивторого элемента ИЛИ, выход которого подключен к первым входам первого, второгои третьего элементов И, вторые входы которых соединены с выходами триггеров соответственно, входы которых подключены к выходам первого дешифратора соответственно,второго элемента И, выходы генераторов случайных временных интервалов соединены с входами дифференцирующих элементов соответственно, выходы которых являются группойвыходов блока моделирования фазы системы массовогообслуживания, каждый блок моделирования фазы системы массового обслуживания Дополнительно содержит коммутатор, выход которого соединен с входом счетчика, разрядные выходы реверсивного счетчика черезвторой дешифратор подключены к группекоммутатора, вход которого является входом блока моделирования фазы системы массового обслуживания, в блок генераторов потока заявок дополнительно введен элемент запрета, выход которого соединен с входами датчи. ков случайных импульсов, а выход генератора тактовых импульсов подключен к первому входу элемента запрета, а также в устройство введен блок оптимизации, содержащий элементы ИЛИ, элементы запрета, дифференцирующие элементы, элементы задержки, триггеры, дешифратор, регистр, счетчики, сум. маторы, причем выход первого элемента ИЛИ в блоке оптимизации подкл 1 очен к первому входу первого элемента запрета, выход которого соединен с первым входом первого счетчика, разрядные выходы которого соеди. нены с входами дешифратора, один выход ко. торого подключен к входу первого дифферен. цирующего элемента, другие выходы дешифра. тора соединены с входами второго элемента ЛЛИ, выход которого подключен к входу второго дифференцирующего элемента, выход которого соединен со счетным входом перво. го триггера и с единичным входом второго григгера, нулевой выход которого подключен к входу второго элемента запрета, выход которого соединен с первыми входами первого и второго элементов И, выходы которых подгключены к первым входам второго и третьего счетчиков соответственно, выходы которыхсоединены с первым и вторым входами первого сумматора, выход которого подключен кпервому входу второго сумматора, выход которого соединен с первым входом третьего"45в5055 сумматора, выход которого подключен к входу третьего дифференцируюшего элемента, выход которого является выходом блока оптими. зации и через первый элемент задержки соединен с нулевым входом третьего триггера, еди. ничный выход которого подключен к второму входу первого элемента запрета, выход первого дифференцируюшего элемента соединен с единичным входом третьего триггера, нулевым входом второго триггера, с первыми входами третьего и четвертого элементов ИЛИ и с входом второго элемента задержки, выход которого подключен к второму входу первого счетчика, к третьему входу первого сумматора и к входу третьего элемента задержки, выход которого соединен с вторым входом второго сумматора и через регистр подключен к второму входу третьего сумматора, выход первого счетчика соединен с третьим входом второго сумматора, нулевой выход первого трйггера подключен к второму входу первого элемента И и через четвертый дифференцирующий элемент соединен с вторым входом третьего элемента ИЛИ, выход которого подключен к второму входу третьего счетчика, единичный выход первого триггера соединен с вторым входом второго элемента И и через пя. тый дифференцирующий элемент подключен к второму входу четвертого элемента ИЛИ, выход которого подключен к второму входу второго счетчика, выход элемента запрета блока генераторов потока заявок соединен с вторым входом второго элемента запрета блока оптимизации, единичный выход третьего триггера блока оптимизации подключен к второму входу первого элемента запрета блока оптимизации и к второму входу элемента запрета блока генераторов потока заявок, группа входов -го блока моделирования фазы систем массового обслуживания 1,где 11-п) соединена соответственно с группой выходов ( - 1)-го блока моделирования фазы систем массового обслуживания, группа вь ходов и-го блока моделирования фазы систем массового обслуживания подключена к группе входов блока оптимизации, выходы которого соединены с входами всех коммутаторо блоков моделирования фазы систем массово. го обслуживания.1На чертеже показана функциональная схема предлагаемого устройства.