Моделювання процесу надходження повідомлень до системи обробки повідомлень(СОП)

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ

ВАСИЛЬКІВСЬКИЙ КОЛЕДЖ

НАЦІОНАЛЬНОГО АВІАЦІЙНОГО  УНІВЕРСИТЕТУ

 

 

 

 

 

Курсова робота

з навчальної дисципліни " Моделювання програмного забезпечення"

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ

ВАСИЛЬКІВСЬКИЙ КОЛЕДЖ

НАЦІОНАЛЬНОГО АВІАЦІЙНОГО  УНІВЕРСИТЕТУ

 

ЗАВДАННЯ

для курсової роботи

 

Студента _4_ курсу групи

____________Розробка програмного забезпечення___________

 

Тема курсового проекту(роботи):

 

___Моделювання процесу надходження___

_____повідомлень до системи обробки____

___________повідомлень(СОП)__________

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЗМІСТ

ВСТУП …………………………………………………………………………………...6

ВСТУП

 

Процеси функціонування різних систем і мереж зв'язку можуть бути представлені тією чи іншою сукупністю систем масового обслуговування (СМО) - стохастичних, динамічних, дискретно-безперервних математичних моделей. Дослідження характеристик таких моделей може проводитися або аналітичними методами, або шляхом імітаційного моделювання.

Імітаційна модель відображає стохастичний процес зміни дискретних станів СМО в безперервному часу у формі моделює алгоритму. При його реалізації на ЕОМ проводиться накопичення статистичних даних по тих атрибутів моделі, характеристики яких є предметом досліджень. Після закінчення моделювання накопичена статистика обробляється, і результати моделювання виходять у вигляді вибіркових розподілів досліджуваних величин або їх вибіркових моментів. Таким чином, при імітаційному моделюванні систем масового обслуговування мова завжди йде про статистичному імітаційному моделюванні.

СМО описують різні по своїй фізичній природі процеси функціонування економічних, виробничих, технічних та інших систем, наприклад потоки поставок продукції деякого підприємству, потоки деталей і комплектуючих виробів на складальному конвеєрі цеху, заявки на обробку інформації в ЕОМ від віддалених терміналів і т.д.

Одним із спеціалізованих і ефективних засобів імітаційного моделювання та дослідження складних технічних систем є GPSS (GENERAL PURPOSE SIMULATION SYSTEM). Це універсальна система імітаційного моделювання дискретних об'єктів, процесів і однойменного вхідного мови, призначені для побудови моделей і проведення обчислювального експерименту. В даний час мова GPSS є досить актуальним, оскільки орієнтований на клас об'єктів, які можна представити у вигляді систем масового обслуговування. У нього входять спеціальні засоби, що дозволяють описувати поведінку досліджуваних систем в динаміці.

Метою даної курсової роботи є вивчення та освоєння навичок створення імітаційних моделей систем масового обслуговування на ЕОМ за допомогою спеціальної мови моделювання GPSS, який дозволяє проводити експерименти, що займають тижні, місяці і навіть роки модельного часу, всього за кілька секунд реального часу.

1. Побудова концептуальної моделі системи та її формалізація

1.1.1. Формулювання мети і постановка задачі машинного моделювання системи

Постановка завдання:

Диспетчер керує внутришньозаводским транспортом і має в своєму розпорядженні дві вантажівки. Заявки на перевезення надходять до диспетчера кожні 6 ± 3 хв. З імовірністю 0,6 диспетчер запитує по радіо одну із вантажівок і передає їй заявку, якщо та вільна. В іншому випадку він запитує іншу вантажівку і таким чином продовжує сеанси зв'язку, поки одна з вантажівок не звільниться. Кожен сеанс зв'язку триває рівно 1,5 хв. Диспетчер допускає накопичення у себе до п'яти заявок, після чого знову прибулі заявки отримують відмову. Вантажівки виконують заявки на перевезення за 13 ± 7 хв. Змоделювати роботу внутрішньозаводського транспорту протягом 12 ч. Підрахувати число обслужених і відхилених заявок. Визначити коефіцієнти завантаження вантажівок.

