Устройство для моделирования многофазных систем массового обслуживания

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК И 9) % 01) 15/2 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТН ЗОБРЕТ ЕЛЬСТВУ(21) 3454291/18-24 с входами элементов НЕ группы и с (22) 17.06.82 входами дифференцирующих элементов (46) 23.10.83. Бюл. % 39 группы соответственно, выходы которых (72) И. И. Морев и А. И., Иванкж являются перюй группой выходов блока (71) Новосибирский филиал Всесоюзногомоделирования фазы обслуживания, вхонаучно-исследовательского институтады третьего элемента ИЛИ являются транспортного строительства входами блоков моделирования фаз обслу- (53) 681. 325(088.8) живания, о т л и ч а ю ш е е с я тем, (56) 1. А что, с целью расширения класса реша 56 1. Авторское свидетельство СССР М; 415674, кл. б 06 С 1 7/50 1972 . емых задач пУтм ормиРованиЯ отеРоно дополнительно содержит датчик чисел,2. Авторское свидетельство СССР М 723580, кл. 0 06 Р 15/20, 1977 узел индикации, а в каждом блоке моделирования фазы обслуживания четвертый (прототип), .элемент ИЛИ, первый и второй регистры (54)(57) УСТРОЙСТВО дЛя МОДЕЛИ сдвига, вторую группу из д элементов И, РОВАНИя МНОГОФАЗНЬИ СИСТЕМ первый, второй и третий счетчики, первыйМАССОВОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ, содержа- . второй и третий элементы запрета, блок щее с блоков моделирования фаз обслу коммутации, схему сравнения, регистр, живания и блок генераторов случайных переключ т ль, .пе еключатель, элемент задержки, . делитель, п ичем первый вход делипотоков импульсов, выходы и входы кото- дщдцдффтеля соединен с выходом первого счетрых соединены на наборном поле в соотчика,пе вый входкоторогосоединенс выховетствии с топологией. фаз системы мас- чика,первый входкоторо одом пе вого элемента запрета и с первым вхо сового обслуживания, каждый блок моде- дом пеРвого эле е та Р лирования фазы обслуживания содержит дом первого Реги тР дпомпе вого егистрасдвига,второй вход первую группу элементов И, группу эле- .которого соединен с выходом второго ментов НЕ, группу генераторов случай-элемента ИЛИ, а разрядные выходы - ных временных интервалов, группу диффе с одноименными входами блока коммуренцирующих элементов, первый, второй тации, ( Й - 1) Выходов которого сои третий элементы ИЛИ причем выход . единены с входами первого элемента ИЛИ Эпервого элемента ИЛИ соединен с первы- а Ф-ый выход - с первым входом втоми входами элементов И первой группы;рого элемента запрета, выход которого вторые входы которых соединены с выхо соединен с первым входом третьего дами элементов НЕ группы соответствен счетчика, выход которого соединен с втом но, вход 1 -го элемента НЕ ( ( 2,Ь) рым входом делителя, выход которого соединен с третьим входом ( 1 -Ф)-го эле- соединен с первым входом схемы сравнемента И первой группы, а выходы элемен- ния, первый выход которой соединен с тов И первой группы - с входами второговходом второго регистра сдвига, с втоэлемента ИЛИ и с входами генераторов рым входом третьего счетчика, с третьим случайных временных интервалов соо 6- входом первого счетчика и с вторым вховетственно, выходы которых соединены дом второго счетчика, первый вход котогофазных систем массового обслуживания 25 содержащееблоков модедиройания фазсистемы массового обслуживания и блок генераторов случайных потоков импульсов, выходы и входы которых соединены на наборном поле в ооответствии с тооло з 0 гней фаз системы массового обслуживания, каждый блок мделирования фазысистемы массового обслуживания содеррого соединен с выходом третьего элемента запрета, а разрядные выходы второго счетчика - с входами переключателя,выход которого соединен с третьим входомтретьего счетчика, с вторым входом первого счетчика и с входом элемента задержки, выход которого соединен с третьим входом делителя и с первым входом регистра, а