устройство для моделирования двухканальной системы массового обслуживания

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ДВУХКАНАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ МАССОВОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ, содержащее блок распределения заявок, состоящий из управляющего триггера и четырех элементов И, первую и вторую модели обслуживающих приборов первой фазы, модель обслуживающего прибора второй фазы и два блока генераторов случайных импульсов обслуживания соответственно первой и второй фазы, причем информационным входом устройства являются объединенные первые входы первого и второго элементов И и первые прямые входы третьего и четвертого элементов И, блока распределения заявок, управляющими входами выбора рабочего канала устройства являются единичный и нулевой входы управляющего триггера блока распределения заявок, прямой и инверсный выходы которого соединены с вторыми входами соответственно первого и второго элементов И блока распределения заявок, выходы первого и третьего элементов И которого через монтажное ИЛИ соединены с первым входом первой модели обслуживающего прибора первой фазы, первый выход которой подключен к первому входу модели обслуживающего прибора второй фазы, второй вход которой соединен с первым выходом второй модели обслуживающего прибора первой фазы, выходы второго и четвертого элементов И блока распределения заявок через монтажное ИЛИ соединены с первым входом второй модели обслуживающего прибора первой фазы, первый выход модели обслуживающего прибора второй фазы подключен к второму входу второй модели обслуживающего прибора первой фазы, третий вход которой объединен с вторым входом первой модели обслуживающего прибора первой фазы и соединен с вторым выходом модели обслуживающего прибора второй фазы, первый вход которой подключен к третьему входу первой модели обслуживающего прибора первой фазы, первый и второй выходы блока генераторов случайных импульсов обслуживания второй фазы соединены соответственно с третьим и четвертым входами модели обслуживающего прибора второй фазы, первый и второй выходы блока генераторов случайных импульсов обслуживания первой фазы подключены к четвертым входам соответственно первой и второй моделей обслуживающих приборов первой фазы, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей устройства за счет моделирования начального обслуживания заявок первой фазы и повторного обслуживания заявок первой фазы после обслуживания второй фазы, оно содержит первую и вторую модели мест очереди, каждая из которых включает первый и второй регистры, первый и второй элементы задержки, первую и вторую группы элементов И, три группы элементов ИЛИ, первый и второй элементы И, элемент ИЛИ и элемент И - НЕ, причем в каждой модели мест очереди выход элемента ИЛИ подключен к входам сдвига первого и второго регистров, разрядные выходы которых соединены с первыми входами элементов ИЛИ соответственно, первой и второй групп, выходы элементов ИЛИ первой группы подключены к информационным входам первого регистра, выходы которого соединены с первыми входами элементов ИЛИ третьей группы соответственно, выходы которых, кроме первого, подключены соответственно к входам элемента И - НЕ, выход первого элемента ИЛИ третьей группы соединен с инверсными входами первых элементов И первой и второй групп, выход j-го элемента ИЛИ третьей группы подключен к первому прямому входу (j-1)-го элемента И и инверсному входу j-го элемента И первой группы и первому прямому входу (j-1)-го элемента И и инверсному входу j-го элемента И второй группы (где j=2n), выход первого элемента задержки соединен с вторыми прямыми входами (n-1)-х элементов И и прямым входом n-го элемента И первой группы, выход второго элемента задержки подключен к вторым прямым входам (n-1)-х элементов И прямым входом n-го элемента И второй группы, выходы которых соединены соответственно с вторыми входами элементов ИЛИ второй группы, выходы которых подключены к информационным входам второго регистра, разрядные выходы которого соответственно соединены с вторыми входами элементов ИЛИ третьей группы, выходы элементов И первой группы подключены соответственно к вторым входам элементов ИЛИ первой группы, n-й разрядный выход первого регистра соединен с первым входом первого элемента И, выход которого подключен к первому входу элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом второго элемента И, первый вход которого подключен к n-му разрядному выходу второго регистра, второй выход первой модели обслуживающего прибора первой фазы соединен с входом первого элемента задержки и входом записи первого регистра первой модели мест очереди, выход первого элемента И которой подключен к пятому входу первой модели обслуживающего прибора первой фазы, третий выход которой соединен с входом второго элемента задержки и входом записи второго регистра первой модели мест очереди, вторые входы первого и второго элементов И которой подключены к четвертому выходу первой модели обслуживающего прибора первой фазы, шестой вход которой соединен с выходом второго элемента И первой модели мест очереди, выход элемента И - НЕ которой подключен к второму