Устройство содержит блок 1 генераторов потоков заявок, блок 2 моделирования фазысистемы массового обслуживания и блок 3 оптимизации.Блок 1 генераторов потоков заявок состоит из генератора 4 тактовых импульсов, элемента 5 запрета, датчиков 6, 62, , 6 к случайных импульсов. Блок 2 моделирования фазы системы мас.сового обслуживания состоит из реверсивно.го счетчика (длины очереди) 7, счетчика(числа приборов обслуживания) 8, дешифра.торов 9 и 10, генераторов 11, 12 и 13 слу.чайных временных интервалов (генераторов обслуживания), триггеров 14, 15 и 16 включения приборов обслуживания элементов И 17,18 и 19, коммутатора 20, элементов ИЛИ 21.22 и 23, элементов НЕ 24, 25 и 26, дифференцируюших элементов 27, 28 и 29,Блок 3 оптимизации состоит из третьегодифференцируюшего элемента 30, счетчиков31 и 32 временных импульсов, счетчика 33числа испытаний, дешифратора 34, триггеров35, 36 и 37, сумматоров 38, 39 и 40, регистра 41, элементов ИЛИ 42 - 45, элементовИ 46 и 47, элементов 48 и 49 запрета, эле.ментов задержки,50, 51 и 52 второго, четвертого, пятого и третьего дифференцируюших элементов 53, 54, 55 и 56.Модель исследуемой системы массового обслуживания набирается путем коммутации вы.ходов У, У У 1 и входов Хо, ХХ; блоков 1 и 2 в соответствии с топологией гРафа, выхоДы Уо, У, У.1 послеДнегоблока системы коммутируются с входамиблока 3 оптимизации выходы Во, Ят, -., 8, блока 3 оптимизации соединяются с входами Ои всех коммутаторовсистемы.Для достаточно большого числа системвходящий поток заявок подФпгяется законуПуассона, а время пребывания в них - экспо.ненциальному, Тогда Интенсивность потока заявок на выходе системы определяется так:1 п-й Р-)тгУстройство работает следующим образом.Блок 1 генераторов потоков заявок вырабатьвает импульсные потоки. Импульсы от источников заявок или от любого промежуточного звена системы массового обслуживания (СМО) поступают на вход элемента ИЛИ 23. Реверсивный счетчик 7 подсчитьвает количество заявок, поступающих на обслуживание,В исходном состоянии выход коммутатора 20 скоммутирован через цешифратор 10 с реверсивным счетчиком 7, устанавливающим максимально допустимую очередь заявок в рассматриваемом звене. Счетчик 8 находится в нулевом состоянии, триггер 16 в единичном. На выходе генератора 11 обслуживания сигнал отсутствует. Сигнал о наличии заявок посту. пает со счетчика 7 через элемент ИЛИ 22 нз63 7 9266 элемент И 19, на другие входы которого поступают сигналы с элементы НЕ 26 и триггера 16, Сигнал с элемента И 19 запускает генератор 11 обслуживания, моделирующего процесс обслуживания заявки и через эле мент ИЛИ 21 вычитает из счетчика 7 единицу,единичное состояние, открывают поочередноэлементы И 46, И 47. Допустим, триггер 37 находился в нулевом состоянии. Сигнал с первого выхода дешифратора 34 через элемент ИЛИ 43 и дифференцирующий элемент 53 устанавливает триггерсигнал с нулевого выхода триггера 37 черездифференцирующий элемент 55, элемент ИЛИ Выходной сигнал с генератора 11 обслуживания через элемент НЕ 26 закрывает элементИ 19, запрещая тем самым поступление новой заявки на обслуживание по данномуканалу, После окончания обслуживания сигнал, продифференцированный дифференцирую.щим элементом 29, поступает на выходнуюклемму Уо данного звена,Как только очередь достигнет максимально 15допустимого значения, определяемого разрядом реверсивного счетчика 7, подключенного к выходу коммутатора, на выходе коммутатора 20 появится сигнал, записывающийв счетчик 8 единицу, Дешифратор 9 переводит триггер 15 в единичное состояние, с выхода которого поступает сигнал на элементИ 17, На другие входы элемента И 17 поступают сигналы с элемента НЕ 25, а такжес элемента ИЛИ 22 и генератора 11 обслужнвания. Первый сигнал поступает только втом случае, когда второй канал обслуживания (генератор 12 обслуживания) свободен,а второй и третий в случае наличия заявоки занятости первого канала обслуживания Зо(генератор 11 обслуживания).