Имитационное моделирование СМО, реализованных на базе общецелевой системы имитационного моделирования GPSSW

 

Аналитические модели были получены лишь для немногих СМО, для остальных систем они не были получены. Наличие такой проблемы мотивирует использование для определения характеристик СМО имитационного моделирования.

Имитационная модель представляется в виде программы, состоящей из набора операторов (блоков), каждый из которых записывается в отдельной строке. Операторы имеют структуру, состоящую следующих полей:

- поле номера оператора (не обязательное для заполнения),

- поле метки оператора (обязательно только для некоторых операторов),

- поле имени оператора,

- поле переменных, включает от 1 до 8 -ми подполей, разделенных запятыми,

- поле комментариев (не обязательное для заполнения).

Поля отделяются друг от друга пробелами.

С помощью оператором в имитационной модели реализуются объекты большинства других категорий и типов.

В имитационной программе объекты располагаются, как правило, в порядке их использования в модели.

Порядок прохождения требованиями блоков: от первого блока, где они были сгенерированы, последовательно до последнего, где они будут уничтожены, если не задан иной порядок прохождения блоков.

Для тех же самых СМО, для которых были приведены аналитические модели, рассмотрим имитационные модели, представленные на языке имитационного моделирования GPSS и реализованные в одноименной программной системе.

 

1.2.1 n -канальная разомкнутая СМО с неограниченной очередью на обслуживание требований

 

1.2.1.1 Создание имитационной модели на языке GPSS

В имитационной программе используются следующие объекты:

1.2.1.1.1 Источник заявок (генератор), который реализуется оператором

GENERATE (Exponential(1,0,t_з));имитирует поступление требований в систему через интервалы времени, распределенные по экспоненциальному закону со средним значением времени t_з.

Уничтожение требований реализуется оператором

TERMINATE 1;1 означает, что при поступлении требования в этот блок из итогового счетчика завершений размером N (задается START N) вычитается единица.

1.2.1.1.2 Объект статистической категории – очередь, который имитируется с помощью набора операторов

QUEUE otchered;при поступлении требования в этот блок длина очереди с именем otchered увеличивается на 1 (значение по умолчанию).

DEPART otchered;при поступлении требования в этот блок длина очереди с именем otchered уменьшается на 1 (значение по умолчанию).

1.2.1.1.3 Объект аппаратной категории – одноканальное устройство, которое имитируется с помощью набора операторов

SEIZE stanok1;имитирует поступление требования на канал обслуживания с именем stanok1.

ADVANCE (Exponential(1,0,t_об));имитирует временную задержку требования на обслуживание, распределенную по экспоненциальному закону со средним значением времени t_об.

RELEASE stanok1;имитирует освобождение канала обслуживания с именем stanok1 требованием.

Если система содержит n каналов, то необходимо добавить в программу n таких фрагментов.

1.2.1.1.4 Маршруты требований в системе

В данной системе необходимо изменить порядок прохождения блоков требованиями. Во-первых, требования должны направлялись на обслуживание на один из n каналов, который свободен. Во-вторых, после обслуживания на этом канале требование должно покидать систему.

Оба условия реализуются с помощью оператора TRANSFER. В первом случае он используется в режиме all.

TRANSFER all,stanok_1,stanok_n,5;задает ряд по которому

определяется последовательность прохождения блоков, начиная с блока с меткой stanok_1, заканчивая блоком с меткой stanok_n с шагом 5 блоков.

Во втором – в безусловном режиме перехода.

TRANSFER,term;требование поступившее на этот блок направляется к блоку с меткой term.

1.2.1.1.5 Полный текст программы для исследования n -канальной разомкнутой СМО с неограниченной очередью на обслуживание требований выглядит следующим образом

GENERATE (Exponential(1,0,t_з))

QUEUE otchered

TRANSFER all,stanok_1,stanok_n,5

stanok_1 SEIZE stanok1

DEPART otchered

ADVANCE (Exponential(1,0,t_об))

RELEASE stanok1

TRANSFER,term

SEIZE stanok2

DEPART otchered

ADVANCE (Exponential(1,0,t_об))

RELEASE stanok2

TRANSFER,term

…

stanok_n SEIZE stanokn

DEPART otchered

ADVANCE (Exponential(1,0,t_об))

RELEASE stanokn

term TERMINATE 1

 

 

1.2.1.2 Реализация имитационной модели в программной системе GPSSW

 

1.2.1.2.1 Запуск программы.

Программа находится по адресу C:\Program Files\Minuteman Software\GPSS World Student Version\GPSSW.exe. После запуска загрузочного файла появится главное окно программы (рис. 1).

Рисунок 1. Главное окно программной системы GPSSW.

1.2.1.2.2 Создание нового проекта.

Выбрать в меню File пункт New (можно непосредственно на панели инструментов навести курсор на ярлык , и нажать левой клавишей мыши). Появится диалоговое окно (рис. 2) предлагающее создать новый документ одного из двух типов: Model – файл для записи моделей и сохраняемый с расширением.gps; Text file – текстовый файл, сохраняемый с расширением.txt. После выбора пункта Model появится окно (рис. 3).