прямому входу третьего, инверсному входу четвертого элементов И и третьему входу первого элемента И блока распределения заявок, второй выход второй модели обслуживающего прибора первой фазы соединен с входом первого элемента задержки и входом записи первого регистра второй модели мест очереди, выход первого элемента И которой подключен к пятому входу второй модели обслуживающего прибора первой фазы, третий выход которой соединен с входом второго элемента задержки и входом записи второго регистра второй модели мест очереди, вторые входы первого и второго элементов И которой подключен к четвертому выходу второй модели обслуживающего прибора первой фазы, шестой вход которой соединен с выходом второго элемента И второй модели мест очереди, выход элемента И - НЕ которой подключен к третьему входу второго, инверсному входу третьего и второму прямому входу четвертого элементов И блока распределения заявок, пятый выход первой модели обслуживающего прибора первой фазы соединен с седьмым входом второй модели обслуживающего прибора первой фазы, пятый выход которой подключен к седьмому входу первой модели обслуживающего прибора первой фазы, третий выход модели обслуживающего прибора второй фазы соединен с восьмыми входами первой и второй моделей обслуживающих приборов первой фазы.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что каждая модель обслуживающего прибора первой фазы содержит три триггера, пять элементов ИЛИ, семь элементов И и два формирователя импульсов, причем выход первого элемента И подключен к инверсному единичному входу первого триггера, прямой выход которого соединен с первым входом второго элемента И, выход третьего элемента И подключен к первому входу первого элемента ИЛИ, выход которого соединен с инверсным нулевым входом второго триггера, выход второго элемента ИЛИ подключен к первому входу первого элемента И, второй вход которого соединен с инверсным выходом третьего триггера, выход четвертого элемента И подключен к инверсному единичному входу второго триггера, первый входы второго элемента ИЛИ и пятого элемента И объединены и являются первым входом модели, первым выходом которой является выход третьего элемента ИЛИ, первый вход которого соединен с выходом первого формирователя импульсов, выход четвертого элемента ИЛИ подключен к первому входу шестого элемента И, выход которого соединен с инверсным единичным входом третьего триггера, прямой выход которого подключен к первому входу пятого элемента ИЛИ, выход которого соединен с вторым входом пятого элемента И, с первым входом седьмого элемента И и инверсным входом второго формирователя импульсов, выход которого является четвертым выходом модели, вторым входом которой является второй вход первого элемента ИЛИ, прямой выход второго триггера соединен с инверсным входом первого формирователя импульсов и вторым входом пятого элемента ИЛИ, выход пятого элемента И является вторым выходом модели, третьим выходом которой является выход седьмого элемента И, первые входы третьего элемента И и четвертого элемента ИЛИ и второй вход седьмого элемента И объединены и являются третьим входом модели, четвертый вход модели подключен к инверсным нулевым входам первого и третьего триггеров и второму входу второго элемента И, выход второго элемента И соединен с вторым входом третьего элемента ИЛИ и первым входом четвертого элемента И, второй вход которого является восьмым входом модели, пятым входом которой является второй вход второго элемента ИЛИ, инверсный выход второго триггера является пятым выходом модели и подключен к третьему входу первого элемента И и второму входу шестого элемента И, третий вход которого соединен с инверсным выходом первого триггера, прямой выход которого подключен к третьему входу пятого элемента ИЛИ, второй вход четвертого элемента ИЛИ является шестым входом модели, седьмым входом которой является второй вход третьего элемента И.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что модель обслуживающего прибора второй фазы содержит превый и второй триггеры, четыре элемента И и элемент ИЛИ, выход которого является третьим выходом модели и подключен к инверсным входам первого и второго элементов И, выходы которых соединены с инверсными единичными входами соответственно первого и второго триггеров, прямой выход первого триггера подключен к первым входам элемента ИЛИ и третьего элемента И, выход которого является первым выходом модели, первым входом которой является прямой вход первого элемента И, прямой выход второго триггера соединен с вторым входом элемента ИЛИ и первым входом четвертого элемента И, выход которого является вторым выходом модели, второй вход третьего элемента И и инверсным нулевой вход первого триггера объединены и являются третьим входом модели, вторым входом которой является прямой вход второго элемента И, инверсный нулевой вход второго триггера и второй вход четвертого элемента И объединены и являются четвертым входом модели.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к специализированным средствам вычислительной техники и предназначено для моделирования процесса распределения и обслуживания заявок между каналами системы массового обслуживания.