Сигнал с элемента И 17 запускает генератор 12 обслуживания и через элемент ИЛИ21 уменьшает число заявок в очереди, т.е,уменьшает показание реверсивного счетчика7 на единицу. При очередном заполнении реверсивного счетчика 7 коммутатор 20 вновьпропустит один импульс на счетчик 8, откуда после дешифрации импульс устанавливаетсоответствующий триггер в единичное состояние, подключая очередной канал обслуживания.Блок 3 оптимизации предназначен для определения интенсивности потока обслуженныхзаявок ( Л ), сравнения ее с заданной( ) и управления величиной максимальнодопустимой очереди заявок на звеньях системы.В начальный момент времени триггеры 35и 36, счетчики 31, 32 и ЗЗ, сумматоры 38,39 и 40 блока оптимизации находятся в нулевом состоянии. Поток импульсов обслужен 50ных заявок с выходов Уо, У У 1 последнего звена моделируемой системы через входы Ео 1, ., Ер и элемент ИЛИ 42 и открытый элемент 49 запрета поступает на счетчик 33 числа испытаний, С (и) выходовдешифратора 34 через элемент ИЛИ 43 и55дифференцирующий элемент 53 сигналы счетапоследовательно поступают на счетный входтриггера 37, перебрасывая его в нулевое или 36 в единичное состояние и снимает сигнал запрета с элемента 48 запрета. Импульсы от тактового генератора 4 поступают на элементыИ 4 биИ 47,Одновременно импульс с выхода дифференцирующего элемента 53 устанавливает триггер 37 в единичное состояние. Сигнал с единичного выхода триггера 37 открывает элемент И 46 и тактовые импульсы проходят на счетчик 31. Счетчик 31 будет подсчитыватьтактовые импульсы до тех пор, пока на триггер 37 не придет следующий импульс. Такимобразом, триггер 37 подсчитывает время т,между первым и вторым импульсами, потокаобслуженных заявок,Через дифференцирующий элемент 54, элемент ИЛИ 44 поступает сигнал на вход "чтение" счетчика 32, Так как в данный моментвремени в счетчике 32 информации нет, ясно, что в сумматоре 38 информации не поступает.Следующий импульс обслуженного потокапроходит через элемент ИЛИ 42, элемент запрета 49, счетчик 33 и появляется навтором выходе дешифратора 34, Через элемент ИЛИ 43 и.дифференцирующий элемент 53триггер 37 устанавливается вновь в нулевое состояние. Элемент И 47 открывается и счетчик 32 подсчитывает время (тг) между вторым и третьим импульсами обслуженного потока заявок, При этом триггер 35 по единичному входу подтверждает свое состояние, а 45 поступает на вход "чтение" счетчика 31, считывая информацию в сумматор 38.Таким образом, после счета (и - 1) импульсов в сумматоре 38 накопится суммарное время между импульсами (т 1 + тг ++ + ти,) обслуженного потока заявок, С приходом иго импульса сигнал появится на и-ом выходе дешифратора 34 и через дифференцирующий элемент 56, элементы ИЛИ 44 и 45 поступит на входы "чтение" счетчиков 31 и 32. Так как содержимое одного из них уже было считано и-ым импульсов и в нем нет информации, то чтение происходит лишь из того счетчика, который подсчитал время (ти) между и - 1 и и-ым импульсами.Кроме того, импульс с выхода дифферен.цирующего элемента 5 б,устанавливаст триггер 35 в единичное состояние, обеспечивая запрет на элементах запрета 5 и 49, а триггер .10 Устройство для моделирования систем мас-сового обслуживания, содержащее т блоков моделирования фазы систем массового обслуживания и блок генераторов потока заявок, входы и выходы которых соединены на наборном поле согласно топологиифазсистемы массового обслуживания, причем блок, генераторов потока заявок включает генератор тактовых импульсов и датчики случайных импульсов, а каждый блок моделирования фазы системы массового обслуживания содер. жит элементы ИЛИ, элементы И, триггеры, генераторы случайных временных интервалов, элементы НЕ, дифференцирующие элементы, первый дешифратор, счетчик и реверсивный счетчик, суммирующий вход которого соединен с. выходом первого элемента ИЛИ, вхо. ды которого являются группой