Xreferat.ru » Рефераты по информатике и программированию » Разработка модели теории массового обслуживания

Разработка модели теории массового обслуживания

Министерство информационных технологий и связи РФ

Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики

Факультет информатики и вычислительной техники


Кафедра вычислительных систем


Курсовая работа

по курсу Моделирование


Выполнили: Степанов Е.Е.

Гордеев С.А.

Гомзяков А.В.

студенты гр.ВМ-37


Проверил: Рудых Я.И.


Новосибирск 2005

Содержание


Постановка задачи

Описание модели в терминах PDEVS формализма

Атомарные компоненты

Полученные результаты

Основные фрагменты кода

Вывод

Постановка задачи

Модель состоит из трех обслуживающих серверов. Каждый сервер имеет очередь, в которой заявки могут ожидать своей очереди. Также есть генератор сообщений. Первая очередь бесконечная, остальные конечные. Обработки заявок всех серверов распределены экспоненциально. В начальный момент времени очереди. Необходимо построить модель в терминах PDEVS-формализма и произвести эксперименты над моделью с помощью пакета DEJaView.

Необходимо ответить на следующие вопросы:

Выдать статистику по всем очередям.

Максимальную длину первой очереди.

Сколько процентов сообщений прошло через очередь без задержек - «сквозняки».


Разработка модели теории массового обслуживания

Рис. 1. Схематическое изображение модели


Описание модели в терминах PDEVS формализма

В PDEVS-модели существует 7 компонент:

Queue1, Queue2 и Queue3 – это три очереди.

Server1, Server2 и Server3 – это три прибора (сервера). Время обслуживания распределено экспоненциально.

MessageGenerator - генератор сообщений.

Рассмотрим более подробно логику работы компонент.

1. Генератор подает сообщение в очередь Queue1.

2. В начальный момент времени все серверы находятся в состоянии free (свободен). Cерверы Server1, Server2 посылают сообщение на очереди Queue2 и Queue3 соответственно, это говорит о готовности серверов принимать сообщения.

Приняв сообщение каждая очередь подаёт сообщение на выход toNext и он приходит на вход fromPrev соответствующего каждой очереди сервера.

Сервет меняет своё состояние с free (свободен) на busy (занят) и через некоторое время подаёт сообщение на выход toNext и после этого ждёт от следующей очереди подтверждения что в данной очереди ещё есть хотя бы одно место.

После того как сервер отправил сообщение слёдующей очереди, он переходит в состояние free (свободен) и посылает предыдущей очереди сообщение, которое говорит о готовности сервера принимать следующее сообщение.

Также существует возможность перехода сообщения с Серверов в очередь Queue1 с вероятностями P1, P2, P3.


3.Атомарные компоненты


Класс атомарной компоненты Объекты класса атомарной компоненты Возможные состояния компоненты Входные порты Выходные порты
Server1 Server1 Free, Busy FromPrev,FromNext ToPrev,toNext,Vozvrat
Server2 Server2 Free, Busy FromPrev,FromNext ToPrev,toNext,Vozvrat
Server3 Server3 Free, Busy FromPrev,FromNext ToPrev,Vozvrat
Queue1 Queue1 Free, Full FromPrev,FromNext,Vozvrat ToPrev,toNext
Queue2 Queue2 N=={1,2,3,4,5} FromPrev,FromNext ToPrev,toNext
Queue3 Queue3 N=={1,2,3,4,5} FromPrev,FromNext ToPrev,toNext

Алгоритмы функционирования компонент:

Компоненты классов Server1 и Server2:


Delta_int:

Остаемся в текущем состоянии


Delta_exp

Если (пришел новый пакет от очереди)

{

переходим в состояние “busy”

}

Lambda

Если(Сообщение от предыдущей очереди){

Если пакет обработан, то пытаемся отправить его следующей очереди.

Случайно определяем куда пойдёт сообщение – или в начало цепи, или в следующую очередь.

Отсылаем предыдущей очереди уведомление о том что сервер освободился.