Известно стохастическое устройство для моделирования двухканальной системы массового обслуживания, содержащее управляющий триггер, шесть элементов И, два блока генераторов случайных импульсов соответственно подготовки и обслуживания, две модели обслуживающих приборов, состоящих каждая из элемента И, двух триггеров и формирователя импульсов [1].

Недостатком известного устройства является невозможность моделирования и функционирования сложных упорядоченных систем массового обслуживания, так как модели обслуживающих приборов этих устройств имеют по два связанных триггера, фиксирующих соответственно по два соседних интервала времени.

Наиболее близким к устройству по технической сущности является стохастическое устройство для моделирования двухканальной системы массового обслуживания, содержащее управляющий триггер, шесть элементов И, два блока генераторов случайных импульсов обслуживания соответственно первой и второй фаз, две модели обслуживающих приборов первой фазы, состоящие каждая из двух триггеров, трех элементов И и элемента ИЛИ, модель обслуживающего прибора второй фазы, состоящая из двух триггеров и двух формирователей импульсов [2].

Однако известное устройство не позволяет моделировать сложные упорядоченные системы массового обслуживания с ожиданием из-за отсутствия в нем моделей мест очереди.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства за счет моделирования начального обслуживания заявок первой фазы и повторного обслуживания заявок первой фазы после обслуживания второй фазы.

На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства для моделирования двухканальной системы массового обслуживания; на фиг. 2 - функциональная схема первой или второй модели обслуживающего прибора первой фазы; на фиг. 3 - функциональная схема модели обслуживающего прибора второй фазы; на фиг. 4 - функциональная схема модели мест очереди.

Устройство содержит первую 1 и вторую 2 модели обслуживающего прибора первой фазы, модель 3 обслуживающего прибора второй фазы, блок 4 генераторов случайных импульсов обслуживания первой фазы, блок 5 генераторов случайных импульсов обслуживания второй фазы, блок 6 распределения заявок, состоящий из управляющего триггера 7 и первого 8, четвертого 9, третьего 10 и второго 11 элементов И, первую 12 и вторую 13 модели мест очереди, информационный вход 14 устройства и первый 15 и второй 16 управляющие входы выбора рабочего канала устройства.

Первая 1 или вторая 2 модель обслуживающего прибора первой фазы состоит из первого 17, второго 18 и третьего 19 триггеров, первого-седьмого элементов И 20-26, первого-пятого элементов ИЛИ 27-31 и первого 32 и второго 33 формирователей импульсов.

Модель 3 обслуживающего прибора второй фазы состоит из первого 34 и второго 35 триггеров, третьего 36, четвертого 37, первого 38, второго 39 элементов И и элемента ИЛИ 40.

Первая 12 или вторая 13 модель мест очереди состоит из первого 41 и второго 42 элементов И, первого 43 и второго 44 регистров, первого 45 и второго 46 элементов задержки, первой 47₁-47_n и второй 48₁-48_n групп элементов И, первой 49₁-49_n, второй 50₁-50_n и третьей 51₁-51_n групп элементов ИЛИ, элемента И-НЕ 52 и элемента ИЛИ 53.

