Моделирование и исследование систем массового обслуживания

Содержание

Введение

Задание

1. Моделирование и исследование систем массового обслуживания

Краткие сведения из теории систем массового обслуживания

Краткие сведения о языке GPSS

2. Исследование элементов системы моделирования GPSS на имитационной модели

2.1 Блок-диаграмма модели

2.2 Комментируемый текст программы

2.3 Результаты моделирования. Файл отчета

2.4 Анализ результатов моделирования

Заключение

Источники и литература

ПРИЛОЖЕНИЕ А

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

ПРИЛОЖЕНИЕ В

Введение

В практике исследования и проектирования сложных систем часто встречаются системы, функционирование которых состоит в обработке потоков заявок (клиентов, сигналов, сообщений и т.д.), проходящих через обслуживающие приборы. Такие системы принято называть системами массового обслуживания (СМО). Для моделирования СМО разработан ряд систем имитационного моделирования. Наиболее популярной системой моделирования СМО является система GPSS, именно она используется в данном проекте, с помощью пакета языка GPSS/PC.

В данном курсовом проекте предлагается смоделировать работу цифровой линии передачи данных. По окончании моделирования, требуется определить вероятностно-временные характеристики цифровой линии передачи данных. Выявить причины уничтожения пакетов, предложить меры по их устранению.

Выбранная тема является одной из самых актуальных на сегодняшний день, ввиду всемирной компьютеризации практически всех сфер человеческой жизни. В настоящее время метод машинного моделирования нашел широкое применение при разработке обеспечивающих и функциональных подсистем различных автоматизированных систем обработки информации и управления (интегрированных автоматизированных систем управления, автоматизированных систем научных исследований и комплексных испытаний, систем автоматизации проектирования и т.д.).

Перед началом работы, необходимо поподробнее ознакомится с теорией СМО и языком GPSS, сведения о которых содержатся в [1]. Далее, полезно просмотреть подобные примеры моделирования, описанные в [2] и [4]. На этапе написания пояснительной записки, нужны стандарты схемы алгоритмов, программ данных и систем, содержащихся в [5].

1. Моделирование и исследование систем массового обслуживания

1.1 Краткие сведения из теории систем массового обслуживания

В математических моделях (ММ) сложных объектов, представленных в виде систем массового обслуживания (СМО), фигурируют средства обслуживания, называемые обслуживающими аппаратами (ОА), и обслуживаемые заявки, называемые транзактами. Так, в модели производственной линии ОА отображают рабочие места, а транзакты - поступающие на обработку детали, материалы, инструмент.

Состояние СМО характеризуется состояниями ОА, транзактов и очередей к ОА. Состояние ОА описывается двоичной переменной, которая может принимать значения "занят" или "свободен". Переменная, характеризующая состояние транзакта, может иметь значения "обслуживания" или "ожидания". Состояние очереди характеризуется количеством находящихся в ней транзактов.

Имитационная модель СМО представляет собой алгоритм, отражающий поведение СМО, т.е. отражающий изменения состояния СМО во времени при заданных потоках заявок, поступающих на входы системы. Параметры входных потоков заявок - внешние параметры СМО. Выходными параметрами являются величины, характеризующие свойства системы - качество ее функционирования. Примеры выходных параметров: производительность СМО - среднее число заявок, обслуживаемых в единицу времени; коэффициенты загрузки оборудования - отношение времен обслуживания к общему времени в каждом ОА; среднее время обслуживания одной заявки. Основное свойство ОА, учитываемое в модели СМО, - это затраты времени на обслуживание, поэтому внутренними параметрами в модели СМО являются величины, характеризующие это свойство ОА. Обычно время обслуживания рассматривается как случайная величина и в качестве внутренних параметров фигурируют параметры законов распределения этой величины.

Имитационное моделирование позволяет исследовать СМО при различных типах входных потоков и интенсивностях поступления заявок на входы, при вариациях параметров ОА, при различных дисциплинах обслуживания заявок. Дисциплина обслуживания - правило, по которому заявки поступают из очередей на обслуживание. Величина, характеризующее право на первоочередное обслуживание, называется приоритетом. В моделях СМО заявки, приходящие на вход занятого ОА, образуют очереди, отдельные для заявок каждого приоритета. При освобождении ОА на обслуживание принимается заявка из непустой очереди с наиболее высоким приоритетом.

