Методическое руководство к выполнению расчетно-графической работы по дисциплине «Моделирование информационных процессов»

1) Цель расчетно-графической работы – закрепление и практическое применение знаний, полученных при изучении дисциплины «Моделирование информационных процессов».

2) Задачи расчетно-графической работы :

• систематизировать, закрепить и расширить теоретические и практические знания по дисциплине «Моделирование информационных процессов»;

• применить полученные знания для решения конкретных практических задач;

• развить навыки самостоятельной работы.

3) Тема расчетно-графической работы – «Моделирование систем массового обслуживания».

Варианты задач приведены в приложении А.

4) Порядок и сроки выдачи заданий на РГР

Студент обязан в двухнедельный срок после начала семестра получить вариант задания на РГР у преподавателя.

5) Содержание РГР

В процессе выполнения РГР требуется:

1) построить математическую модель СМО;

2) сформировать реализацию случайных потоков заявок в соответствии с математической моделью на GPSS;

3) получить по результатам моделирования характеристики эффективности функционирования СМО.

Ниже приведен теоретический минимум по проблеме проверки качества генерирования ПСП, на который можно ориентироваться при выполнении РГР. Более полные теоретические сведения содержатся в литературе и интернет-источниках.

1. Системы массового обслуживания

Система массового обслуживания считается заданной, если определены:

1) входящий поток требований, или, иначе говоря, закон распределения, характеризующий моменты времени поступления требований в систему. Первопричину требований называют источником. В дальнейшем условимся считать, что источник располагает неограниченным числом требований и что требования однородны, т. е. различаются только моментами появления в системе;

2) система обслуживания, состоящая из накопителя и узла обслуживания. Последний представляет собой одно или несколько обслуживающих устройств, которые в дальнейшем будем называть приборами. Каждое требование должно поступить на один из приборов, чтобы пройти обслуживание. Может оказаться, что требованиям придется ожидать, пока приборы освободятся. В этом случае требования находятся в накопителе, образуя одну или несколько очередей. Положим, что переход требования из накопителя в узел обслуживания происходит мгновенно;

3) время обслуживания требования каждым прибором, которое является случайной величиной и характеризуется некоторым законом распределения;

4) дисциплина ожидания, т. е. совокупность правил, регламентирующих количество требований, находящихся в один и тот же момент времени в системе. Система, в которой поступившее требование получает отказ, когда все приборы заняты, называется системой без ожидания. Если требование, заставшее все приборы занятыми, становится в очередь и ожидает до тех пор, пока освободиться один из приборов, то такая система называется чистой системой с ожиданием. Система, в которой требование, заставшее все приборы занятыми, становится в очередь только в том случае, когда число требований, находящихся в системе, не превышает определенного уровня (в противном случае происходит потеря требования), называется смешанной системой обслуживания;

---

5) дисциплина обслуживания, т. е. совокупность правил, в соответствии с которыми требование выбирается из очереди для обслуживания. Наиболее часто на практике используются следующие правила:

- заявки принимаются к обслуживанию в порядке очереди;

- заявки принимаются к обслуживанию по минимальному времени получения отказа;

- заявки принимаются к обслуживанию в случайном порядке в соответствии с заданными вероятностями;

6) дисциплина очереди, т.е. совокупность правил, в соответствии с которыми требование отдает предпочтение той или иной очереди (если их несколько) и располагается в выбранной очереди. Например, поступившее требование может занять место в самой короткой очереди; в этой очереди оно может расположиться последним (такая очередь называется упорядоченной), а может пойти на обслуживание вне очереди. Возможны и другие варианты.

2. Имитационное моделирование систем массового обслуживания

Модель – это любой образ, аналог, мысленный или установленный, изображение, описание, схема, чертеж, и т. п. какого либо объекта, процесса или явления, который в процессе познания (изучения) замещает оригинал, сохраняя некоторые важные для данного исследования типичные свойства.

