Устройство для моделирования систем массового обслуживания

(19) 01),51) О 06 Р 15/20 Р1 ТИИ ОПИСА ИЗОБРЕТЕН ЕПЬСТВУ ВТОРСНОМУ(56) 1, Авторское свидетельство СССРР 590748; кл,. О 06 Р 15/20, 1975.2. Авторское. свидетельство СССРпо заявке 9 3322202/18-24,кл. а 06 Р 15/20, 1981 (прототип)(54)(57)1, УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ СИСТЕМ МАССОВОГО ОБСЛУЖИВАНИЯсодержащее общий генератор случайного потока импульсов, две группы элементов ИЛИ, п измерительных каналов,а в каждом измерительном канале генератор случайного потока импульсов,реверсивный счетчик, блок случайнойвременной задержки, блок сравнения,( 1 . 2,п ) дополнительно третийэлемент И и третий элемент запрета,причем выход общего генератора случайного потока импульсов соединенс входами. запрета работы генераторовимпульсов всехизмерительных каналови с первым входом первого элементаИЛИ первого измерительного канала,первые входы первых элементов И измерительных каналов объединены иявляются управляющим входом устройства, а в, каждом измерительном каналевыход генератора случайного потокаимпульсов соединен с входом первогосчетчика, с информационным входомпервого элемента запрета и с первымвходом второго элемента И, выходкоторого подключен к входу второгосчетчика, выход первого элементазапрета соединен с суммирующим входом реверсивного счетчика, разрядные выходы которого подключены к мента ИЛИ соеди входом второго ход которого с ом третьега эл ющееся т выход второго э с информационны мента запрета, нен с вторым вх та И, о т л и ч ен леди;1ме.и- м му 1 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕ ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И О входам второго элемента ИЛИ, а выход переполнения - к входу блока сравнения, выход генератора"импульсов соединен с входом запуска блока случайной временной .задержки и сединичным, входом первого триггера, нулевой вход, которого соединен с вы-.ходом первого элемента ИЛИ, а, нулевойвыход - с первым входом третьего элемента И, выход которого подключен к входу запуска генератора импульсов, выход блока случайной временной задержки подключен.к вычитающему вхо, ду реверсивного счетчика, входу третьего счетчика и второму входу первого элемента ИЛИ, а в каждом Е-м измерительном канале(к =. 1, и - 1 ) Яле н:что, с целью исключения временныхограничений на работу его элементов.и расщирения функциональных возможностей за счет воспроизведения различных дисциплин возобновления обслуживания заявок, оно дополнительно содержит в 1-м измерительном канале второй триггер и элемент задержки, причем выход второго элементаИЛИ 1-го измерительного .канала соединен с первым входом (1 - 1)-го .элемента ИЛИ первой группы, выходкоторого подключен к информационновходу третьего элемента запрета(1 + 1)"го измериельного канала и к второму входу 1-го элемента ИЛИ первой группы, выход второго элемента ИЛИ первого измерительного канала соединен с информационным входом третьего элемента запрета второго измерительного канала и с вторым входом первого элемента ИЛИ первой группы, единичные.выходы первого и торого триггеров х-го измерительго канала подключены соответствен(1 - 1)-го,элемента ИЛИ второй группы, выход которого соединен с первымуправляющим входом второго элементазапрета (1 - 1)-го измери-.ельногоканала и с третьим входом (1 = 2)го элемента ИЛИ второй группы, вкаждом измерительном канале выходблока сравнения соединен с управляющим входом первого элемента запрета и с вторым входом второго элементаИ, управляющий вход блока случайнойвременной задержки подключен к выхоДу общего генератора случайного потока импульсов, в 1-м измерительномканале выход блока случайной времениной задержки соединен с нулевым входом второго триггера, единичный входкоторого соединен с выходом первогоэлемента И, а единичный выход - суправляющим входом третьего элемента .запрета, выход которого подключенк второму управляющему входу второгоэлемента запрета, единичный выходпервого триггера соединен с вторымвходом первого элемента И, третийвход которого соединен с входом элемента задержки и с выходом общегогенератора случайного потока импульсов, выход элемента задержки подключен к первому входу первого элемента.ИЛИ, в и-м измерительном каналевыход второго элемента ИЛИ соединен с информационным входом второго элемента запрета, выход которого соединен с вторым входом третьего элемен. та И.:2. Устройство по и. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что блок случайной временной задержки содержит датчик случайных кодов, элементы НЕ, счетчик, два элемента ИЛИ, два элемента И, триггер, генератор импульсов причем вход датчйка случайных кодов является вхОдом запуска блока, а выходы соединены с входами первого эЛемента ИЛИ и с входами соответствующих элементов НЕ, выходы которых соединены соответственно с входами первого элемента И и с разрядными входами счетчика, выход которого подключен:к первому входу второго элемента.ИЛИ и является выхоДом блока, выход первого элемента ИЛИ соединен с выходом первого элемента И и с единичным входом триггера, нулевой входкоторого соединен с. выходом второго элемента ИЛИ, а единичный выход - с с первым входом второго элемента И, второй вход которого подключен к выходу генератора импульсов, а выход - к счетному входу счет чика, управляющий вход которого сое-; диней с вторым входом второго элемента ИЛИ и является управляющим входом блока.Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для статистического моделирования систем массового обслуживания (СМО), 5 Известно устройство для моделирования систем массового обслуживания, содержащее генераторы обслуженных; заявок, регистр управляющего слова, дешифратор, элементы ИЛИ, блоки элементов И 1 .Это устройство позволяет моделировать СМО с ненадежным обслуживающим прибором, но не может быть использовано для моделирования СМО с произвольным числом входных потоков заявок, относительным приоритетом,различными дисциплинами возобновления обслуживании заявок после восстановления обслуживающего прибора, ограниченной очередью и не определяетхарактеристики систем.Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для моделирования систем , 25 массового обслуживания, содержащее общий генератор случайного потока импульсов две группы по (а -2) элементов ИЛЙ и а измерительных каналов, а в каждом измерительном канале генератор случайного потока импульсов, реверсивный счетчик, блок сравнения, генератор импульсов, блок случайной временной задержки, три счетчика, триггер, три элеМейта ИЛИ, два элемента И и два элемента запрета, а в 1-м измерительном канале ( = 2 п) третий элемент И и третий элемент запрета, а в к-м измерительном канале (к = 1, и - 1) четвертый и пятый элемент запрета.Это устройство позволяет моделировать СМО с произвольным числом входных потоков заявок, относительным приорИтетом, ненадежным обслуживающим прибором, ограниченной очередью определить характеристики систем,(2 .Недостатками устройства являютсяневозможность моделирования СМО сразличными дисциплинами возобновления обслуживания заявок после восстановления обслуживающего прибора и необ0 ходимость введения временных ограничений на работу общего генератораслучайного потока импульсов, блоковслучайной временной задержки и некоторых других элементов устройства дляправильного моделирования им отказовобслуживающего прибора и обслуживания заявок с относительным приоритетом. Указанные недостатки сужают функци-ональные возможности устройства.Цель изобретения - исключение временных ограничений на работу его элементов и расширение функциональных возможностей устройства за счет моделирования СМО с различными дисциплинами возобновления обслуживания заявок. Поставленная цель достигается тем, что устройство, содержащее общий генератор случайного потока импульсов, две группы элементов ИЛИ, и измерительных каналов, а в каждом измерительном канале генератор случайного потока импульсов, реверсивный счет-л чик, блок случайной временной задержки, блок сравнения, генератор импульсов, три счетчика, первый триггер, два элемента ИЛИ, два элемента И, два элемента запрета, а в 1-м измерйтельном канале (1 = 2,п) дополни-. тельно третий элемент И и третий элемент запрета, причем выход общего генератора случайного потока им-. пульсов соединен, с входами запрета работы генераторов импульсов всех измерительных каналов и с первым 35 входом первого элемента ИЛИ первого измерительного канала, первые входы первых элементов И измерительных каналов объединены и являются управляющим входом устройства, а в каж Щ дом измерительном канале выход гене- . ратора случайного потока импульсов соединен с входом первого счетчика, с информационным входом первого элемента запрета и с первым входом второго элемента И, выход которого подключен к входу второго счетчика выход первого элемента запрета соединен с суммирующим входом реверсивного счетчика, разрядные выходы ко" торого .подключены к входам второго. элемента ИЛИ, а выход переполнения - . к входу блока сравнения, выход генератора импульсов соединен с входом запуска блока случайной временной задержки и с единичным входом первого триггера, нулевой вход которого соединен с выходом первого элемента ИЛИ, а нулевой выход - с первым входом третьего элемента И, выход ко-. торого подключен к входу запуска ге нератора импульсов, выход блока случайной временной задержки подключен к вычитающему входу реверсивного счетчика, входу третьего счетчика и второму входу первого элемента ИЛИ, 5 а в каждом К-м измерительном канале ( =. 1, и - 1) выход второго элемента ИЛИ соединен с информационным входом второго элемента запрет, выход которого соединен с вторым входом третьего элемента И, дополнительно содержит в 1-м измерительном канале второй триггер и элемент задержки, причем выход первого элемента ИЛИ1-го измерительного канала соединен с первым входом (1-1)-го элемента " ИЛИ первой группы, выход которого подключен к информационному входу третьего элемента запрета ( + 1)- го измерительного канала и к второму входу 1-го элемента ИЛИ первой группы, выход второго элемента ИЛИ первого измерительного канала соединен с информационным входом третьего элемента запрета второго измерительного канала и с вторым входомпервого элемента ИЛИ первой группы,единичные выходы первого и второготриггеров 1-го измерительного канала подключены соответственно к первому и второму входам (1-1)-го.элемента ИЛИ второй группы, выход которого соединен с первым управляющимвходом второго элемента запрета(1-1)-го измерительного канала истретьим входом (1-2)-го элементаИЛИ второй группы, в каждом измери-тельном канале выход блока сравнениясоединен с управляющим входом первого, элемента запрета и с вторым входомвторого элемента И, управляющий -вход блока случайной временной задержки подключен к выходу общегогенератора случайного потока импульсов, в 1-м измерительном канале выход блока случайной временной задержки соединен с нулевым входом второго триггера, единичный вход которо.го соединен с выходом первого элемента И, а единичный выход - с управляющим входом третьего элементазапрета, выход которого подключенк второму управляющему входу. второгоэлемента запрета, единичный выход первого триггера соединен с. вторым входом первого элемента И, третий вход которого соединен с входом эле-. мента задержки и с выходом общего генератора случайного потока импульсов, выход элемента задержки подключен к первому входу первого элемента ИЛИ, в и-м измерительном канале выход второго элемента ИЛИ соединен с и-У, информационным входом второго элемента запрета, выход которого соединен с вторым входом третьего элемента И.Кроме того, блок случайной временной задержки содержит датчик случайных кодов, элементы НЕ,. счетчик, два элемента ИЛИ, два элемента И, триггер, генератор импульсов, причем вход датчика случайных кодов являет ся входом запуска блока, а выходы1053110 соединены с входами первого элемента ИЛИ и с входами соответствующих элементов НЕ, выходы которых соединены соответственно с входами первого элемента И и с разрядными входами счетчика, выход которого подклю.5 чен к первому входу второго элемента ИЛИ и является выходом блока, выход первого элемента ИЛ 1 И соединен с выхо дом первого элемента И и с единичным входом триггера, нулевой вход кото О рого соединен с выходом второго эле-. мента ИЛИ, а единичный выход - с первым входом второго элемента И, второй вход которого подключен к выходу генератора импульсов, а выход - 15 к счетному входу счетчика, управляющий вход которого соединен с вторым входом второго элемента ИЛИ и является управляющим входом блока,Рассмотрим устройство для Моделирования систем массового обслуживания на примере модели СМО с тремя потоками заявок на обслуживание.На фиг, 1 приведена структурная схема устройства," на фиг, 2 - то же, управляемого блока случайной временной задержки.Устройство содержит измерительные каналы 1, генераторы 2 случайного потока импульсов, первые счетчики 3, первые элементы 4 запрета, вторые элементы И 5, вторые счетчики б, реверсивные счетчики 7, блоки 8 сравнения, вторые элементы ИЛИ 9, вторые элементы 10 запрета, третьи элементы И 11, генераторы 12 импуль сов, блоки 13 случайной временной .задержки, первые элементы ИЛИ 14, первые триггеры 15, третьи счетчики 16, вторые триггеры 17, первые эле- менты И 18, элементы 19 задержки, 4 О третьи элементы 20 запрета, элементы ИЛИ 21 первой группы, элементы ИЛИ 22 второй группы, общий генератор 23; случайного потОка импульсов, управляющий вход 24 устройства. 4 Блок 13 случайной временной задержки содержит вход 25 запуска блока,датчик 26 случайных кодов, элементыНЕ 27, счетчик 28, первый элементИЛИ 29, первый элемент И 30, триггер31, генератор 32 импульсов, второйэлемент И 33, второй элемент ИЛИ 34,выход 35 блока, управляющий вход Збблока,Генераторы 2 случайного потокаимпульсов имитируют входные потокизаявок на обслуживание различных приоритетов. Генераторы вырабатывают импульсы со случайным периодом повторения. 6 ОСчетчики 3 считают общее числопоступивших заявок на обслуживаниеразличных приоритетов.Счетчики б считают число заявокразличных приоритетов, получивших от" 6 бказ в обслуживании по причине занятости всех мест в очереди.Реверсивные счетчики 7 и блоки 8сравнения имитируют ограниченную очередь в СМО.Генераторы 12 импульсов в блоки 13случайной временной задержки имитируют обслуживающий прибор со случайнымвременем обслуживания.Счетчики 16 считают число обслуженных заявок различных приоритетов.Общий генератор 23 случайного потока импульсов имитирует отказы обслуживающего прибора. Генератор вырабатывает импульсы со случайным пе:риодом повторения и случайной длительности, имитирующей время восстановления обслуживающего прибора.Устройство может работать в двухрежимах: в режиме моделирования СМОс относительным приоритетом и возоб-,новлением обслуживания после восстановления обслуживающего прибора спрерванной отказом заявки и в режиме моделирования СМО с относительным приоритетом и возобновлениемобслуживания с заявки высшего приоритета.В исходном состоянии реверсивныесчетчики.7, триггеры 15 и 17 находят.ся в нулевом состоянии. Единичныепотенциалы с нулевых выходов тригге"ров 15 поддерживают элементы И 11 воткрытом состоянии. Элементы 4, 10,и;20 запрета открыты, так как на ихуправляющих входах присутствуют ну-левые потенциалы. В блоках 13 случайной временной задержки триггеры .31 находятся в нулевом состоянии.Импульсы с выходов генераторов 32импульсов не проходят через элементы И 33, так как они удерживаютсяв закрытом состоянии нулевыми потен;.циалами с единичных выходов триггеров 31.1. Режим моделирования СМО с относительным приоритетом и возобновлением обслуживания с прерванной отказом заявки,На управляющий вход 24 устройстваподается сигнал "Единица", которыйпоступает на первые входы элементовИ 18.Работу измерительного канала рассмотрим на примере второго канала.Импульсы от генератора 2 случайногопотока импульсов, имитируя входнойпоток заявок на обслуживание, проходят через открытый элемент 4 запрета и поступают на суммирующий входреверсивного счетчика 7, который ведет подсчет, поступивших импульсов,имитируя занятие заявками мест в очереди. Единичный потенциал с выходовразрядов реверсивного счетчика 7через элемент ИЛИ 9, открытые эле,мент 10 запрета и элемент И 11 запускает генератор 12 импульсов, имитиуя поступление заявки наобслуживание, а через элемент 1 ТЛИ 21 и откры- тый элемент 20 запрета третьего. измерительного канала закрывает элемент 10 запрета того же канала, имитируя блокировку обслуживания младшей по приоритету заявки из третьего потока в случае ее поступления. .Импульс с выхода генератора 12 им", . пульсов поступает на вход запуска блока 13 спучайной временной задерж- ки и устанавливает триггер 15 в единичное состояние, закрывая тем самымэлемент И 11 и останавливая работу генератора 12 импульсов, В результа- те генератор 12 импульсов вырабатывает один импульс, Единичный потенциал с единичного выхода триггера 15 н, поступая на второй вход элемента И 18, открывает его, а через элемент ИЛЙ 22 удерживает в закрытом состоянии элемент 10 запрета первого измерительного канала, имитируя блокировку обслуживания старшей по приоритету заявки из первоо потока в случае ее поступления в период обслуживания заявки из второго потока.Блок 13 случайной временной за,держки имитирует случайное время обслуживания заявки, Он .работает аледУющим образом. С приходом импульса от генератора 12 импульсов на вход 25 блока датчик 26 случайных кодов генерирует код, который, преобразуясь с Помощью элементов НЕ 27 в обратийй записывается на счетчик 28. СиГиал с выхода элемента ИЛИ 29 устанавливает триггер 31 в единичное состояние, Единичный потенциал с единичного выхода триггера 31 открывает .элемент И 33, через который на счетный вход счетчика 28 начинают поступать импульсы,от генератора 32 импульсов, При переполнении счетчика 28.на его выходе появляется импульс, который через элемент ИЛИ 34 устанавливает триггер 31 в нулевое состояние, закрывая тем самым элемент И 33. Этот же импульс поступает на выход 35 .блом ка в качестве импульса, имитирующего обслуженную заявку, Время задержки , импульса блоком 13 случайной временной задержки определяется величиной случайного кода, генерируемого датчиком 26,и периодом повторения импульсов с выхода генератора 32 импульсов, В процессе работы блока 13 случайной временной задержки могут . возникнуть экстремальные ситуации, когда датчик случайных кодов 26 генерирует код, во всех разрядах которого единицы и когда датчик случайных кодов 26 генерирует код, во всех разрядах которого нули.В первом случае работа блока ана 50 55 60 логична описанной. Время задержки приЯ этом максимально, Во втором случаефункцию элемента ИЛИ 29 выполняетэлемент И 30. Время задержки при -.;этом минимально и определяется временем срабатывания элементовблока,Задержанный на случайное времяимпульс с выхода блока 13 случайнойвременной задержки через элемент ИЛИ14 устанавливает триггер 15 в нулевое состояние, имитируя окончаниеобслуживания заявки, и увеличиваетна единицу показание счетчика 16 обслуженных заявок. Этот же импульспоступает на вычитающий вход реверсивного счетчика 7, уменьшая его содержимое на единицу и имитируя темсаьым освобождение одного места вочереди,Имитируя заполнение всех мест вочереди, блок 8 сравнения выдает сигнал, который закрывает элемент 4 запрета и открывает элемент И 5. Счетчик б начинает считать импульсы-заявки, потерянные по причине занятости всех мест в очереди.Пусть во время обслуживания заявкииз второго потока поступит старшийпо приоритету импульс-заявка от генератора 2 случайного потока импульсов в первом измерительном канале.Этот импульс; пройдя через открытыйэлемент 4 запрета, поступает на суммирующий вход реверсивного счетчикаВ результате на выходе элементаИЛИ 9 первого измерительного каналапоявляется единичный потенциал, который через открытый элемент 20 запрета второго измерительного каналазакрывает элемент 10 запрета тогоже канала, имитируя блокировку поступления на обслуживающий прибормладших по приоритету заявок из второго потока. При этом текущее обслуживание заявки из второго потока непрекращается, и поступившая старшаяпо приоритету заявка из первого потока ожидает его завершения, так какэлемент 10 запрета первого измерительного канала удерживается в закрытом состоянии единичным потенциалом с единичного входа триггера 15второго измерительного канала. Поокончании обслуживания заявки из второго потока триггер 15 второго измерительного канала устанавливается внулевое состояние, открывается эле-.мент 10 запрета первого измеритель"ного канала и заявка из первого потока поступает на обслуживание.