}


Компоненты класса Queue2,Queue3:


Delta_int:

остаемся в текущем состоянии


Delta_exp

Если (пришёл новый пакет)

{

Если (Флаг ожидания, ожидания освобождения сервера)

{

Увеличиваем счётчик поступивших пакетов на 1

Так же выполняем действия необходимые для вычисления средней длины очереди

}

Иначе

Если (Очередь не ждёт освобождения сервера )

{

«Сквозняк»

Выполняем действия по вычислению доли сквозняков


}

Иначе

Если (пришло сообщение от сервера)

{

Флаг готовности сервера ставим в значение истина

}

Lambda

Если (пришёл новый пакет)

{

Если (Сервер свободен)

{

Отсылаем сообщение серверу

«Сквозняк»

Выполняем операции по вычислению доли сквозняков

}

Если (Ожидаем сервер)

{

Если очередь переполнилась посылаем сообщение серверу

}

}

Если (пришло сообщение от сервера)

{

Если(Очередь не пуста){

Посылаем пакет на порт toNext очереди

Уменьшаем длину очереди на 1

}

}

Компоненты классов Server3:

Delta_int:

Остаемся в текущем состоянии

Delta_exp

Если (пришел новый пакет от очереди)

{

переходим в состояние “busy”

}

Lambda

Если (сообщение от предыдущей очереди){

Если пакет обработан, то пытаемся отправить его следующей очереди.

Случайно определяем куда пойдёт сообщение – или в начало цепи, или на выход из цепи.

Отсылаем уведомление предыдущей очереди о том, что сервер освободился.

}

Компонент класса Queue1:

Delta_int:

остаемся в текущем состоянии

Delta_exp

Если (пришёл новый пакет(или из цепи, или из генератора сообщений))

{

Если (Флаг ожидания, ожидания освобождения сервера)

{

Увеличиваем счётчик поступивших пакетов на 1

Выполняем действия по нахождению макс максимальной длины очереди

}

Иначе

Если (Сервер свободен )

{

«Сквозняк»

Выполняем действия по вычислению доли сквозняков


}

Иначе

Если (пришло сообщение от сервера)

{

Флаг готовности сервера ставим в значение истина

}

Lambda

Если( пришёл новый пакет(из генератора или из цепи) )

{

Если (Сервер свободен)

{

Отсылаем сообщение серверу

«Сквозняк»

Выполняем операции по вычислению доли сквозняков

}

Если (Ожидаем сервер)

{

}

}

Если (пришло сообщение от сервера)

{

Если(Очередь не пуста){

Посылаем пакет на порт toNext очереди

Уменьшаем длину очереди на 1

Выполняем действия по вычислению максимальной длины очереди

}

}

Компонент класса: MessageGenerator.

Если(пришло системное сообщение)

{

Отправляем сообщение первой очереди

Увеличиваем число сгенерированных сообщений на 1

}


4. Полученные результаты


Разработка модели теории массового обслуживания

Рис. 3. Результаты работы модели


Основные фрагменты кода

1.QueueModel.java


package DEJaView.modelLibs.a;


import DEJaView.modelLibs.a.MessageGenerator;

import DEJaView.modelLibs.a.Queue1;

import DEJaView.modelLibs.a.Server1;

import DEJaView.modelLibs.a.Queue2;

import DEJaView.modelLibs.a.Server2;

import DEJaView.modelLibs.a.Queue3;

import DEJaView.modelLibs.a.Server3;


import DEJaView.core.*;

import java.util.*;


public class QueueModel extends MULC {


public static void main(String args[]) {


MULC queuemodel = new MULC("queuemodel");

MessageGenerator MessageGenerator1 = new MessageGenerator("MessageGenerator1");

Queue1 Queue1 = new Queue1("Queue1");

Queue2 Queue2= new Queue2("Queue2");

Queue3 Queue3= new Queue3("Queue3");

Server1 Server1 = new Server1("Server1");

Server2 Server2=new Server2("Server2");

Server3 Server3=new Server3("Server3");

queuemodel.AddComponent(MessageGenerator1);


queuemodel.AddComponent(Queue1);

queuemodel.AddComponent(Queue2);

queuemodel.AddComponent(Queue3);

queuemodel.AddComponent(Server1);

queuemodel.AddComponent(Server2);

queuemodel.AddComponent(Server3);