Моделирование - это исследование какого-либо объекта или системы объектов путем построения и изучения их моделей. А также – это использование моделей для определения или уточнения характеристик и рационализации способов построения вновь конструируемых объектов.

Модель является средством для изучения сложных систем. В общем случае сложная система представляется как многоуровневая конструкция из взаимодействующих элементов, объединяемых в подсистемы различных уровней. К сложным системам, в т.ч., относятся информационные системы. Проектирование таких сложных систем осуществляется в два этапа.

• Внешнее проектирование. На этом этапе проводят выбор структуры системы, основных ее элементов, организация взаимодействия между элементами, учет воздействия внешней среды, оценка показателей эффективности системы.

• Внутреннее проектирование – проектирование отдельных элементов системы.

Типичным методом исследования сложных систем на первом этапе является моделирование их на ЭВМ. В результате моделирования получаются зависимости, характеризующие влияние структуры и параметров системы на ее эффективность, надежность и другие свойства. Эти зависимости используются для получения оптимальной структуры и параметров системы.

Модель, сформулированная на языке математики с использованием математических методов называется математической моделью. Для имитационного моделирования характерно воспроизведение явлений, описываемых математической моделью, с сохранением их логической структуры, последовательности чередования во времени. Для оценки искомых величин может быть использована любая подходящая информация, циркулирующая в модели, если только она доступна регистрации и последующей обработке.

---

Искомые величины при исследовании процессов методом имитационного моделирования обычно определяют как средние значения по данным большого числа реализаций процесса. Если число реализаций N, используемых для оценки искомых величин, достаточно велико, то в силу закона больших чисел получаемые оценки приобретают статистическую устойчивость и с достаточной для практики точностью могут быть приняты в качестве приближенных значений искомых величин.

Сущность метода имитационного моделирования применительно к задачам массового обслуживания состоит в следующем.

Строятся алгоритмы, при помощи которых можно вырабатывать случайные реализации заданных потоков однородных событий, а также моделировать процессы функционирования обслуживающих систем. Эти алгоритмы используются для многократного воспроизведения реализации случайного процесса обслуживания при фиксированных условиях задачи. Получаемая при этом информация о состоянии процесса подвергается статистической обработке для оценки величин, являющихся показателями качества обслуживания

При исследовании сложных систем методом имитационного моделирования существенное внимание уделяется учету случайных факторов. В качестве математических схем, используемых для формализации действия этих факторов, используются случайные события, случайные величины и случайные процессы (функции). Формирование на ЭВМ реализаций случайных объектов любой природы сводится к выработке и преобразованию случайных чисел.

6) Требования к оформлению отчета по РГР

Отчет должен быть оформлен согласно ГОСТ 7.32-2001 и содержать следующие обязательные структурные единицы:

- титульный лист

- реферат;

- содержание;

- введение;

- основная часть;

- заключение;

- список использованных источников.

Образец титульного листа отчета приведен в приложении Б. Объем отчета 10-15 страниц машинописного текста без учета приложений.

Основная часть должна содержать следующие разделы:

1. Описание модели СМО.

2. Алгоритм моделирования СМО.

3. Реализация алгоритма моделирования СМО.

4. Характеристики СМО, определенные по результатам моделирования.

5. Анализ полученных результатов и рекомендации по повышению эффективности функционирования СМО.

7) Литература

1. Сирота, Александр Анатольевич. Компьютерное моделирование и оценка эффективности сложных систем [Текст] : учеб. пособие для вузов по специальности "Прикладная информатика (по обл. )" и др. специальностям / А. А. Сирота, 2006. - 279 с.

2. Рыжиков, Юрий Иванович. Имитационное моделирование: теория и технологии [Текст] / Ю. И. Рыжиков. - СПб. : КОРОНА принт ; М. : Альтекс-А, 2004. - 380 с.