 

 

1.2.1.2.3. Ввод имитационной программы.

 

В окне Model необходимо ввести программу, состоящую из последовательности блоков. Каждый блок вводится с новой строки. Блоки можно вводить набором вручную, а можно использовать шаблоны (рис. 4), которые находится в меню Edit пункт Insert GPSS Bloks. Например, при выборе шаблона GENERATE появится окно (рис. 5), которое содержит имя блока, его символическое обозначение, подполя переменных (A, B, C, D, E, F, G, H), поле метки блока (Label) и поле комментария (Comment). После заполнения подполя А и нажатия клавиши OK в окно Model будет введена соответствующая строка. Чтобы продолжить ввод программы нужно выбрать следующий шаблон блока, заполнить необходимые данные и выполнить ввод и т. д. до тех пор, пока не будет введена вся программа.

1.2.1.2.4 Трансляция имитационной программы.

 

Чтобы оттранслировать программу необходимо выбрать в меню Command пункт Create Simulation. После запуска этой команды появится журнал отчета, в котором будет сообщение об успешной завершении трансляции или о допущенных в программе ошибках.

 

1.2.1.2.5. Редактирование файла выходной статистики.

 

Прежде чем осуществить запуск программы необходимо отредактировать файл выходной статистики. Для этого нужно активировать окно с программой, выбрать в меню Edit пункт Settings, открыть вкладку Reports и оставить флаги только напротив тех объектов, которые используются в модели, например, одноканальные устройства (Facilities), многоканальные устройства (Storages) и очереди (Queues) рис. 6.

 

1.2.1.2.6. Выполнение программы.

 

Для выполнения программы необходимо выбрать в меню Command команду START, в результате появится диалоговое окно с текстовой строкой, в которой набрана команда START 1 (рис. 7). Вместо единицы нужно ввести требуемое число и нажать кнопку OK.

В результате выполнения программы будет создан файл стандартной выходной статистики, с расширением.gpr, в котором находятся все необходимые данные для оценки характеристик системы (рис. 8).

1.2.1.3 Определение показателей эффективности функционирования системы по результатам имитационного моделирования

 

1.2.1.3.1 Коэффициент использования одного канала

. (37)

1.2.1.3.2 Среднее число требований находящихся в системе

. (38)

 

1.2.1.3.3 Среднее число требований находящихся в очереди

. (39)

 

1.2.1.3.4 Среднее время пребывания требования в системе, мин

. (40)

 

1.2.1.3.5 Среднее время пребывания требования в очереди, мин

. (41)

 

 

1.2.2 n -канальная разомкнутая СМО с ограниченной очередью на обслуживание требований

 

Отличительные особенности данной системы от ранее рассмотренной системы состоят в следующем.

 

1.2.2.1.1. Появляется новый объект – накопитель с ограниченной емкостью требований, который реализуется с помощью следующего набора операторов

nakopitel STORAGE s_;задает емкость s_ накопителя с

именем nakopitel

…

ENTER nakopitel;поступившее в этот блок

требование, занимает одну единицу емкости (значение задано по умолчанию) накопителя с именем nakopitel

…

LEAVE nakopitel;поступившее в этот блок

требование, освобождает одну единицу емкости накопителя с именем nakopitel

1.2.2.1.2. Появляется изменение в маршруте передвижения требований. Если накопитель требований заполнен не полностью, то требование направляется в него (блок ENTER). Если накопитель полностью заполнен, то требование должно направлять на выход из системы (блок TERMINATE). Таким образом, необходимо осуществить переход требования по условию, который реализуется с помощью оператора TEST.

TEST NE S$nakopitel,s_,term;сравнивает текущее

содержимое накопителя с его емкостью s_, если они не равны (символ NE) то требование направляется к следующему по порядку блоку, в противном случае – к блоку с меткой term.

1.2.2.1.3 Полный текст программы для исследования n -канальной разомкнутой СМО с ограниченной очередью на обслуживание требований выглядит следующим образом

nakopitel STORAGE s_

GENERATE (Exponential(1,0,t_з))

TEST NE S$nakopitel,s_,term

ENTER nakopitel

QUEUE otchered

TRANSFER all,stanok_1,stanok_n,6

stanok_1 SEIZE stanok1

LEAVE nakopitel

DEPART otchered

ADVANCE (Exponential(1,0,t_об))

RELEASE stanok1

TRANSFER,term

SEIZE stanok2

LEAVE nakopitel

DEPART otchered

ADVANCE (Exponential(1,0,t_об))

RELEASE stanok2

TRANSFER,term

…

stanok_n SEIZE stanokn

LEAVE nakopitel

DEPART otchered

ADVANCE (Exponential(1,0,t_об))

RELEASE stanokn

term TERMINATE 1

 

 

1.2.2.2 Реализация имитационной модели в программной системе GPSSW

 

Последовательность действий при реализации имитационной модели разомкнутой СМО с ограниченной очередью такая же, как и в предыдущем случае (см. п. 1.2.1.2).

В результате выполнения имитационной программы в файле стандартной выходной статистики будет получена следующая информация рис. 9.