его выход - с вторымвходом схемы сравнения, второй выходкоторой соединен с первым входом четвертого элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с ( И + 1)-ым выходомвторого регистра сдвига, а выход четвертого элемента ИЛИ - с вторым входомвторого элемента запрета, с вторым входом третьего элемента запрета, с вторым входом первого элемента запрета,первый вход которого соединен с выходом Изобретение относится к вычислитель;-ной технике, а именно к устройствам длямоделирования больших систем, и можетбыть использовано для расчета количества приборов обслуживания в фазах многофазных систем массового обслуживанияс заданными нормами потерь,Известно устройство для моделирования систем массового обсдуживания спотерями, содержащее логический блок,первый вход которого соединен с генера.тором входного потока заявок, второйи третий входы соедипены соответственнос первым и вторым выходами блока управ;ления изменением пропускной способности, первый вход которого подключен кгенератору тактовых импульсов, а второйвход соединен с первым выходом логического блока, второй и третий выходы которого соединены с первым,и вторымсчетчиками соответственно, третий, четвертый и пятый выходы блока управления изменением пропускной способностиподключены к соответствующим счетчикам,четвертый выход логического блока соеди-,нен с первым входом блока измерениявремени занятости канадов обсдуживания,второй вход которого соединен с выходомгенератора тактовых импульсов, а выходыподключены к соответствующим входамблока управления изменением пропускнойспособности первого элемента ИЛИ, с первыми входами элементов И второй группы, выходыкоторых являются второй группой выходовблока моделирования фазы обслуживания,а вторые входы элементов И второй груп-пы соединены с разрядными выходамивторого регистра сдвига. и с четвертымивходами элементов И первой группы соответственно, выход генератора тактовыхимпульсов блока генераторов случайныхпотоков импульсов подключен к вторымвходам третьих элементов запрета блоковмоделирования фаз обслуживания, вторые .входы регистров которых соединены свыходом датчика чисел, выходы элементов И второй группы и выход ( И + 1)-горазряда блоков моделирования фаз обслу;живания подключены соответственно квходам узла индикации. Данное устройство позволяет исследо-; вать однофазные, системы массового обслуживания с переменной пропускной способностью, адаптирующейся к изменениям интенсивности входного потока по критерию заданной вероятности отказа на обслуживание. При этом показателем качества обслуживания является величина суммарного времени занятости всех канадов системы массового обслуживания за определенный интервал ее функционирования 11.Однако устройство не позволяет моделировать многофазные системы массового обслуживанияи определять количество приборов обслуживания в каждой фазе системы по заданному крйтерию качества обслуживания, а также моделировать сис-. темы с условными потерями (т.е, с ограниченным ожиданием).Наиболее близким к изобретению является устройство для моделирования мно3 1049жит первйй, второй и третий элементы ИЛИ, П элементов И, и триггеров,и генераторов случайных временных интервалов, И элементов НЕ, И дифференцирующих элементов, дешифратор, счетчик 5и реверсивный счетчик, суммирующийвход которого соединен с выходом первого элемента ИЛИ, входы которого являются входами блока, разрядные выходыреверсивного счетчикасоединены с вхо- Юдами второго элемента ИЛИ, выход которого соединен с первыми входами элементов И, вторые входы которых соединеныс выходами триггеров соответственно,входы которых соединены с выходами 15дешифратора соответственно, входы которого соединены с разрядными выходамисчетчика соответственно, суммирующий. вход которого соединен с выходом реверсивного счетчика, вычитающий вход которого соединен с выходом третьего элемен- .