3. Задорожный, Владимир Николаевич. Имитационное и статистическое моделирование [Текст] / В. Н. Задорожный; ОмГТУ. - Омск: Изд-во ОмГТУ, 2007. - 131 с.

8) Защита РГР

---

Защита состоит из доклада (3-4 минуты) и ответов на вопросы преподавателя по выполненной работе. Студент должен при защите дать все объяснения по существу РГР и ответить на вопросы.

---

Приложение А

(обязательное)

Задания на выполнение РГР

Задание № 1. Работа парикмахерской

В парикмахерскую могут приходить клиенты двух типов. Клиенты первого типа желают только стричься. Распределение интервалов их прихода 35+10 мин. Клиенты второго типа желают постричься и побриться. Распределение интервалов их прихода 60±20 мин. Парикмахер обслуживает клиентов в порядке «первым пришел – первым обслужен». На стрижку уходит 18±6 мин., а на бритье 10+2 мин.

Доходы от работы парикмахерской определяются количеством клиентов, обслуженных в течение рабочего дня (9 часов с часовым перерывом на обед стоимость стрижки 100 рублей, бритья 20 рублей), убытки определяются временем простоев парикмахера (в отсутствие клиентов) и количеством необслуженных клиентов в очереди.

Моделирование проведите для рабочей недели (6 дней по 8 часов).

Задание № 2. Работа сборочного цеха

В сборочный цех поступают детали трех видов. Детали первого типа (Д1) поступают 20±3 мин (наиболее часто 20 мин). Детали второго типа (Д2) – 16±5 мин. Детали третьего типа (Д3) – 20 мин. Как только сборщику поступают три детали (любые), он производит монтаж готового изделия за 5 мин. Из собранных изделий 15 % бракованные. Если изделие бракуется в первый раз, то оно поступает на повторный монтаж к сборщику. Если изделия бракуются 2 раза, то они идут в отходы (10 мин). Не бракованные изделия упаковываются по 5 штук за 3 мин. упаковщиком.

Смоделировать 8 часовой рабочий день.

Задание № 3. Работа системы сбора информации

Распределенный банк данных системы сбора информации организован на базе ЭВМ, соединенных дуплексным каналом связи. Поступающий запрос обрабатывается на первой ЭВМ и с вероятностью 50 % необходимая информация обнаруживается на месте. В противном случае необходима посылка запроса во вторую ЭВМ.

Запросы поступают через 10 ± 3 с., первичная обработка запроса занимает 2 с., выдача ответа требует 18 ± 2 с., передача по каналу связи занимает 3 с. Временные характеристики второй ЭВМ аналогичны первой.

Смоделировать прохождение 400 запросов. Определить необходимую емкость накопителей перед ЭВМ, обеспечивающую безотказную работу системы, и функцию распределения времени обслуживания заявки.

Задание № 4

В компанию поступают запросы 20 ± 4 мин. Поступающий запрос обрабатывается двумя сотрудниками, причем первый сотрудник обрабатывает 75 % запросов, второй обрабатывает остальные запросы. Первичная обработка запроса занимает 23 мин., выдача ответа требует 18 ± 5 мин., как у первого, так и у второго сотрудника.

Смоделировать прохождение 350 запросов.

Задание № 5

Люди приносят на почту письма, которые могут быть двух видов: заказные и обычные. Затем почтовые работники их обрабатывают.

Заказные письма поступают круглосуточно раз в 5-20 минут, а простые письма принимаются только с 8.00 до 20.00 (8.00-12.00 их количество увеличивается от 50 до 120, наибольшее их количество (260) поступает между 12.00 и 14.00, а затем их количество плавно убывает от 180 до 70).

---

Смотрите также файлы

• Voprosy_MatLogika.doc

• Краткие ответы на экзамен.docx

• Политология лекции.docx

• курсовой проект алгоритм прима.docx

• Методы оптимизации Курсовой проект О распределении.docx