Необхідно досліджувати роботу внутрішньозаводського транспорту. В якості мети моделювання виберемо вивчення функціонування системи, а саме оцінювання її характеристик з точки зору ефективності роботи системи, тобто чи буде вона простоювати, працювати на знос або працювати з запасом. В якості мети ефективного функціонування системи доцільно вибрати максимізацію завантаження вантажівок і одночасно мінімізацію ймовірності відмови в обслуговуванні внаслідок переповнення черги заявок до диспетчера.

З урахуванням наявних ресурсів в якості методу розв'язання задачі виберемо метод імітаційного моделювання, що дозволяє не тільки аналізувати характеристики моделі, але й проводити структурний, алгоритмічний і параметричний синтез моделі на ЕОМ при заданих критеріях оцінки ефективності і обмеженнях.

У завданні до курсового проектування необхідно визначити:

• число обслугованих заявок;

• число відхилених заявок;

• коефіцієнти завантаження вантажівок;

1.1.2. Аналіз задачі моделювання системи

 

В якості критерію оцінки ефективності процесу функціонування системи доцільно вибрати ймовірність відмови в обслуговуванні, внаслідок переповнення заявок до диспетчера, яка повинна бути мінімальною, при цьому завантаження вантажівок має бути максимальною. Співвідношення завантаження вантажівок має бути в середньому однаковою, щоб кожен пристрій був задіяний рівноцінно.   

Екзогенні (незалежні) змінні моделі:

• інтервал часу (інтенсивність) приходу заявок на перевезення до диспетчера;

• допустиме число заявок до диспетчера;

Ендогенні (залежні) змінні моделі:

• завантаження вантажівок;

• поточне число заявок в черзі;

• кількість обслужених заявок;

• кількість відхилених заявок;

При побудові математичної імітаційної моделі процесів функціонування системи будемо використовувати безперервно-стохастичний підхід на прикладі типової Q-схеми, тому що досліджувана система - робота внутрішньозаводського транспорту - може бути представлена як система масового обслуговування з безперервним часом обробки параметрів при наявності випадкових факторів.

Формалізувати процес функціонування досліджуваної системи в абстракціях Q-схеми, на другому етапі алгоритмізації моделі та її машинної реалізації виберемо мову імітаційного моделювання, тому що високий рівень проблемної орієнтації мови значно спростить програмування, а спеціально передбачені в ньому можливості збору, обробки і виведення результатів моделювання дозволять швидко і детально проаналізувати можливі наслідки імітаційного експерименту з моделлю. Для отримання повної інформації про характеристики процесу функціонування системи необхідно буде провести повний факторний експеримент, який дозволить визначити, наскільки ефективно функціонує система, і видати рекомендації щодо її удосконалення.

1.1.3. Визначення вимог до вихідної інформації про об’єкт моделювання і організації їх збору

Вся необхідна інформація про систему і зовнішньому середовищі представлена в пункті 1.1.1 «Формулювання мети і постановка задачі машинного моделювання системи» і не вимагає попередньої обробки.

1.1.4. Висування гіпотез і прийняття припущень

Для заповнення прогалин в розумінні завдання дослідження, а також перевірки можливих результатів  моделювання при проведенні машинного

експерименту висуваємо  наступні гіпотези:

• кількість обслуговуваних заявок буде більше числа не обслуговуваних;

• завантаження 1 вантажівки буде більше завантаження 2 вантажівки, т.к ймовірність запиту 1 вантажівки дорівнює 0,6, а 2 вантажівки - 0,4.

1.1.5. Визначення параметрів і змінних моделі

Вхідні змінні моделі:

інтервал часу (інтенсивність) приходу заявок до диспетчера, t_пр ± Dt_пр, де t_пр – середній інтервал часу між приходом заявок до диспетчера, Dt_пр – половина інтервалу, в якому рівномірно розподілено значення, одиниця виміру - хвилина.

• • ймовірність запиту диспетчером 1 вантажівки P_ГР1=0,6;
• • ймовірність запиту диспетчером 2 вантажівки P_ГР2=0,4;
• Якщо інтенсивність приходу заявок до диспетчера буде менше часу роботи вантажівок, то завантаження системи в цілому буде зростати, і, як наслідок, буде збільшуватися кількість заявок, які отримають відмову в обслуговуванні.