Основной тип ОА - устройства, именно в них происходит обработка транзактов с затратами времени. К ОА относятся также накопители (памяти), отображающие средства хранения обрабатываемых деталей в производственных линиях или обрабатываемых данных в вычислительных системах. Накопители характеризуются не временами обслуживания заявок, а емкостью - максимально возможным количеством одновременно находящихся в накопителе заявок.

К элементам имитационных моделей СМО кроме ОА относят также узлы и источники заявок. Связи ОА между собой реализуют узлы, т.е. характеризуют правила, по которым заявки направляются к тому или иному ОА.

Для описания моделей СМО при их исследовании на ЭВМ разработаны специальные языки имитационного моделирования. Существуют общецелевые языки, ориентированные на описание широкого класса СМО в различных предметных областях, и специализированные языки, предназначенные для анализа систем определенного типа. Примером общецелевых языков служит широко распространенный язык GPSS, примером специализированного языка - язык МПЛ/ВС моделирования вычислительных систем.

1.2 Краткие сведения о языке GPSS

Язык GPSS построен в предположении, что моделью сложной дискретной системы является описание ее элементов и логических правил их взаимодействия в процессе функционирования моделируемой системы. Далее предполагается, что для определенного класса моделируемых систем можно выделить небольшой набор абстрактных элементов, называемых объектами. Причем набор логических правил также ограничен и может быть описан небольшим числом стандартных операций. Комплекс программ, описывающих функционирование объектов и выполняющих логические операции, является основой для создания программной модели системы данного класса. Эта идея и была реализована при разработке языка GPSS.

Объекты GPSS подразделяются на 7 категорий и 14 типов и позволяют, с одной стороны, описать их взаимодействие сравнительно несложными наборами операций, с другой -- достаточно просто и наглядно представить процесс функционирования исследуемой системы S, формализуемой в виде Q-схемы.

Для облегчения пользователю процесса построения модели в GPSS разработан так называемый язык блок-диаграмм, позволяющий упростить переход от алгоритма к программе модели системы S. Каждый блок GPSS имеет свой графический аналог, с помощью которых отображается пространственная конструкция модели, упрощая дальнейшую линеаризацию программы модели.

Основой GPSS являются программы, описывающие функционирование выделенного конечного набора объектов, и специальная диспетчеризирующая программа -- симулятор, который выполняет следующие функции: обеспечения заданных программистом маршрутов продвижения динамических объектов, называемых транзактами (сообщениями); планирования событий, происходящих в модели, путем регистрации времени наступления каждого события и выполнения их в нарастающей временной последовательности; регистрация статистической информации о функционировании модели; продвижения модельного времени в процессе моделирования системы.

2. Исследование элементов системы моделирования GPSS на имитационной модели

2.1 Блок-диаграмма модели

2.2 Комментируемый текст программы

10 INITIAL LS$put,0 //Инициализация логической переменной отвечающей за занятость ЭВМ

20 INITIAL X$timer,0 //Инициализация переменной в которой будет считаться время работы ЭВМ

30 POCH STORAGE 100 //Определение памяти

40 FUNK FUNCTION RN1,C10 //Определение функции которая будет случайным образом выдавать лиска от -5 до +5

..0,-5/.1,-4/.2,-3/.3,-2/.4,-1/.5,1/.6,2/.7,3/.8,4/.9,5

50 VAR1 VARIABLE 30+FN$FUNK //Инициализация функции которая выдаёт время обработки задания

60 GENERATE 30,5 //Первый терминал, генерирует задания через интервалы времени 30+-5 ед.времени

70 ASSIGN ptime,V$VAR1 //Заносим в параметр транцакта с именем ptime время его обработки на ЭВМ

80 TRANSFER ,MET1 //Перекидываем транзакт на метку MET1

90 GENERATE 30,5,30 //Второй терминал, генерирует задания через интервалы времени 30+-5 ед.времени. Задержка первого выхода транзакта 30 ед. времени.