Полагают положительную логику функционирования устройства. Модели 1 и 2 обслуживающих приборов первой фазы являются каналами массового обслуживания, в которых заявки проходят начальное и повторное обслуживание первой фазы. Повторное обслуживание первой фазы следует за обслуживанием второй фазы. Модель 3 обслуживающего прибора второй фазы является общим промежуточным узлом обслуживания для первого и второго каналов обслуживания, в котором заявки, прошедшие начальное обслуживание первой фазы, продолжают обслуживаться во второй фазе. Заявка, прошедшая начальное обслуживание первой фазы, сразу проходит на обслуживание второй фазы, если модель 3 обслуживающего прибора второй фазы не занята обслуживанием предыдущей заявки. При занятости модели 3 обслуживающего прибора второй фазы заявка, прошедшая начальное обслуживание первой фазы, ожидает освобождения этой модели 3.

Если заявка распределена на обслуживание в соответствующий канал обслуживания и при занятости соответствующей модели обслуживающего прибора первой фазы, то она становится в очередь соответствующего канала обслуживания для ожидания начала обслуживания в соответствующем канале. После освобождения от обслуживания модель 1 или 2 обслуживающего прибора первой фазы принимает на обслуживание следующую заявку.

По окончании обслуживания второй фазы в модели 3 заявка поступает в свой канал обслуживания, т.е. в соответствующую свободную модель 1 или 2 обслуживающего прибора первой фазы на повторное обслуживание. Если в этом случае соответствующая модель 1 или 2 занята, то заявка из модели 3 поступает в общую очередь для ожидания обслуживания в соответствующем канале обслуживания. Таким образом, каждая из моделей 1, 2 обслуживающего прибора первой фазы может быть в одном из четырех состояний: занята начальным обслуживанием заявки, занята заявкой, ожидающей обслуживания второй фазы, занята повторным обслуживанием заявки, свободна. Модель 3 обслуживающего прибора второй фазы может быть в одном из двух состояний: занята обслуживанием заявки, свободна.

Заявки (требования) принимаются к обслуживанию тогда, когда есть свободные места в любой из моделей 12, 13 мест очереди.

Модель 1 или 2 обслуживающего прибора первой фазы и модель 3 обслуживающего прибора второй фазы считаются свободными, когда триггеры 17, 18, 19, 34 и 35 находятся в нулевом состоянии.

Инвеpсные входы соответствующих элементов устройства означают, что срабатывание соответствующего элемента происходит в момент действия заднего фронта импульса, поступающего на соответствующий инверсный вход.

Формирователи 32 и 33 импульсов формируют короткие по длительности импульсы, аналогичные по параметрам тем, которые поступают в качестве заявок на информационный вход устройства.

Единичное состояние триггеров соответствует следующим состояниям устройства. В модели 1 или 2 обслуживающего прибора первой фазы: первого триггера 17 - в первой фазе начальное обслуживание заявки, второго триггера 18 - ожидание заявкой обслуживания второй фазы, третьего триггера 19 - в первой фазе повторное обслуживание заявки. В модели 3 обслуживающего прибора второй фазы: первого триггера 34 - обслуживание во второй фазе заявки с первого канала, второго триггера 35 - обслуживание во второй фазе заявки с второго канала.

Регистры 43 и 44 первой 12 или второй 13 модели мест очереди являются n-разрядными. Разряды этих регистров являются моделями мест очереди. Первый регистр 43 - модель очереди для первичных заявок, ожидающих начального обслуживания первой фазы, а второй регистр 44 - модель очереди для заявок, ожидающих повторного обслуживания первой фазы. Единичное состояние соответствующего разряда регистра соответствует состоянию нахождения заявки под соответствующим номером очереди при ожидании соответствующего обслуживания, начального или повторного. В регистрах 43 и 44 n-й, (n-1)-й,...,1-й разряды соответствуют 1-у, 2-у, . ..,n-у местам очереди, т.е. заявка с 1-го места очереди первой поступает на обслуживание из очереди. Для примера, для четырехразрядных регистров 43 и 44 соответствующие состояния 0110 и 0001 соответствуют ситуации, когда начального обслуживания ожидают заявки на втором и третьем местах очереди, а повторного - на первом месте очереди.

