Устройство для моделирования систем массового обслуживания

Авторы патента:

Полезная модель относится к специализированным средствам вычислительной техники и может быть использована при статистическом моделировании.

Техническим результатом является расширение функциональных возможностей за счет обеспечения возможности обслуживания заявок, находящихся в счетчике потерянных заявок.

Устройство для моделирования систем массового обслуживания содержит шесть элементов И, счетчик поступивших заявок, счетчик обслуженных заявок, элемент ЗАПРЕТ, три элемента ИЛИ, триггер, реверсивный счетчик длины очереди, реверсивный счетчик заявок, ожидающих обслуживания, генератор имитации обслуживания заявок, три инвертора, элемент задержки, делитель, и генератор случайного потока импульсов. 1 илл.

Известно устройство для моделирования систем массового обслуживания [SU 1151981, 1983, МКИ G06F 15/20], содержащее генераторы потока заявок, элементы И, ИЛИ, запрета, счетчик поступивших заявок, получивших отказ в обслуживании, блок случайный временных задержек, реверсивный счетчик занятых каналов, реверсивный счетчик длины очереди.

Недостатком известного устройства является узкая область применения и невозможность моделирования некоторых видов СМО, например СМО с неоднородными потоками входящих заявок и очередью для одного потока заявок, с потоками отказов и восстановлений каналов при обслуживании заявок и т.д., широко распространенных в различных СМО.

Известно устройство для моделирования системы массового обслуживания [SU 1305701 А1, класс G06F 15/20, 23.04.1987], содержащее генератор случайного потока импульсов, выход которого соединен со счетным входом первого счетчика, с прямым входом первого элемента ЗАПРЕТ и с первым входом первого элемента И, выход которого соединен со счетным входом второго счетчика, выход второго элемента И соединен с вторым входом первого элемента И и с инверсным входом первого элемента ЗАПРЕТ, выход которого соединен с прямым входом второго элемента ЗАПРЕТ и первым входом третьего элемента И, выход которого соединен с суммирующим входом реверсивного счетчика, выходы разрядов которого соединены с входами второго элемента И соответственно и входами первого элемента ИЛИ соответственно, выход которого соединен с инверсным входом третьего элемента ЗАПРЕТ, с первым входом четвертого элемента И и первым входом пятого элемента И, выход которого соединен с вычитающим входом реверсивного счетчика, выход второго элемента ЗАПРЕТ соединен с первым входом второго элемента ИЛИ и с нулевым входом триггера, нулевой выход которого соединен с вторым входом третьего элемента И и с инверсным входом второго элемента ЗАПРЕТ, выход третьего элемента ЗАПРЕТ соединен с единичным входом триггера, выход четвертого элемента И соединен с вторым входом второго элемента ИЛИ, выход которого соединен с входами первой и второй линии случайной временной задержки, входы группы линий случайной временной задержки подключены к выходу второго элемента ИЛИ, выходы первой и второй линии случайной временной задержки соединены с выходами линий случайной временной задержки группы и подключены к счетному входу третьего счетчика, выход переполнения которого соединен с установочными входами первой и второй линии случайной временной задержки, линий случайной временной задержки группы, с прямым входом третьего элемента ЗАПРЕТ, с вторым входом четвертого элемента И и вторым входом пятого элемента И.

Недостатком данного устройства являются то, что, в случае, когда не поступают импульсы от генератора случайного потока импульсов заявок, отсутствуют заявки, находящиеся в очереди и все каналы обслуживания свободны от обслуживания, заявки, находящиеся в счетчике потерянных заявок, не обслуживаются.

Техническим результатом является расширение функциональных возможностей за счет обеспечения возможности обслуживания заявок, находящихся в счетчике потерянных заявок в случае, когда не поступают импульсы от генератора случайного потока импульсов заявок, отсутствуют заявки, находящиеся в очереди и все каналы обслуживания свободны от обслуживания.

Технический результат достигается тем, что в устройство для моделирования систем массового обслуживания, содержащее, пять элементов И, два счетчика, элемент ЗАПРЕТ, два элемента ИЛИ, триггер, реверсивный счетчик длины очереди и генератор случайного потока импульсов, выход которого соединен со счетным входом первого счетчика, с прямым входом элемента ЗАПРЕТ и с первым входом первого элемента И, выход второго элемента И соединен с вторым входом первого элемента И, выход третьего элемента И соединен с суммирующим входом реверсивного счетчика длины очереди, выходы разрядов которого соединены с входами второго элемента И и входами первого элемента ИЛИ, выход которого соединен с первым входом пятого элемента И, выход которого соединен с вычитающим входом реверсивного счетчика длины очереди, нулевой выход триггера соединен с вторым входом третьего элемента И и с инверсным входом элемента ЗАПРЕТ, дополнительно введены реверсивный счетчик заявок, ожидающих обслуживания, элемент И, элемент ИЛИ, генератор имитации обслуживания заявок, три инвертора, элемент задержки, и делитель, в качестве второго счетчика используется счетчик обслуженных заявок, первый вход делителя соединен с выходом первого счетчика, в качестве которого используется счетчик поступивших заявок, а второй вход соединен с выходом счетчика обслуженных заявок, вход которого соединен с выходом генератора имитации обслуживания заявок и объединенными входом элемента задержки и единичным входом триггера, нулевой вход которого соединен с входом генератора имитации обслуживания заявок и выходом третьего элемента ИЛИ, первый вход которого соединен с выходом элемент ЗАПРЕТ, второй вход третьего элемента ИЛИ соединен с вычитающим входом реверсивного счетчика длины очереди, а третий вход третьего элемента ИЛИ соединен с входом реверсивного счетчика заявок, ожидающих обслуживания и выходом четвертого элемента И, первый вход которого соединен с выходом второго инвертора, вход которого соединен с выходом первого элемента ИЛИ, второй вход четвертого элемента И соединен с вторым входом пятого элемента И и выходом элемента задержки, третий вход четвертого элемента И соединен с третьим входом пятого элемента И и единичным выходом триггера, четвертый вход четвертого элемента И соединен с выходом второго элемента ИЛИ, входы разрядов которого соединены с выходами разрядов реверсивного счетчика заявок, ожидающих обслуживания и входами разрядов шестого элемента И, выход которого соединен с входом третьего инвертора, выход которого соединен с четвертым входом первого элемента И, выход которого соединен со суммирующим входом реверсивного счетчика заявок, ожидающих обслуживания, второй вход первого элемента И соединен с нулевым выходом триггера, выход генератора случайного потока импульсов соединен с первым входом третьего элемента И, третий вход которого соединен с выходом первого инвертора, вход которого соединен с выходом второго элемента И, выход делителя соединен с выходом устройства.

Введение указанных дополнительных элементов и последовательности их подключения позволяют обеспечить расширение функциональных возможностей за счет обеспечение возможности обслуживания заявок находящихся в счетчике потерянных заявок.

На фиг.1 - представлена функциональная устройства.

Устройство для моделирования систем массового обслуживания (фиг.1) содержит генератор 1 случайного потока импульсов, счетчик 2 поступивших заявок, реверсивный счетчик 3 заявок, ожидающих обслуживания, элемент ЗАПРЕТ 4, шесть элементов И 5-10, триггер 11, три элемента ИЛИ 12-14, реверсивный счетчик 15 длины очереди, счетчик 16 обслуженных заявок, генератор 17 имитации обслуживания заявок, три инвертора 18-20, элемент задержки 21 и делитель 22, выход генератора 1 случайного потока импульсов соединен со счетным входом счетчика 2 поступивших заявок, с прямым входом элемента ЗАПРЕТ 4 и с первым входом первого элемента И 5, выход второго элемента И 6 соединен с вторым входом первого элемента И 5, выход третьего элемента И 7 соединен с суммирующим входом реверсивного счетчика 15 длины очереди, выходы разрядов которого соединены с входами второго элемента И 6 и входами первого элемента ИЛИ 12, выход которого соединен с первым входом пятого элемента И 9, выход которого соединен с вычитающим входом реверсивного счетчика 15длины очереди, нулевой выход триггера 11 соединен с вторым входом третьего элемента И 7 и с инверсным входом элемента ЗАПРЕТ 4, первый вход делителя 22 соединен с выходом счетчика 16 обслуженных заявок, а второй вход соединен с выходом счетчика 16 обслуженных заявок, вход которого соединен с выходом генератора 17 имитации обслуживания заявок и объединенными входом элемента задержки 21 и единичным входом триггера 11, нулевой вход которого соединен с входом генератора 17 имитации обслуживания заявок и выходом третьего элемента ИЛИ 14, первый вход которого соединен с выходом элемент ЗАПРЕТ 4, второй вход третьего элемента ИЛИ 14 соединен с вычитающим входом реверсивного счетчика длины очереди 15, а третий вход третьего элемента ИЛИ 14 соединен с входом реверсивного счетчика 3 заявок, ожидающих обслуживания и выходом четвертого элемента И 8, первый вход которого соединен с выходом второго инвертора 19, вход которого соединен с выходом первого элемента ИЛИ 12, второй вход четвертого элемента И 8 соединен с вторым входом пятого элемента И 9 и выходом элемента задержки 21, третий вход четвертого элемента И 8 соединен с третьим входом пятого элемента И 9 и единичным выходом триггера 11, четвертый вход четвертого элемента И 8 соединен с выходом второго элемента ИЛИ 13, входы разрядов которого соединены с выходами разрядов реверсивного счетчика 3 заявок, ожидающих обслуживания и входами разрядов шестого элемента И 10, выход которого соединен с входом третьего инвертора 20, выход которого соединен с четвертым входом первого элемента И 5, выход которого соединен со суммирующим входом реверсивного счетчика 3 заявок, ожидающих обслуживания, второй вход первого элемента И 5 соединен с нулевым выходом триггера, выход генератора 1 случайного потока импульсов соединен с первым входом третьего элемента И 7, третий вход которого соединен с выходом первого инвертора 18, вход которого соединен с выходом второго элемента И 6, выход делителя 22 соединен с выходом устройства.

Устройство (фиг.1) работает следующим образом.

В случае, когда все каналы обслуживания свободны от обслуживания, триггер 11 находится в единичном состоянии, на управляющем входе элемента ЗАПРЕТ 4 сигнал отсутствует, и он открыт.

Импульс от генератора 1 случайного потока импульсов через открытый элемент ЗАПРЕТ 4 и третий элемент ИЛИ 14 поступает на вход генератора 17 имитации обслуживания заявок и на нулевой вход триггера 11, закрывая тем самым элемент ЗАПРЕТ 4 и открывая первый 5 и третий 7 элементы И. До окончания обслуживания следующие заявки от генератора 1 случайного потока импульсов поступают на суммирующий вход реверсивного счетчика 15 длины очереди, если он не заполнен (имитируется тем самым образования очереди), или на вход реверсивного счетчика 3 заявок, ожидающих обслуживания, если реверсивный счетчик 15 длины очереди заполнен.

Кроме того, импульсы от генератора 1 случайного потока импульсов всегда поступают на вход счетчика 2 поступивших заявок и суммируются.

Если во время обслуживания очередной заявки реверсивный счетчик 15 длины очереди не заполнен, то с выхода второго элемента И 6 выдается запрещающий сигнал, который закрывает первый элемент И 5 и, проходя через инвертор НЕ 18, открывает третий элемент И 7. В это случае импульсы от генератора 1 случайного потока импульсов через открытый третий элемент И 7 поступают на суммирующий вход реверсивного счетчика 15 длины очереди.

Если во время обслуживания очередной заявки реверсивный счетчик 15 длины очереди заполнен, то с выхода второго элемента И 6 выдается разрешающий сигнал, так как на его входы поступает код все единицы. Этот сигнал открывает первый элемент И 5 и проходя через инвертор НЕ 18 закрывает третий элемент И 7. Импульсы от генератора 1 случайного потока импульсов через открытый первый элемент И 5 поступают на суммирующий вход реверсивного счетчика 3 заявок, ожидающих обслуживания. Если окажется, что реверсивный счетчик 3 заявок, ожидающих обслуживания будет заполнен, то вновь поступившие от генератора 1 случайного потока импульсов заявки теряются. В этом случае на вход элемента И 10 поступает код все единицы. С выхода элемента И 10 через третий инвертор НЕ 20 на четвертый вход первого элемента И 5 выдается запрещающий сигнал.

Через случайное время, равное продолжительности обслуживания заявки в каждом из каналов, с выхода генератора 17 имитации обслуживания заявок выдается импульс, который поступает на вход счетчика 16 обслуженных заявок. Кроме того, импульс с выхода генератора 17 имитации обслуживания заявок поступает на единичный вход триггера 11 и устанавливает его в единичное состояние, разрешая тем самым прием на обслуживание очередной заявки.

Очередной импульс от генератора 1 случайного потока импульсов через открытый элемент ЗАПРЕТ 4 и элемент ИЛИ 14 поступает на вход генератора 17 имитации обслуживания заявок и на нулевой вход триггера 11, закрывая тем самым элемент ЗАПРЕТ 4 и открывая первый 5 и третий 7 элементы И до окончания обслуживания.