 

1.2.2.3 Определение показателей эффективности функционирования системы по результатам имитационного моделирования

 

1.2.2.3.1 Коэффициент использования одного канала

. (42)

 

1.2.2.3.2 Среднее число требований находящихся в системе

. (43)

 

1.2.2.3.3 Среднее число требований находящихся в очереди

. (44)

 

1.2.2.3.4 Среднее время пребывания требования в системе, мин

. (45)

 

1.2.2.3.5 Среднее время пребывания требования в очереди, мин

. (46)

 

 

1.2.3 n -канальная разомкнутая СМО с отказа в обслуживании требований

 

1.2.3.1 Создание имитационной модели на языке GPSS

 

Отличительные особенности данной системы от рассмотренной в п. 1.2.1. системы состоят в следующем.

 

1.2.3.1.1. Отсутствует объект очередь.

1.2.3.1.2. Появляется изменение в маршруте передвижения требований. Если при поступлении требования в систему все каналы заняты, требование покидает систему не обслуженным.

TRANSFER all,stanok_1,term,4

1.2.3.1.3 Полный текст программы для исследования n -канальной разомкнутой СМО с отказом в обслуживании требований выглядит следующим образом

GENERATE (Exponential(1,0,t_з))

TRANSFER all,stanok_1,term,4

stanok_1 SEIZE stanok1

ADVANCE (Exponential(1,0,t_об))

RELEASE stanok1

TRANSFER,term

SEIZE stanok2

ADVANCE (Exponential(1,0,t_об))

RELEASE stanok2

TRANSFER,term

…

stanok_n SEIZE stanokn

ADVANCE (Exponential(1,0,t_об))

RELEASE stanokn

TRANSFER,term

term TERMINATE 1

 

1.2.3.2 Реализация имитационной модели в программной системе GPSSW

 

Последовательность действий при реализации имитационной модели разомкнутой СМО с отказом такая же, как и в предыдущем случае (см. п. 1.2.1.2).

В результате выполнения имитационной программы в файле стандартной выходной статистики будет получена следующая информация рис. 10.

 

1.2.3.3 Определение показателей эффективности функционирования системы по результатам имитационного моделирования

 

1.2.3.3.1 Вероятность отказа в обслуживании

, (47)

где N – содержимое итогового счетчика завершений (START N).

 

1.2.3.3.2 Относительная пропускная способность

. (48)

 

1.2.3.3.3 Абсолютная пропускная способность, числ. треб./мин

. (49)

 

1.2.3.3.4 Среднее число занятых каналов

. (50)

 

1.2.3.3.5 Коэффициент использования одного канала

. (51)

 

1.2.4 n -канальная замкнутая СМО с очередью на обслуживание требований

 

1.2.4.1 Создание имитационной модели на языке GPSS

 

Отличительные особенности данной системы от рассмотренной в п. 1.2.1. системы состоят в следующем.

 

1.2.4.1.1. Источником заявок является многоканальное устройство с числом каналов m_, которое реализуется в программе следующим образом

mstankov STORAGE m_

GENERATE 1

ENTER mstankov

ADVANCE (Exponential(1,0,t_з))

…

LEAVE mstankov

TERMINATE 1

Оператор GENERATE выполняет формальную функцию по выработке требований, число которых ограничивается командой START.

1.2.4.1.2 Полный текст программы для исследования n -канальной разомкнутой СМО с отказом в обслуживании требований выглядит следующим образом

mstankov STORAGE m_

GENERATE 1

ENTER mstankov

ADVANCE (Exponential(1,0,t_з))

QUEUE otchered

TRANSFER all,robot_1, robot _n,5

robot_1 SEIZE robot1

DEPART otchered

ADVANCE (Exponential(1,0,t_об))

RELEASE robot1

TRANSFER,leav

SEIZE robot2

DEPART otchered

ADVANCE (Exponential(1,0,t_об))

RELEASE robot2

TRANSFER, leav

…

robot_n SEIZE robotn

DEPART otchered

ADVANCE (Exponential(1,0,t_об))

RELEASE robotn

Leav LEAVE mstankov

TERMINATE 1

 

1.2.4.2 Реализация имитационной модели в программной системе GPSSW

 

Последовательность действий при реализации имитационной модели замкнутой СМО с очередью такая же, как и в предыдущем случае (см. п. 1.2.1.2).

В результате выполнения имитационной программы в файле стандартной выходной статистики будет получена следующая информация рис. 11.

 

1.2.4.3 Определение показателей эффективности функционирования системы по результатам имитационного моделирования

 

1.2.4.3.1 Коэффициент использования одного канала

. (52)

 

1.2.4.3.2 Среднее число требований находящихся в системе

. (53)

 

1.2.4.3.3 Среднее число требований находящихся в очереди

. (54)

 

1.2.4.3.4 Среднее время пребывания требования в системе, мин

. (55)

 

1.2.4.3.5 Среднее время пребывания требования в очереди, мин

. (56)

 

1.2.4.3.6 Среднее использование канала обслуживания

 

. (57)

 

1.2.4.3.7 Среднее использование одного источника требований

 

. (58)

 

1.2.4.3.8 Коэффициент простоя при многоканальном обслуживании

. (59)