входов блока моделирования фазы системы массового обслуживания, разрядные выходы реверсивного счетчика соединены с входами второго элемента ИЛИ, выход которого подключен к первым входам первого, второго и третьего элементов И, вторые входы которых соединены с выходами триггеров соответственно, входы которых подключены к выходам первого дешифратора соответственно, входы которого соединены с разрядными выходами счетчика соответственно, вычитающий вход реверсивного счетчика подключен к выходу третьего элемента ИЛИ, входы которого соеди иены соответственно с выходами первого, второго и третьего элементов И и подключены к входам первого, второго и третьего генераторов случайных временных интервалов соот.ветственно, выход каждого из которых через одноименный элемент НЕ соединен с третьим входом одноименного элемента И, выход первого генератора случайных временных интер 9 92666в нулевое состояние, поцавая сигнал запретана элемент запрета 48При этом на первое звено модели не будутподаваться импульсы потока заявок, в течение времени анализа интенсивности обслуженного потока.Так как модель. будет продолжать обслуживать накопившуюся очередь заявок, то необходимо счетчик 33 закрыть. Это достигается подачей запрещающего сигнала на элемент 1 О49 запрета. Элемент 48 запрета открыт и разрешает прохождение тактовых импульсов насчетчики 31 и 32 только во время работысчетчика 33,Таким образом, с приходом и-го импульса заканчивается время накопления суммыХ Ц и начинается время анализа интень=1сивности обслуженного потока.Импульс с выхода дифференцирующего элемента 56, задержанный элементом задержки 50 на вреомя суммирования сумматором 38 двух последних чисел, поступает на входы "чтение" счетчика 33 и сумматора 38.Сумматор 39 совместно с сумматорами38 и 40 производит операцию деления двух 25чисел. Число обслуженных.заявок (и) залпеЭсывается из счетчика 33 в сумматор 39. Сумматор 38 хранит делитель ( Е Е ) и перес,ЧФдает его в сумматор 39. Результат деления30Онакапливается в сумматоре 40.Схема управления делением на чертеже, не показана,После задержки элементом 51 импульс"чтение" поступает на вход регистра 41, считывая записанную в нем информацию в сумматор 40, В регистре 41 заранее записана константа А, рассчитанная по формуле (2)В сумматоре 40 происходит сравнение полученной величины интенсивности обслуженногопотока заявок ( - ) с заданной интенсив., постыл ( 2 ). При Л. (М на выходе знакового разряда сумматора 40 появляется сигнал, который после дифференцирования элементом 30 подается через выходы Зо 31,, Зг блока оптимизации и вход Оп звеньев модели на коммутатор 20. При этом коммутатор 20 подключает к входу счетчика 8следующий в сторону уменьшения разряд50дешифратора 10, отключая старший разряд дешифратора, уменьшая тем самым допустимуюдлину очереди на единицу. Этот же импульсчерез элемент 52 задержки устанавливает, триггер 35 в нулевое состояние и снимает сигналы запрета с элементов запрета 5 и 49.ЫМодель возобновляет работу.При д. Ъ Лсигнала с выхода сумматора40 не будет. Элементы 5 и 49 запрета останутся закрытыми, Процесс моделированиязаканчивается. Количество каналов обслуживания в каждом звене системы равно+ 1,где 0.; - показания счетчика в -м звене.Экономическии эффект от использованияпредлагаемого устройства цостигается за счетоптимального выбора числа каналов обслуживания в звеньях сложных систем по интегральному вероятностному критерию при ограничении цлин очередей,Предлагаемое устройство может быть использовано при совершенствовании систем управления или проектировании новых исследований разных структур в различных условияхфункционирования. Его применение позволитизбежать трудоемкого процесса разработки алгоритмов и программ моделирования СМО наЭВМ. Формула изобретениявалов подключен к четвертому входу второго элемента И, выходы генераторов случайных временных интервалов соединены с входами дифференцирующих элементов соответственно, выходы которых являются группой выходов 5 блока моделирования фазы системы массового обслуживания, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет оптимального выбора количества каналов обслуживания в фазах, 1 О каждый блок моделирования фазы системы массового обслуживания дополнительно содержит коммутатор, выход которого соединен с входом счетчика, разрядные выходы реверсивного счетчика через второй дешифратор под ключены к группе входов коммутатора, вход которого является входом блока моделирования фазы .