Если после окончания обслуживания очередной заявки от генератора 1 случайного потока импульсов заявок не поступает, то триггер 11 будет находиться в единичном состоянии. Сигнал с единичного выхода триггера 11 поступает на третьи входы четвертого 8 и пятого 9 элементов И и открывает их.

В этом случае импульс с выхода генератора 17 имитации обслуживания заявок через элемент задержки 21 поступает на вторые входы четвертого 8 и пятого 9 элементов И. Элемент задержки 21 предназначен для задержки импульса, поступающего с выхода генератора 17 имитации обслуживания заявок, на время срабатывания триггера 11.

Если в реверсивном счетчике 15 длины очереди присутствует хотя бы одна заявка, то с выхода первого элемента ИЛИ 12 выдается разрешающий сигнал, который через второй инвертор закрывает по первому входу четвертый 8 элемент И и открывает по первому входу пятый 9 элемент И. Задержанный на элементе задержки 21 импульс с выхода генератора 17 имитации обслуживания заявок через открытый третий 7 элемент И и третий элемент ИЛИ 14 поступает на вход генератора 17 имитации обслуживания заявок и на нулевой вход триггера 11, имитируя тем самым прием заявки на обслуживание из очереди. Так как на обслуживание принята заявка из очереди, то импульс с выхода пятого 9 элемента И поступает на вычитающий вход реверсивного счетчика 15 длины очереди и уменьшает его значение на единицу, имитируя тем самым списывание заявки из очереди. До окончания обслуживания принятой заявки из очереди триггер 11 будет находиться в нулевом состоянии. Запрещающий сигнал с единичного выхода триггера 11 закроет по третьему входу четвертый 8 и пятый 9 элементы И, а разрешающий сигнал с нулевого выхода закроет элемент ЗАПРЕТ 4.

После окончания обслуживания заявки, с выхода генератора 17 имитации обслуживания заявок выдается импульс, который поступает на вход счетчика 16 обслуженных заявок, устанавливает триггер 11 в единичное состояние и через элемент задержки 21 поступает на вторые входы четвертого 8 и пятого 9 элементов И.

Если после окончания обслуживания очередной заявки от генератора 1 случайного потока импульсов заявок не поступает и отсутствуют заявки, находящиеся в очереди, то с выхода первого элемента ИЛИ 12 выдается запрещающий сигнал, который через второй инвертор открывает по первому входу четвертый 8 элемент И и закрывает по первому входу пятый 9 элемент И.

Если в реверсивном счетчике 3 заявок, ожидающих обслуживания, присутствует хотя бы одна заявка, то с выхода второго элемента ИЛИ 13 на четвертый вход четвертого 8 элемента И выдается разрешающий сигнал. Импульс с выхода генератора 17 имитации обслуживания заявок через открытый четвертый 8 элемент И и третий элемент ИЛИ 14 поступает на вход генератора 17 имитации обслуживания заявок и на нулевой вход триггера 11, имитируя тем самым прием заявки на обслуживание из реверсивного счетчика 3 заявок, ожидающих обслуживания. Так как на обслуживание принята заявка из реверсивного счетчика 3 заявок, ожидающих обслуживания, то им пульс с выхода четвертого 8 элемента И поступает на вычитающий вход реверсивного счетчика 3 заявок, ожидающих обслуживания, и уменьшает его значение на единицу, имитируя тем самым списывание заявки из этого счетчика. До окончания обслуживания принятой заявки из реверсивного счетчика 3 заявок, ожидающих обслуживания, триггер 11 будет находиться в нулевом состоянии. Запрещающий сигнал с единичного выхода триггера 11 закроет по третьему входу четвертый 8 и пятый 9 элементы И, а разрешающий сигнал с нулевого выхода закроет элемент ЗАПРЕТ 4.

Через случайное время, равное продолжительности обслуживания заявки в каждом из каналов, с выхода генератора 17 имитации обслуживания заявок выдается импульс, который поступает на вход счетчика 16 обслуженных заявок. Счетчик 16 обслуженных заявок осуществляет подсчет всех обслуженных заявок. Кроме того, импульс с выхода генератора 17 имитации обслуживания заявок поступает на единичный вход триггера 11 и устанавливает его в единичное состояние, разрешая тем самым прием на обслуживание очередной заявки, поступившей от генератора 1 случайного потока импульсов заявок, или от реверсивного счетчика 15 длины очереди, или от реверсивного счетчика 3 заявок, ожидающих обслуживания.