MessageGenerator1.addOutPort("toQueue","toQueue");


Queue1.addInPort("fromMessageGenerator","fromMessageGenerator");

Queue1.addInPort("fromNext","fromNext");

Queue1.addInPort("Vozvrat","Vozvrat");

Queue1.addOutPort("toNext","toNext");


Queue2.addInPort("fromPrev","fromPrev");

Queue2.addInPort("fromNext","fromNext");

Queue2.addOutPort("toPrev","Prev");

Queue2.addOutPort("toNext","toNext");


Queue3.addInPort("fromPrev","fromPrev");

Queue3.addInPort("fromNext","fromNext");

Queue3.addOutPort("toPrev","toPrev");

Queue3.addOutPort("toNext","toNext");


Server1.addInPort("fromPrev","fromPrev");

Server1.addOutPort("toPrev","toPrev");

Server1.addOutPort("toNext","toNext");

Server1.addOutPort("Vozvrat","Vozvrat");

Server1.addInPort("fromNext","fromNext");


Server2.addInPort("fromPrev","fromPrev");

Server2.addOutPort("toPrev","toPrev");

Server2.addOutPort("toNext","toNext");

Server2.addOutPort("Vozvrat","Vozvrat");

Server2.addInPort("fromNext","fromNext");


Server3.addInPort("fromPrev","fromPrev");

Server3.addOutPort("toPrev","toPrev");

Server3.addOutPort("Vozvrat","Vozvrat");


queuemodel.getIC().addCouple("MessageGenerator1","toQueue","Queue1","fromMessageGenerator");


queuemodel.getIC().addCouple("Queue1","toNext","Server1","fromPrev");


queuemodel.getIC().addCouple("Server1","toNext","Queue2","fromPrev");

queuemodel.getIC().addCouple("Server1","Vozvrat","Queue1","Vozvrat");

queuemodel.getIC().addCouple("Server1","toPrev","Queue1","fromNext");


queuemodel.getIC().addCouple("Queue2","toPrev","Server1","fromNext");

queuemodel.getIC().addCouple("Queue2","toNext","Server2","fromPrev");


queuemodel.getIC().addCouple("Server2","toNext","Queue3","fromPrev");

queuemodel.getIC().addCouple("Server2","Vozvrat","Queue1","Vozvrat");

queuemodel.getIC().addCouple("Server2","toPrev","Queue2","fromNext");


queuemodel.getIC().addCouple("Queue3","toPrev","Server2","fromNext");

queuemodel.getIC().addCouple("Queue3","toNext","Server3","fromPrev");


queuemodel.getIC().addCouple("Server3","Vozvrat","Queue1","Vozvrat");

queuemodel.getIC().addCouple("Server3","toPrev","Queue3","fromNext");


queuemodel.init();

Date d1 = new Date();

double time =10000.0;

while ( !(queuemodel.getLocalTime()>time)) {

queuemodel.getProcessor().Simulate();

}


System.out.println("Пакетов отправлено: " +MessageGenerator1.num);

System.out.println("Число отказов во 2 ой очереди: " +Queue2.numOfRej);

System.out.println("Число отказов в 3 ей очереди: " +Queue3.numOfRej);

/*System.out.println("Осталось в первой очереди " +Queue1.numOfMessages);*/

System.out.println("Число возвратов с первого сервера " +Server1.vozvrat);

System.out.println("Число возвратов со второго сервера " +Server2.vozvrat);

System.out.println("Число возвратов с третьего сервера " +Server3.vozvrat);

System.out.println("Число возвратов в первую очередь " +Queue1.vozvrat);

System.out.println("Средняя длина 2 ой очереди " +(double)Queue2.Dlina/(double)Queue2.Chislo);

System.out.println("Средняя длина 3 ей очереди " +(double)Queue3.Dlina/(double)Queue3.Chislo);

System.out.println("Максимальная длина 1 ой очереди " +Queue1.max);

System.out.println("Процент сквозняков в первой очереди "+(double)Queue1.skvoz*100/(double)Queue1.num +"%");