системы массового обслуживания, в блок генераторов потока заявок дополнительно введен элемент запрета, выход которо о го соединен с входами датчиков случайных импульсов, а выход генератора тактовых импульсов, подключен к первому входу элемента запрета, а также в устройство введен блок оптимизации, содержащий элементы ИЛИ, эле- э 5 менты запрета, дифференцирующие элементы, элементы задержки, триггеры, дешифратор, регистр, счетчики, сумматоры, причем выход первого элемента ИЛИ в блоке оптимизации подключен к первому входу первого элемента запрета, выход которого соединен с первым входом первого счетчика, разрядные вяоды которого соединены с входами дещифратора, один выход которого подключен к входу первого дифференцирующего элемента35 другие выходы дешифратора соединены с входами второго элемента ИЛИ, выход которого подключен к входу второго дифференцирующего элемента, выход которого соединен со счетным входом первого триггера и с единичным входом второго триггера, нулевой выход которого подключен к входу второго элемента запрета, выход которого соединен с пер.выми входами первого и второго элементов И, выходы которых подключены к первым входам второго и третьего счетчиков соответственно, выходы которых соединены с пер вым и вторым входами первого сумматора, выход которого подключен к первому входу второго сумматора, выход которого соединен с первым входом третьего сумматора, выход которого подключен к входу третьего дифференцирующего элемента, выход которого является выходом блока оптимизации и черезпервый элемент задержки соединен с нулевымвходом третьего триггера, единичный выходкоторого подключен к второму входу первогоэлемента запрета, выход первого дифференцирующего элемента соединен с единичным входом третьего триггера, нулевым входом второго триггера, с первыми входами третьегои четвертого элементов ИЛИ и с входом второго элемента задержки, выход которого подключен к второму входу первого счетчика,к третьему входу первого сумматора и к вхо.ду третьего элемента задержки, выход которого соединен с вторым входом второго сумматора и через регистр подключен к второмувходу третьего сумматора, выход первогосчетчика соединен с третьим входом второгосумматора, нулевой выход первого триггераподключен к второму входу первого элемента И и через четвертый дифференцирующийэлемент соединен с вторым входом третьегоэлемента ИЛИ, выход которого подключен квторому входу третьего счетчика, единичныйвыход первого триггера соединен с вторымвходом второго элемента И и через пятыйдифференцирующий элемент подключен к второму входу четвертого элемента ИЛИ, выходкоторого подключен к второму входу второ.го счетчика, выход элемента запрета блокагенераторов потока заявок соединен с вторымвходом второго элемента запрета блока оптимизации, единичный выход третьего триггераблока оптимизации подключен к второму входу первого элемента запрета блока оптимизаиции и к второму входу элемента запрета бло.ка генераторов потока заявок, группа входов-го блока моделирования фазы системы массо.вого обслуживания (где1 - п) соединенасоответственно с группой выходов ( - 1)-гоблока моделирования фазы систем массовогообслуживания, группа выходов и-го блока моделирования фазы систем массового обслуживания подключена к группе входов блокаоптимизации, выходы которого соединены свходами всех коммутаторов блоков моделирования фазы систем массового обслуживания. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Ав+орское свидетельство СССР У 347763, кл. 6 06 (3 7/48, 1970.2. Авторское свидетельство СССР Ио 723580, кл, 0 06 Р 15/20, 977 (прототип).