Независимо от того, какая заявка обслуживается генератором 17 имитации обслуживания заявок от генератора 1 случайного потока импульсов, стоящих в очереди или получивших отказ в обслуживании (из реверсивного счетчика 3 заявок, ожидающих обслуживания) каждое обслуживание фиксируется в счетчике 16 обслуженных заявок путем суммирования импульсов, поступающих с выхода блока 17 имитации обслуживания заявок. В результате по окончании моделирования в счетчике 2 поступивших заявок будет зафиксировано общее количество поступивших заявок от генератора 1 случайного потока импульсов а, в счетчике 16 обслуженных заявок - количество обслуженных заявок, которые поступают соответственно на первый и второй входы делителя 22. В делителе 22 определяется коэффициент обслуживания, на основании которого можно делать выводы о поведении реальных СМО в зависимости от законов распределения поступления заявок и законов распределения их обслуживания.

Таким образом, в устройстве обеспечивается расширение функциональных возможностей за счет обеспечения возможности обслуживания заявок, находящихся в счетчике потерянных заявок в случае, когда не поступают импульсы от генератора 1 случайного потока импульсов заявок, отсутствуют заявки, находящиеся в очереди и все каналы обслуживания свободны от обслуживания, кроме того, обеспечивается возможность исследования поведения реальных СМО в зависимости от законов распределения поступления заявок и законов распределения их обслуживания, в определенный промежуток времени.

Устройство для моделирования системы массового обслуживания, содержащее пять элементов И, два счетчика, элемент ЗАПРЕТ, два элемента ИЛИ, триггер, реверсивный счетчик длины очереди и генератор случайного потока импульсов, выход которого соединен со счетным входом первого счетчика, с прямым входом элемента ЗАПРЕТ и с первым входом первого элемента И, выход второго элемента И соединен с вторым входом первого элемента И, выход третьего элемента И соединен с суммирующим входом реверсивного счетчика длины очереди, выходы разрядов которого соединены с входами второго элемента И и входами первого элемента ИЛИ, выход которого соединен с первым входом пятого элемента И, выход которого соединен с вычитающим входом реверсивного счетчика длины очереди, нулевой выход триггера соединен с вторым входом третьего элемента И и с инверсным входом элемента ЗАПРЕТ, отличающееся тем, что в него дополнительно введены реверсивный счетчик заявок, ожидающих обслуживания, элемент И, элемент ИЛИ, генератор имитации обслуживания заявок, три инвертора, элемент задержки и делитель, в качестве второго счетчика используется счетчик обслуженных заявок, первый вход делителя соединен с выходом первого счетчика, в качестве которого используется счетчик поступивших заявок, а второй вход соединен с выходом счетчика обслуженных заявок, вход которого соединен с выходом генератора имитации обслуживания заявок и объединенными входом элемента задержки и единичным входом триггера, нулевой вход которого соединен с входом генератора имитации обслуживания заявок и выходом третьего элемента ИЛИ, первый вход которого соединен с выходом элемента ЗАПРЕТ, второй вход третьего элемента ИЛИ соединен с вычитающим входом реверсивного счетчика длины очереди, а третий вход третьего элемента ИЛИ соединен с входом реверсивного счетчика заявок, ожидающих обслуживания, и выходом четвертого элемента И, первый вход которого соединен с выходом второго инвертора, вход которого соединен с выходом первого элемента ИЛИ, второй вход четвертого элемента И соединен с вторым входом пятого элемента И и выходом элемента задержки, третий вход четвертого элемента И соединен с третьим входом пятого элемента И и единичным выходом триггера, четвертый вход четвертого элемента И соединен с выходом второго элемента ИЛИ, входы разрядов которого соединены с выходами разрядов реверсивного счетчика заявок, ожидающих обслуживания, и входами разрядов шестого элемента И, выход которого соединен с входом третьего инвертора, выход которого соединен с четвертым входом первого элемента И, выход которого соединен со суммирующим входом реверсивного счетчика заявок, ожидающих обслуживания, второй вход первого элемента И соединен с нулевым выходом триггера, выход генератора случайного потока импульсов соединен с первым входом третьего элемента И, третий вход которого соединен с выходом первого инвертора, вход которого соединен с выходом второго элемента И, выход делителя соединен с выходом устройства.