System.out.println("Процент сквозняков во второй очереди "+(double)Queue2.skvoz*100/(double)Queue2.num +"%");

System.out.println("Процент сквозняков в третей очереди "+(double)Queue3.skvoz*100/(double)Queue3.num +"%");

Date d2=new Date();

long d = d2.getTime()-d1.getTime();

System.out.println("Время моделирования:" +d);

}

}


2.Queue1.java.


package DEJaView.modelLibs.a;


import DEJaView.core.*;

import java.util.*;


/** Класс, реализующий работу очереди сообщений (требований) */

public class Queue1 extends AtomicPDEVS {

/**Счётчик, подсчитывающий число пакетов в очереди*/

public int numOfMessages = 0;

/** Флаг, показывающий свободен ли сервер */

private boolean serverIsFree = true;

public int vozvrat;

public int skvoz=0;

public int num=0;

public int max=0;

/** Создает объект Queue с заданным именем

* @param name имя создаваемого объекта ксласса Client */

protected Queue1(String name) {

super(name);

/* Объекты класса Queue могут находится в одном из 5-тии

* состояний, в зависимости от количесва сообщений в очереди

*/

addState("free");

addState("full");

}


/** Инициализация компонента */

protected void init() {

/* Описание системного порта */

Port p;

/* Задание начального времени */

this.setLastTime(0);

/* Задание начального состояния */

this.setPresentState(findState("free"));

/* Далее генерируем начальное системное сообщение */

MessagePDEVS init_m = new MessagePDEVS("", Double.POSITIVE_INFINITY, this.getLastTime());

/* Далее передаем системное сообщение сообщение в очередь сообщений

* мультикомпонента, непосредственно содержащего данный компонент: */

/* 1. Назначение порта */

p = resolveOutPort("system");

/* 2. Назначение сообщения */

p.setMessage(init_m);

/* 3. Собственно передача сообщения */

this.getParentMULC().getProcessor().PassMessage(this.getName(), p.getName());

}


/** Функция продвижения времени */

protected double ta() {

return Double.POSITIVE_INFINITY;

}


/** Внутренняя функция транзакции */

protected State delta_int() {

return this.getPresentState();

}


/** Внешняя функция транзакции */

protected State delta_ext() {

State newState = null;

/* Если сообщение пришло от сервера, то оно означает, что сервер готов обслуживать

* следующее сообщение (требование). В таком случае, если в очереди есть сообщения

* (требования), переходим в очереди новое состояние: уменьшаем количество сообщений

* (требований), ожидающих в обслуживания очереди на 1. */

if (this.getCurrentPort().getName().equals("fromNext")) {

serverIsFree = true;

/* Если в очереди было одно сообщение (требование), то теперь там не будет ни одного */

if (this.getPresentState().getName().equals("full")) {

newState = this.getPresentState();

if(numOfMessages==1)

newState = findState("free");

}

else

/* Если в очереди было два сообщения (требования), то теперь там будет одно */

if (this.getPresentState().getName().equals("free")) {

newState = this.getPresentState();

}

}

else

/* Если сообщение (требование) пришло от клиента, то если очередь не заполнена,

* "вставляем" это сообщение (требование) в очередь, переходя в новое состояние */

if (this.getCurrentPort().getName().equals("fromMessageGenerator")){

num++;

if(!serverIsFree){

/* Если в очереди было пять сообщений (требований), то их там и останется пять */

if (this.getPresentState().getName().equals("full")){

numOfMessages++;

newState=this.getPresentState();

}

else

/* Если в очереди не было сообщений (требований), то теперь там будет одно */

if (this.getPresentState().getName().equals("free")) {

numOfMessages++;

newState=findState("full");

}

}

else

if(serverIsFree){

/*проверить ещё надо*/

newState=findState("free");

/* serverIsFree=false;*/

/*serverIsFree=false;*/

}

}

else

if(this.getCurrentPort().getName().equals("Vozvrat")){

num++;

if(!serverIsFree){

/* Если в очереди было пять сообщений (требований), то их там и останется пять */

if (this.getPresentState().getName().equals("full")){

numOfMessages++;

newState=this.getPresentState();