та ИЛИ, входы которого объединены свходами генераторов случайных временных .интервалов и. подключены к выходам эле-,ментов И Соответственно, третьи входы 25которых соединены с выходами элементов НЕ соответственно, входы которыхподключены к выходам генераторов случайных временных интервалов и к входамэлементов дифференцирования соответст-венно,выходы которых являются выходамиблока, четвертый вход -каждого 1 -го элемента И соединен с выходом каждого( 1 - 1)-го генератора случайных временных интервалов соответственно 21.Недостатком известного устройстваявляется отсутствие возможности моделирования системмассового обслуживания сзаданным качеством и выбора количестваприборов обслуживания в фазах системы 40по заданной норме потерь,Цель изобретения - раСширение классарешаемых задач за счет нормированияпотерь в фазах многофазных систем. мас-сового обслуживания. 45 .Эта цепь достигается тем, что устройство для моделирования многофазныхсистем массового обслуживания, содержащее к блоков моделирования фазобслуживания н блок генераторов случайных потоков импульсов, выходы и входыкоторых соединены нанаборном поле всоответствии с топологией фаз системымассового обслуживания, каждый блокмоделирования фазы обслуживания сандержит первую группу элементов И, труппуэлементов НЕ, группу генераторов случайных временных интервалов, группу,916 4дифференцирующих элементов, первый,второй и третий элементы ИЛИ, причемвыход первого элемента ИЛИ соединенс первыми входами элементов И первойцуппы вторые входы которых соединеныс выходами элементов НЕ группы соответственно, вход 1 -го элемента НЕ группы(= 2, й ), соединен с третьим входом- 1)-го элемента И первой группы,а выходы элементов И первой группыс входами второго элемента ИЛИ .и свходами генераторов случайных временных интервалов соответственно, выходыкоторых соединены с входами элементов НЕ группы и с входами дифференцирующих элементов группы соответственно,выходы которых являются первой группойвыходов блока моделирования фазы обслуживания, входы третьего элемента ИЛИявляются входами блоков моделированияфаз обслуживания, дополнительно содер,жит датчик чисел, узел индикации; а вкаждом блоке моделирования Фазы обслу-живання четвертый элемент ИЛИ, первыйи второй регистры сдвига, вторую группуизэлементов И, первый, второй и третий счетчики, первый, второй и третийэлементы запрета, блок коммутациисхему сравнения, регистр, переключатель, элемент задержки, делитель, причем первый вход делителя соединен с выходомпервого счетчика, первый вход которогосоединен с выходом первого элементазапрета и с первым входом первого регистра сдвига, второй вход которого соединен с выходом второго элемента ИЛИ,а разрядные выходы - с одноименнымивходами блока коммутации, ( Щ - 1) выходов которого соединены с входами первого элемента ИЛИ, а п-ый выходс первым входом второго элемента зайрета выход которого соединен с первым входом третьего счетчика, выход которого соединен с вторым входом делителя, выход которого соединен с первым входом схемы сравнения, первый выход которой соединен с входом второго регистра сдвига; с вторым входом третьего счетчика, с третьим входом первого счетчика и с вторым входом второго счетчика первый вход которого соединен с выходом третьего элемента запрета, а разрядные выходы второго счетчика - с входами переключателя, выход которого соединен с третьим входом третьего счетчика, с вторым входом первого счетчика и с входом элемента задержки, выход которого соединей с третьим входом делителя и с первым входом регистра, а его выход соединен с вторым входом схемы сравнения, второй выход которой соединен с первым входом четвертого элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с (й + 1)-ым выходом 5 второго регистра сдвига, а выход четвертого элемента ИЛИ - с вторым входом второго элемента запрета, с вторым входом