Пусть во время обслуживания заявки из второго потока происходит отказ обслуживающего прибора. Имитируя Отказ обслуживающего прибора,общий генератор 23 случайного потокаимпульсов вырабатывает импульс, который на время своей длительности зап:рещает работу генераторов 12 импульсов,а через открытый элемент И 18 устанавливает триггер 17 второго измерь"тельного канала в единичное состояние. Единичный потенциал с единичного выхода этого триггера закрывает элемент 20 запрета, обеспечивая тем самым открытое состояние элемента 10 запрета второго измерительного канала даже при наличии заявок из первого потока, а через элемент ИЛИ 22подтверждает закрытое состояние эле мента 10 запрета первого измерительного канала. Импульс с выхода генератора 23 случайного потока импульсов, задержанный элементом 19 задеркки на время вызванных им переходных 15 процессов, через элемент ИЛИ 14 устанавливает триггер 15 в нулевое состо- яние, имитируя прерывание обслуживанния заявки отказом. Этот же импульс поступает. также на управляющий вход 36 блока 13 случайной временной задержки, устанавливая в нем через элемент ИЛИ 34 в нулевое состояние триггер 31 и абнуляя счетчик 28, имитируя потерю промежуточных результатов обслуживания заявки (сама заявка при этом остается в очереди). После исчезновения импульса с выхода общего генератора 23 случайного потока им": пульсов единичный потенциал с выхода элемента ИЛИ 9 второго измерительно-; го канала через открытые элемент 10 запрета и элемент И 11 вновь запускает генератор 12 импульсов, имитируя возобновление обслуживания после,восстановления обслуживающего прибора с прерванной отказом заявки из второго потока даже при наличии заявки из .старшего по приоритету первого пото-,ка, После обслуживания заявки иэ второга потока импульс с выхода блока 13 40случайной временной задержки устанавливает в нулевое состояние триггер17,и на обслуживающий прибор поступает заявка из первого потока, еслиона есть, 452. Режим моделирования СМО с относительным приоритетом и возобновлением обслуживания заявки высшегоприоритета,На управляющий вход 24.устройства подается сигнал "Нуль", который,поступая на первые входы элементовИ 18, удерживает нх в закрытом састаянии.Пусть во время обслуживания заявки из второго потока происходит от 55каз обслуживающего прибора. Имитируяотказ обслуживающего прибора, общийгенератор 23 случайного потока импу-.льсов вырабатывает импульс, которыйзапрещает на время своей длительнасти работу генераторов 12 импульсов,прекращает работу блока 13 случайнойвременной задержки и через элемент19 задержки и элемент ИЛИ 14 устанав.ливает в нулевое состояние триггер65 15 второго измерительного канала.При этом триггер 17 этого каналаостается в нулевом состоянии, т:ккак импульс с выхода общего генератора 23 случайного потока импульсовне проходит через закрытый элементИ 18, Поэтому при наличиии заявки изстаршего по приоритету первого потока или поступлении ее во время отказа обслуживающего прибора 10 запретавторого измерительного канала онбудет находиться в закрытом состоя-:нии, а элемент 10 запрета первогоизмерительного канала - в открытомсостоянии, Вследствие этого послеисчезновения импульса с выхода общего генератора 23 случайного потокаимпульсов единичный потенциал с выхода элемента ИЛИ 9 первого измерительного канала через открытые элемент .10 запрета и элемент И 11 запускаетгенератор 12 импульсов своего канала.Таким образом, после восстановленияобслуживающего прибора обслуживаниевозобновляется с заявки высшего приоритета.Аналогичным образом работает устройство для моделирования системмассового обслуживания с произвольным числом потоков заявок на обслуживание.Устройство позволяет получить сле.дующие характеристики СМО:Р- вероятность обслуживанияОЬ 11-го потока; Р к, " вероятность отказа в обслуживайии заявки 1-го потока по причине занятости всех меств очереди; Ь; - средняя длина очере"ди заявок -го потока.Эти характеристики можно получитьпо формуламйь Цт;оь,1 ф - эотк;п где Б 84 М 6,016, - показания к КЬнцуэксперимента счетчиков3, б, 16 -го .изме.рительного канала:" й; - К-ое показание реверсивного счетчика 7, зафиксированное ш раз вовремя экспериментав 1-м измерительном канале,Таким образом, использование в предлагаемом устройстве новых элементов и новых связей выгодно отличает его от известного устройства, так как позволяет расширить функциональ-. ные возможности. Устройство позволяет моделировать СМО с относительным приоритетом и различными дисциплинами возобновления обслуживания заявок после восстановления обслуживающего прибора без введения временных ограйичений на работу элементов устройства.орректор А. Зимокосов ис каз д+ илиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул. Проектная 873/47 Тираж 706 ВНИИПИ Государственного ко по делам изобретений и 113035, Москва, Ж, Ра