100 ASSIGN ptime,V$VAR1

110 TRANSFER ,MET1

120 GENERATE 30,5,60 //Третий терминал, генерирует задания через интервалы времени 30+-5 ед.времени. Задержка первого выхода транзакта 60 ед. времени.

130 ASSIGN ptime,V$VAR1

150 MET1 ENTER POCH //Занятие 1 ед. памяти каждым транзактом, чтобы потом можно было узнать какая очередь перед ЭВМ

170 QUEUE OCH1 //Вход в очередь(для сбора статистики)

180 GATE LR put //Ворота, которые преграждают путь для транзакта который пришел раньше чем через 30 ед. времени после начала обработки перед ним пришедшего транзакта

190 PREEMPT EVM,,MET_OCH,ptime,RE //Занятие устройства и пересылка обрабатываемого в этот момент транзакта на метку MET_OCH с одновременным занесением в его параметр ptime оставшегося до конца его обработки времени

200 LOGIC S put //"Запираем" ворота (на 30 ед. времени)

210 DEPART OCH1 //Выход из очереди

220 LEAVE POCH //Освобождение 1 ед. памяти

230 MET2 ADVANCE P$ptime //Задержка, время задержки берётся из параметра транзакта ptime

240 LOGIC R put //"Отпираем" ворота

250 SAVEVALUE timer,0 //Очищаем переменную счетчика времени

260 RELEASE EVM //Освобождаем устройство

270 TERMINATE //Уничтожаем транзакт

280 GENERATE 350 //Генерируем транзакт через 350 ед. времени (5 ч.) Это нужно по условию задачи.

290 TERMINATE 1

//Таймер

300 GENERATE 1 //Каждую ед. времени генерируется транзакт

310 GATE LS put, MET_END //Если ворота "отпёрты" транзакт сразу перекидывается на метку MET_END и время не считается

320 SAVEVALUE timer+,1 //Иначе время считается

330 TEST E X$timer,30,MET_END //Если с момента занятия устройства прошло 30 ед. времени...

340 SAVEVALUE timer,0 //таймер обнуляется

350 LOGIC R put //ворота "отпираются"

360 MET_END TERMINATE //Уничтожаем транзакты

370 MET_OCH QUEUE OCH2 // Тут в очередь становятся транзакты не закончившие свою обработку

380 GATE NU EVM //ожидание освобождения ЭВМ

390 GATE SE POCH

400 DEPART OCH2

410 PREEMPT EVM,,MET_OCH,ptime,RE //Занятие устройства для дообработки

420 TRANSFER ,MET2 //пересылаем их на метку MET2

2.3 Полученные результаты

2.4 Анализ полученных результатов

Было смоделировано 5 часов работы ЭВМ. Загрузка ЭВМ составила 90%, длина очереди не оконченных заданий составила 5 заявок. Величина цикла терминала, при условии, что все заявки прошли без задержки составила 40 с.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Выполняя данный курсовой проект, были получены навыки имитационного моделирования GPSS в теории массового обслуживания, на примере моделирования небольшой модели обработки задач на ЭВМ. Так же был получен опыт в проведении анализа полученных результатов моделирования.

Список литературы

1. Советов Б.Я., Яковлев С.А. Моделирование систем. - М.: Высшая школа, 1995. - 320 с.

2. Советов Б.Я., Яковлев С.А. Моделирование систем. Практикум. - М.: Высшая школа, 1999. - 224 с.

3. Советов Б.Я., Яковлев С.А. Построение сетей интегрального обслуживания. - Л.: Машиностроение, 1990. - 332 с.

4. Шрайбер Т.Дж. Моделирование на GPSS. - М.: Машиностроение, 1980. - 592 с.

5. Единая система программной документации. Схемы алгоритмов, программ данных и систем. Условные обозначения и правила выполнения. ГОСТ 19.701-90 (ИСО 5807-85). - М.: Изд. Стандартов, 1991. - 26 с.

Приложение 1. Условные обозначения на блок диаграммах GPSS

Приложение 2. Блоки GPSS