третьего элемента запрета,с вторым входом первого элементе запрета, первый 10 вход которого соединен с выходом первого элемента ИЛИ с первыми входами элементов И второй группы, выходы которых являются второй группой выходов блока моделирования фазы обслуживания, а вто рые входы элементов И второй группы соединены с разрядными выходами второго регистра сдвига и с четвертыми входами элементов И первой группы соответственно, выход генератора тактовых импульсов 20 блока генераторов случайных потоков импульсов подключен к вторым входам третьих элементов запрета блоков моделиро." вания фаз обслуживания, вторые входы регистров которых соединены с выходом 25 датчика чисел, выходы элементов И второй группы и выход ( и + 1)-го разряда блоков моделирования фаз обслуживания подключены соответственно к входам узла индикации, 30На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства для моделирования многофазных систем массового обслуживания; на фиг, 2 - функциональная схемаблока моделирования фазы (системы мас- З 5 сового) обслуживания.Устройство содержит К блоков 14- моделирования фаз обслуживания, датчик 2 чисел, узел 3 индикации наборное поде 4 и блок 5 генераторов случайных 40 потоков импульсов, содержащий выходы 6-бс,генератор 7 тактовых импульсов, датчики 81 - Яс случайных импульсов, моделирующие с источников заявок с заданными законами распределения, 45 Выход генератора тактовых импульсов соединен с входами датчиков случайных импульсов и с первыми входами блоков 1 4 - 1 , вторые входы которых соединОны с выходом датчика 2 чисел. Группа 50 входов и первая труппа выходов каждого блока 1 вывецены на наборное поле 4. Вторая группа выходов каждого блока 1 соединена с узлом 3 индикации.Блок 1 моделирования фазы обслужи. вания содержит третий 9, первый 10, второй 11 и четвертый 12 элементы ИЛИ, первый 13, второй 14 и третий 15 элементы запрета, первый н второй регистры 16 и 17 сдвига, вторую грудищу элементов И 1 8 - 20, первую группу, элементов И 21 - 23, группу элемен-. тов НЕ 24 - 26, группу генераторов 27 - 29 случайных временных интервалов, группу цифференцирующих элементов 30 - 32, первый счетчик 33 (поступивших заявок), второй счетчик 34 (времени), третий счетчик 35 (потерянных заявок), делитель.36, схему 37 сравнения, регистр 38, блок 39 коммутации, переключатель 40, элемент 41 задержки. Группа входов Х Х,., Хв фазУ блока 1 является входами элемента ИЛИ 9 выход которого соединен с входом элемента 13 запрета, выход которого соединен с входом записи и сдвига вправо на один разряд регистра 16 сдвига и с информационным входом счет чика 33.При моделировании многофазной системы массового обслуживания на наборном поле 4 набирается сеть исследуемой системы путем коммутации выходов9 предыдущей фазы (или фаз) и входов Х 1, Х Хн последующей фазы (нли фаз). Выходы датчиков случайных импульсов Цо, ,с коммутируются с заданными входами Х 1, Х, . Хэ фаз исследуемой системы. С помощью датчика 2 чисел в регистры 38 записываются нормы допустимых потерь ( Рдоп ). Емкость счетчика 34 устанавливается такой, чтобы он мог принять число импульсов, равное заданному времени (например, если норма потерь для телефонных сетей дается для часа наиболь. шей нагрузки, то счетчик 34 записывает- ся 60 мин. или 3,6 109 с и т,д.). За данная емкость счетчика 34 устанавливается с помощью переключателя 40 путем подключения выхода переключателя 40 к определенному разрядному выходу счетчика 34. Блоком 39 коммутации устанавливается максимально допустимая очередь заявокпоступающих на обслуживание. При этом входы (1, 2 ) блока 39 коммутации соединяются с одноименными выходами блока коммутации, а ( Р + 1)-ый вход блока коммутации соединяется с его тй.