Вихідні змінні моделі:

• кількість заявок, обслужених вантажівками за заданий інтервал часу роботи внутрішньозаводського транспорту,N_ОБС, одиниця вимірювання - кількість заявок;
• кількість заявок, які отримали відмову в обслуговуванні внаслідок переповнення числа заявок у диспетчера за заданий інтервал часу роботи внутрішньозаводського транспорту,N_ОТК, одиниця вимірювання - кількість заявок.
• завантаження вантажівок, Z_ГР1 і Z_ГР2, одиниця виміру - відносна одиниця;

Параметри моделі:

• допустиме число заявок до диспетчера, l_доп, одиниця вимірювання - кількість заявок;

• час роботи вантажівок t_гр1± Dt_гр1, t_гр2± Dt_гр2,где t_гр1 , t_гр2 - середній час роботи вантажівок, Dt_гр1, Dt_гр2 - половина часу, в якому рівномірно розподілено значення, одиниця виміру - хвилина;

• сеанс зв'язку, для передачі заявки на обслуговування одного з вантажівок, t_св, одиниця виміру - хвилина;

 

1.1.6. Встановлення основного змісту моделі

На основі аналізу вихідних даних і висунутих гіпотез можна зробити висновок про те, що процеси, що відбуваються в моделюється системі, є процесами масового обслуговування, тому ці процеси доцільно описати на мові Q-схем.

1.1.7. Обґрунтування критеріїв оцінки ефективності системи

Для оцінки якості процесу функціонування моделюється системи сформуємо на підставі аналізу задачі моделювання системи функцію поверхні відгуку в досліджуваній області зміни параметрів і змінних як сукупність критеріїв оцінки ефективності. Ця функція дозволить визначити екстремуми реакції системи.

1.1.8. Визначення процедур апроксимації

Для апроксимації реальних процесів, що протікають в системі, скористаємося процедурою визначення середніх значень вихідних змінних, оскільки в системі є випадкові значення змінних і параметрів.

1.1.9. Опис концептуальної моделі системи

Концептуальна модель досліджуваної системи представлена у вигляді структурної схеми (рис. 1), що складається з одного вхідного потоку х - заявки на перевезення, що приходять до диспетчера, трьох вихідних потоків у₁, у₂ – заявки, обслужених відповідним вантажівкою, і у₃ – заявки, яким не вистачило місця в накопичувачі, і двох пристроїв (вантажівок).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 1. Концептуальна модель у вигляді структурної схеми

 

В якості типової математичної схеми застосовується Q-схема, що складається з одного джерела (І), накопичувача (Н), двох каналів (К1, К2), чотирьох клапанів (рис. 2). Заявки (які приходять до диспетчера) в систему надходять від джерела І з інтервалом 6 ± 3 хв в накопичувач Н з ємністю Lдоп рівною 5, оскільки за умовою диспетчер допускає у себе накопичення до 5 заявок. Канал К₁ відповідає першому вантажівці, канал К₂ - другому вантажівці. Від джерела заявки надходять в клапан 1, який управляється накопичувачем Н. У разі відсутності місця в накопичувачі заявки отримують відмову NОТК. Обробка (затримка) заявки у накопичувачі займає 1,5 хв. Від накопичувача Н заявки надходять в клапан 2, який управляється каналом К1 з імовірністю 0,6, в разі його заняття заявки надходять в клапан 3, який управляється каналом К2 з імовірністю 0,4. При занятті каналу К2, заявки надходять в клапан 2. Обробка (затримка) заявки в каналах К1 і К2 займає 13 ± 7 хв. Клапан 4 отримує обслужених заявки від каналів К1 і К2.

Рис. 2. Концептуальна модель у вигляді Q-схеми.

Формальна модель системи:

Q = { И, Н, К₁, К₂, N_ОБС, N_ОТК, кл₁, кл₂,кл₃,кл₄, L_ДОП = 5 }.

Згідно розробленої концептуальної моделі остаточні гіпотези і припущення співпадають з раніше прийнятими. Обрана процедура апроксимації визначення середніх значень вихідних змінних відповідає реальним випадковим процесам, що протікають в системі масового обслуговування.

1.1.10. Перевірка достовірності концептуальної моделі

Перевірка достовірності концептуальної моделі повинна включати: