1 Короткі теоретичні відомості
1.1 Моделювання багатоканальних СМО
Для моделювання однорідних багатоканальних СМО GPSS надає спеціальний засіб – багатоканальний пристрій (БКП), число каналів обслуговування у складі якого визначається користувачем. У програмній моделі може бути декілька БКП, які розрізняються цифровими або символьними іменами. Використання БКП для моделювання одного з декількох паралельно працюючих приладів аналогічно використанню одиночного приладу.
На рис. 1.1 приведений алгоритм роботи моделі БКП.
|
ПРИХІД ТРАНЗАКТА |
|
|
|
|
|
|
|
ПРИЄДНАННЯ ДО ЧЕРГИ |
|
|
|
|
|
|
|
ЗАНЯТТЯ ВІЛЬНОГО ПРИСТРОЮ ТРАНЗАКТОМ |
|
|
|
|
|
|
|
ВІДХІД З ЧЕРГИ |
|
|
|
|
|
|
|
ОБСЛУГОВУВАННЯ ТРАНЗАКТА |
|
|
|
|
|
|
|
ТРАНЗАКТ ЗВІЛЬНЯЄ ПРИСТРІЙ |
|
|
Рис. 1.1 – Алгоритм роботи БКП в програмі моделі
Транзакт входить в блок, що здійснює обслуговування, в тому випадку, якщо вільний хоч би один з каналів обслуговування, інакше – транзакт чекає обслуговування в черзі. До всіх приладів БКП утворюється загальна черга. Коли підходить черга, та вимога поступає в будь-який вільний прилад.
1.2 Об'єкти мови GPSS для моделювання БКП
Моделювання БКП засобами мови GPSS виконується за допомогою блоків ENTER (УВІЙТИ) і LEAVE (ВИЙТИ), кожен з яких має два операнди А і В, якими можу бути константи або СЧА:
A - символьне або числове ім'я БКП (обов'язковий операнд);
B - число каналів, займаних одним транзактом (за умовчанням B = 1).
При вході транзакта в блок ENTER інтерпретатор імітує заняття B паралельно працюючих приладів шляхом виконання наступних дій:
значення лічильника входів БКП збільшується на значення операнда B;
число зайнятих каналів (вміст БКП) також збільшується на значення B;
число вільних каналів (доступна ємність БКП) зменшується на величину B.
Коли транзакт входить в блок LEAVE, інтерпретатор імітує звільнення B приладів: число зайнятих каналів зменшується, а число вільних каналів збільшується на величину операнда B.
1.3 Задання ємності БКП
Ємність БКП визначається за допомогою рядка опису STORAGE (БАГАТОКАНАЛЬНИЙ ПРИСТРІЙ). Допустимі два варіанти використання цього рядка. Перший з них припускає використання окремого рядка для завдання ємності одного БКП і має наступний вигляд:
|
NAME |
STORAGE |
5 |
|
де NAME - числове або символьне ім'я БКП, записане в полі імені;
5 - ємність БКП.
Другий варіант забезпечує завдання ємностей декількох БКП за допомогою одного рядка. При записі цього варіанту рядка поле імені не використовується. Наприклад, рядок для опису двох БКП з іменами S1 і S$LINE і ємністю 5 і 20 відповідно має вигляд:
|
NAME |
STORAGE |
S1,5 / S$LINE,20 |
|
Якщо
ємність БКП явно не задана, то інтерпретатор
привласнить такому БКП ємність, рівну
- 1 = 2147483647.
Приклад типового моделювання БКП приведений на табл. 1.1.
Таблиця 1.1
|
SERVER |
STORAGE |
5 |
|
|
|
QUEUE |
LINE |
|
|
|
ENTER |
SERVER |
|
|
|
DEPART |
LINE |
|
|
|
ADVANCE |
18, 5 |
|
|
|
LEAVE |
SERVER |
|
1.4 Приклад моделювання багатоканальної СМО
Постановка завдання. У склад АСУ входять 50 комп'ютерів, об'єднаних в локальну мережу для вирішення різних виробничих завдань. Робота на комп'ютерах йде 8 годин в день, 5 днів в тиждень. Будь-який з п'ятдесяти комп'ютерів може вийти з ладу. В цьому випадку він буде замінений одним з чотирьох резервних комп'ютерів або відразу (за наявності вільного комп'ютера в резерві), або при його появі. Комп'ютер, що вийшов з ладу, поступає в ремонт. Ремонтом займаються чотири фахівці - електронщики. Після закінчення ремонту комп'ютер готовий до роботи як резервний.
У існуючому замкнутому циклі роботи комп'ютера можна виділити 4 основних етапа (рис. 1.2 ):
Рис. 1.2 – Цикл роботи комп'ютера в даному прикладі
Всього в системі знаходиться 54 комп'ютери. Час напрацювання комп'ютера на відмову розподілений рівномірно і складає 164 36 годин; час ремонту також розподілений рівномірно і складає 6 2 години.
У завданні зроблені наступні припущення:
розподіл часу напрацювання на відмову і часу ремонту однакові для всіх комп'ютерів, що знаходяться в системі;
розподіл часу ремонту не залежить від того, який з чотирьох фахівців – електронщиків займається ремонтом.
Необхідно побудувати і досліджувати GPSS-модель описаної системи. Час дослідження системи – 3 року (156 тижнів).
Метод побудови моделі. Спочатку слід визначити обмеження, що існують в системі, а потім вибрати елементи GPSS для задоволення цих обмежень. У даній системі існує три обмеження:
число фахівців – електронщиків, які займаються ремонтом;
максимальне число комп'ютерів, що одночасно працюють в складі АСУ;
загальне число комп'ютерів, що знаходяться в системі.
Для моделювання двох перших обмежень зручно використовувати багатоканальні пристрої (відповідно REPAIR і WORK), а третє обмеження зручно моделювати транзактами. Алгоритм роботи програми моделі приведений на рис. 1.3.
|
ВИЗНАЧЕННЯ 54 КОМП'ЮТЕРІВ |
|
|
|
|
|
|
|
КОМП'ЮТЕР ПОСТУПАЄ В РОБОТУ |
|
|
|
|
|
|
|
КОМП'ЮТЕР ПРАЦЮЄ В СКЛАДІ АСУ |
|
|
|
|
|
|
|
КОМП'ЮТЕР ВИХОДИТЬ З ЛАДУ |
|
|
|
|
|
|
|
КОМП'ЮТЕР ПОСТУПАЄ В РЕМОНТ |
|
|
|
|
|
|
|
РЕМОНТ КОМП'ЮТЕРА |
|
|
|
|
|
|
|
ЗВІЛЬНЕННЯ ЕЛЕКТРОНЩИКА |
|
|
|
|
|
|
|
КОМП'ЮТЕР ЗНАХОДИТЬСЯ В РЕЗЕРВІ |
|
|
Рис. 1.3 – Алгоритм роботи програми моделі
Складання таблиці визначень (табл. 1.2). Одиниця часу 1 година. Блок-діаграма GPSS-модели приведена на рис. 1.4.
Таблиця 1.2 – Таблиця визначень для даного прикладу
Елементи GPSS |
Призначення елементів |
Транзакти: |
|
1-й сегмент моделі |
Комп'ютери |
2-й сегмент моделі |
Таймер |
Багатоканальні пристрої: |
|
REPAIR |
Фахівці – електронщики (4 чол.) |
WORK |
АСУ (50 комп'ютерів) |
Рис. 1.4 – Блок – діаграма GPSS-модели
Складання програми моделі проводиться на підставі початкових даних і визначеної раніше послідовності блоків. Програма імітації системи приведена в табл. 1.3.
Таблиця 1.3
1 |
REPAIR |
STORAGE |
4 |
; 4 SPECIALISTS |
2 |
WORK |
STORAGE |
50 |
; 50 COMPUTERS WORK IN ACS |
3 |
|
GENERATE |
, , , 54 |
; SET 54 COMPUTERS |
4 |
BACK |
ENTER |
WORK |
; GO TO WORK |
5 |
|
ADVANCE |
164, 36 |
; WORK IN ACS |
6 |
|
LEAVE |
WORK |
; FAIL, OUT OF WORK |
7 |
|
ENTER |
REPAIR |
; GO TO REPAIR |
8 |
|
ADVANCE |
6, 2 |
; REPAIR |
9 |
|
LEAVE |
REPAIR |
; OUT OF REPAIR |
1 |
|
TRANSFER |
BACK |
; GO BACK |
|
||||
1 |
|
GENERATE |
6240 |
; SET TIMER AT 6240 HOURS |
1 |
|
TERMINATE |
1 |
; SHUT OFF THE RUN |
1 |
|
START |
1 |
START THE RUN |
Вихідні дані програми після виконання програми документування результатів роботи моделі можна проглянути у файлі REPORT.GPS. Для аналізу результатів моделювання в табл. 1.4 приведена статистична інформація про багатоканальні пристрої (всього для кожного багатоканального пристрою можна отримати 10 різних числових параметрів, в табл. 1.4 приведені основні з них):
Таблиця 1.4 – Статистична інформація про багатоканальні пристрої
STORAGE |
CAP. |
MIN. |
MAX. |
ENTRIES |
AVE. C. |
UTIL |
DELAY |
REPAIR |
4 |
0 |
4 |
1874 |
1,79 |
0,447 |
0 |
WORK |
50 |
0 |
50 |
1924 |
49,91 |
0,998 |
2 |
Розглянемо призначення приведених параметрів БКП:
CAPACITY (CAP.) – визначає ємкість БКП;
MINIMUM CONTENTS (MIN.) – визначає мінімальний вміст БКП в процесі моделювання;
MAXIMUM CONTENTS (MAX.) – визначає максимальний вміст БКП в процесі моделювання;
ENTRIES – визначає загальне число транзактов, що увійшли до блоку ENTER відповідного БКП;
AVERAGE CONTENTS (AVE. C.) – визначає середній вміст БКП в процесі моделювання;
AVERAGE UTILIZATION (UTIL.) – визначає середнє завантаження (коефіцієнт використання) БКП;
DELAY – визначає число затриманих транзактов (що не увійшли в БКП) на момент закінчення моделювання.
Аналіз результатів моделювання. На підставі даних, отриманих в результаті моделювання роботи системи, можна зробити наступні виводи:
багатоканальний пристрій REPAIR використовується не ефективно, оскільки середнє завантаження пристрою менше 50 %;
середній вміст БКП REPAIR рівний 1,79 – це говорить про те, що для нормальної роботи системи досить двох електронщиків, виконуючий ремонт і настройку комп'ютерів;
БКП WORK використовується майже на 100 %, що дає можливість говорити про оптимальне число комп'ютерів в складі АСУ.