В первой 12 или второй 13 модели мест очереди резервируется последнее место очереди для заявки, находящейся на обслуживании второй фазы, тем, что при заполнении n-1 первых мест очереди на блокирующем выходе 3 модели 12 или 13 (т.е. на выходе элемента И-НЕ 52) формируется нулевой потенциал, запрещающий блоку 6 распределения заявок направлять заявки в соответствующий канал обслуживания и разрешающий направлять заявки в другой канал обслуживания. Длительность задержки элементов 45 и 46 меньше длительности импульсов, поступающих на вход 14 устройства.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии все триггеры 17, 18, 19, 34 и 35 находятся в нулевом состоянии. Заявки поступают на информационный 14 вход устройства и далее на элементы И 8-11. При наличии в моделях 12 и 13 мест очереди свободных мест на их выходах 3 формируются единичные потенциалы, закрывающие элементы И 9 и 10 и открывающие элементы И 8 и 11. В зависимости от состояния управляющего триггера 7, в которое он устанавливается с определенной вероятностью сигналами, поступающими на управляющие входы 15 и 16 устройства, заявка поступает либо в первый, либо во второй канал через соответствующий элемент И 8 или 11.

Если соответствующая модель 1 или 2 занята предыдущей заявкой, начально или повторно обслуживаемой в первой фазе или ожидающей обслуживания второй фазы, то очередная заявка проходит через открытый единичным потенциалом с выхода элемента ИЛИ 31 элемент И 24 на выход 1 модели 1 или 2 и далее на вход 1 соответствующей модели 12 или 13 мест очереди, где она записывается в ближайшее к выходу из очереди место этой очереди, т.е. переводит в единичное состояние соответствующий разряд регистра 43. Если соответствующая модель 1 или 2 свободна, то очередная заявка проходит через элементы ИЛИ 28 и И 20 и переводит триггер 17 в единичное состояние, чем открывается элемент И 21. В момент окончания обслуживания заявки в первой фазе с соответствующего выхода 1 или 2 блока 4 генераторов случайных импульсов обслуживания первой фазы следует импульс, проходящий через элемент И 21 на входы 1 элементов И 23 и ИЛИ 29 и обнуляющий триггер 17. Если модель 3 обслуживающего прибора второй фазы свободна, т.е. на выходе элемента ИЛИ 40 формируется нулевой потенциал, то импульс окончания начального обслуживания заявки в первой фазе через элементы ИЛИ 29 и И 38 или И 39 переводит в единичное состояние соответствующий триггер 34 или 35, что означает постановку на обслуживание второй фазы заявки, прошедшей начальное обслуживание первой фазы. Если модель 3, оказывается занятой, то единичный сигнал от элемента ИЛИ 40 закрывает элементы И 38 и 39 и открывает элемент И 23, чем пропускает импульс с выхода элемента И 21 на инверсный единичный вход триггера 18, который вследствие этого переводится в единичное состояние, что сигнализирует о нахождении в данной модели 1 или 2 заявки, ожидающей освобождения модели 3. В момент окончания обслуживания второй фазы на соответствующем выходе 1 или 2 блока 5 генераторов случайных импульсов обслуживания второй фазы формируется импульс, который проходит через соответствующий элемент И 36 или 37 на вход 7 соответствующей модели 1 или 2, а затем обнуляет соответствующий триггер 34 или 35. Импульс на входе 7 модели 1 или 2 является сигналом, сигнализирующим об окончании обслуживания заявки во второй фазе и о поступлении этой заявки на повторное обслуживание первой фазы в соответствующую модель 1 или 2. Этот импульс, если соответствующая модель 1 или 2 занята, через элемент И 26 поступает на выход 2 модели 1 или 2 и записывает единицу в соответствующий разряд регистра 44, т.е. проимитирована постановка в очередь заявки, которая должна пройти повторное обслуживание первой фазы. Если соответствующая модель 1 или 2 свободна в этом случае, то импульс заявки с входа 7 модели 1 или 2 через элементы ИЛИ 30 и И 25 переводит в единичное состояние триггер 19, что сигнализирует о состоянии повторного обслуживания первой фазы заявки в соответствующей модели 1 или 2. В момент окончания повторного обслуживания заявки в первой фазе триггер 19 обнуляется импульсом с соответствующего выхода 1 или 2 блока 4.

В функционировании устройства предусмотрены также следующие ситуации.

При наличии в соответствующей модели 12 или 13 заявки, ожидающей начального или повторного обслуживания, и при освобождении соответствующей модели 1 или 2 на выходе элемента ИЛИ 31 формируется нулевой потенциал, вследствие чего формирователь 33 импульсов, вырабатывает импульс, который поступает на входы 1 элементов И 41 и 42 соответствующей модели 12 или 13. Если в модели 12 или 13 первой в очереди находится заявка, ожидающая начального обслуживания, то единичным потенциалом с n-го выхода регистра 43 открывается элемент И 41, а если повторного, то единичным потенциалом с n-го выхода регистра 44 открывается элемент И 42. Поэтому в этом случае импульс с выхода формирователя 33 через соответствующий элемент И 41 или 42 проходит на входы 2 соответственно элемента ИЛИ 28 или 30 и далее элемента И 20 или 25, чем переводится соответствующий триггер 17 или 19 в единичное состояние. Этим проимитировано поступление заявки из очереди на соответственно начальное или повторное обслуживание первой фазы.

Допускают теперь, что в модели 3 во второй фазе обслуживалась заявка с первого канала обслуживания, а в модели 2 нет заявки, ожидающей обслуживания второй фазы. В этом случае на выходе 4 модели 2 формируется единичный потенциал, открывающий в модели 1 элемент И 22. В момент окончания обслуживания заявки с первого канала в модели 3 на выходе 1 формируется импульс, который через элементы И 22 и ИЛИ 27 обнуляет триггер 18 модели 1, вследствие чего на выходе формирователя 32 и, следовательно, на выходе 5 модели 1 сформирован импульс, имитирующий собой заявку, поступающую на обслуживание второй фазы. Если в этом случае в модели 2 находится заявка, ожидающая обслуживание второй фазы, то элемент И 22 модели 1 закрыт и заявка из модели 1 на обслуживание второй фазы не поступает. Заявка будет считана из модели 2, так как импульс с выхода 1 модели 3 в этом случае поступает на вход 6 модели 2, где обнуляет триггер 18, вследствие чего по аналогии с моделью 1 заявка из модели 2 поступает на обслуживание второй фазы в модель 3. Взаимодействие модели 2 с моделью 3 в вышеприведенных ситуациях симметрично относительно взаимодействия модели 1 с моделью 3.

При заполнении в модели 12 или 13 n-1 мест очереди на выходе элемента И-НЕ 52 соответствующей модели 12 или 13 формируется нулевой потенциал, открывающий соответствующий элемент И 9 или 10 и запирающий соответствующий элемент И 8 или 11 блока 6 распределения заявок, вследствие чего заявки, направленные в первый или второй канал, перераспределяются соответственно в противоположный канал.

Функционирование первой 12 или второй 13 модели мест очереди осуществляется следующим образом. Для наглядности рассмотрим случай, когда в модель 12 или 13 поступает заявка на вход 1, т.е. ожидающая начального обслуживания, а в самой модели находится одна заявка, ожидающая повторного обслуживания. Вследствие этого все разряды регистров 43 и 44 находятся в нулевом состоянии, кроме n-го разряда регистра 44, хранящего единичный потенциал. В этом случае на выходе элемента ИЛИ 51_n сформирован единичный потенциал, закрывающий элементы И 47_n и 48_n и открывающий элементы И 47_n-1 и 48_n-1. Остальные элементы И 47₁ - 47_n-2 и 48₁ - 48_n-2 закрыты нулевыми потенциалами с выходов соответствующих элементов И 52₂ - 51_n-1. Таким образом, импульс заявки поступает через элементы задержки 45, И 47_n-1 и ИЛИ 49_n-1 на (n-1)-й вход (разряд) регистра 43, в который и будет записан. Наличие обратных связей с выходов регистров 43 и 44 на входы 1 соответствующих элементов И 49₁ - 49_n и 50₁ - 50_n обусловлено перезаписью информации, хранящейся в этих регистрах, так как по импульсу записи, поступающему на инверсный вход записи этих регистров, происходит запись в них информации в параллельном коде. Запись информации в регистр 44 происходит аналогично, как и в регистр 43.