-м выходом. Заданное число г соответствует величине допустимой очереди заявок. Первые входы этих регистров 16 и 17 сдвига служат для сдвига информации на один разряд впраЬо и записи единицы в освободившийся первый разряд. Второй вход регистра9916 8поступление новой заявки на первыйприбор обслуживания. После окончанияобслуживания заявки сигнал, пропифференцированный дифференцирующим эле ментом 30, поступает на выходную клеммуСледующая заявка вновь записываетсяв первый разряд регистра 16 сдвига.Если она поступает в момент времени,когда генератор 27 случайных временных интервалов занят обслуживанием, тозаявка ставится в очередь на ожиданиедо освобождения занятого прибора обслуживания,Если интенсивность поступивших заявок достаточно высока, очередь заявокувеличивается и достигает величины г(т.е. регистр 16 сдвига заполняетсядо заданной величины). Следующая заяв-ка, поступающая в регистр 16 сдвига,обуславливает появление сигнала на выходе ( Р + 1)-го разряда этого регистра,на ( г + 1)-м входе блока 39 коммута.гции и на соединенном с этим входомЬ -м выходе блока 39 коммутации. Далее сигнал поступает через открытыйэлемент 14 запрета на вход счетчика 35.Счетчик 35 подсчитывает число Хп заявок, получивших отказ. По истечениилзаданного времени ь на выходе соответствующего разряда счетчика 34 временипоявляется сигнал который через переключатель 40 поступает на входы считывания счетчика 35 потерянных заявок,счетчика 33 числа. поступивших заявок ичерез элемент 41 задержки на входысчитывания делителя 36 и регистра 38.Содержимое счетчиков 33 и 35 передается в делитель 36, где осуществляется1операция делениях,(,.1где Р(7) - величина потерь по заявкамв течение времениХ,(1) - число потерянных заявок влтечение времени сх- число поступивших заявок втечение времени 7.Элемент 41 задержки обеспечиваетзадержку сигнала считывания на время,необходимое для осуществления операцииделения делителем 36, Полученная величина потерь Р .с выхода делителя поступает на первый вход схемы 37 сравнения,на второй вход которой поступает допустимая норма .потерь Рдол с выхода регистра 38. В результате сравнения двухчисел схемой 37 сравнения вырабатываются управляющие сигнальь 16 сдвига служит для сдвига информации на один разряд влево.В исходном состоянии регистр 17 сдвига разрешает включение минимально возможного числа каналов, т.е. содержит 5 единицу в первом разряде. (Модель способна начать работу даже в том случае, если во всех разрядах регистра 17 сдвига будут нули). Счетчик 33 поступивших заявок и счетчик 35 потерянных заявок 1 О обнулены, элементы 13 - . 15 эапретаоткрыты. На выходах генераторов 27- 29 случайных временных интервалов (генераторов обслуживания) сигналы отсутсствуют. Поэтому с выходов генераторов 15 27 и 28 на четвертые входы соответствующих элементов И 22 и 23 поступают сигналы запрета, а с выходов элеме- тов НЕ 24 - 26 на третьи входы соответствующих элементов И 21 - 23 20 - разрешающие сигналы. На второй вход элемента И 21 поступает разрешающий сигнал с разрядного выхода регистра 17 сдвига (поскольку в нем записана единица), 25 При включении устройства в работусчетчик. 34 начинает подсчитывать временные импульсы, поступающие на еговход с выхода генератора тактовых им 1 пульсов через открытый элемент 15 .30запрета, а на вход записи и сдвига вправо регистра 16 и на вход счетчика ЗЗчерез открытый элемент 13 запрета,элемент ИЛИ 9 и входы Хо, Х,Хвначинают поступать импульсы, ймитиру 3ющие поток заявок. Счетчик 33 подсчитьи.вает число поступающих заявок Х . С приходом первой заявки на выходе первогоразряда регистре 16 сдвига появляется сигнал "Логическая единица", который проходит через блок 39 коммутации,элемент ИЛИ 10 и поступает на входыэлементов И 21 - 23. Элементы И 22и 23, закрыты, Элемент И 21 пропускаетсигнал, который включает генератор 27 45случайных. временных интервалов, моделирующий процесс обслуживания заявки, и.через элемент ИЛИ 11 поступает навход сдвига влево регистра 16. Единицанаходящаяся в первом разряде регистра16 сдвига, сдвигается на один разрядвлево, в результате чего регистр обнуляется. Выходной сигнал с генератора 27,случайных временных интервалов поступает на вход элемента И 22, подготавли 55 вая второй прибор обслуживания к включению, и через элемент НЕ 24 закрывает элемент И 21, запрещая тем самымПри Р) Рдоп на первом выходе схемы 37 сравнения появляется сигнал, который поступает на вход записи и сдвига вправо регистра 17 сдвига. Содержимое регистра 17 сдвигается вправо на один разряд, и в первый разряд ре гистра записывается единица, т.е. число разрядов регистра 17 сдвига,. занятых единицами, увеличивается на один. Единичный сигнал,с выхода старшего, напри 10 мер второго разряда поступает на вход элемента И 22. Элемент И 22 начинает пропускать импульсы заявок на вход генератора 28 случайных временных интервалов который моделирует процесс их 15 обслуживания. Таким образом, моделируется включение еще одного прибора Обслуживания. В результате увеличения числа приборов обслуживания число заявок, получающих отказ, уменьшается, 20 т.е. уменьшается число импульсов, поступающих на вход .счетчика 35 поте-. рянных заявок. По истечении заданного.времени ь на соответствующем выходелсчетчика 34 времени вновь появляется 25 сигнал, который через переключатель 40 поступает на входы считывания счетчилка 35 йотерянных за время ь заявок и счетчика 33 числа поступивших за время ь заявок. Содержимое этих счет- З 0 чиков поступает на входы делителя 36. Получаемая в результате деления новая величина потерь Р2) подается на схему 37 сравнения, где сравниваетсяс заданнОЙ нормой потерь Р(дО) В результате сравнения вырабатывается си н Р РА 0 п и РРО. При Р 7 дп происходит увеличение числаоприборов обслхцвания на единицу, вычисление новой величины потерь и сравне 40 ние атой величины с ,заданной нормой. В результате сравнения вырабатывается сигнал РРдоп или Р 2Рд ц . В случае РР,п процесс моделирования продол жается, Число включенных приборов об служивания еще более увеличивается, а расчетная величина потерь ( Р; ) умеиьшается, приближаясь к величине допустимых потерь. При РРд,щ на второмвыходе схемы 37 сравнения появляется сигнал, котарый через элемент ИЛИ 12 поступает на входы элементов 13 - 15 запрета, в результате чего прекращается поступление новых заявок в очередь, подсчет числа поступивших и потерянных заявок подсчет времени обслуживания заявок и происходит выдача содержимого рет;истра 17 сдвига на узел 3 индикации. Содержимое регистра 17 сдвига соответствует числу приборов обслуживания, необходимому для обслуживания потока заявок заданной интенсивности с заданными допустимыми потерями при заданной величине очереди. В случае заполнения регистра 17 сдвига на его ( О + 1)-м выходе появляется единичный сигнал, который через элемент ИЛИ 12 закрывает элементы 13 - 15 запрета. Поступление заявок в регистр 16 сдвига, подсчет поступивших и потерянных заявок, а также подсчет времени обслуживания заявок прекращается. Содержимое регистра 17 сдвига считывается с помощью элементов И 20 - 18 и передается в узел 3 индикации. Сигнал сИ + 1)-го выхода регистра 17 сдвига индицирует "Переполнение в фазе.".,Пля того, чтобы избежать потерь заявокв процессе функционирования моделифазы необходимо следующее ограничение. Время, затраченное на сравнениевеличин Р; ирдоп и на изменение числаприборов обслуживания, не должно превышать минимального времени междудвумя соседними заявками случайногопотока заявок,,.Экономический эффект от примененияпредлагаемого устройства составляет око-ло 30 тыс. руб,Предлагаемое устройство можетнайти применение в организациях, занимающихся исследованием и проектированием различных коммуникационных систем,Например сетей связи, транспортных сетей и др.1049916 Уа дписиое филиал ППП Патент", г. Ужгород, ул, Проектная, 4 ИИПИ Закаэ 8427/46 Тираж 701 1