Базовые концепции структуризации и формализации имитационных систем - Функциональная структура GPSS

Функциональная структура GPSS рассматривается на двух уровнях.

• Первый уровень определяется комбинацией основных функциональных
объектов таких, как:

-           устройства;

-           памяти;

-           ключи (логические переключатели);

-           очереди;

-           транзакты.

• Второй уровень – блок-схема модели, составленная из типовых блоков,
между которыми перемещаются транзакты.

Рассмотрим основные аппаратно-ориентированные, статистические и вычислительные объекты первого уровня.

Аппаратно ориентированные объекты:

• Транзакты. Являются абстрактными подвижными элементами,
которые являются аналогами различных объектов реального мира
(сообщения,   транспортные   средства,   люди,   детали  и т.д.)   Это динамические функциональные элементы GPSS, которые отражают реальные заявки на обслуживание.

Транзакты двигаются по модели, появляются в ней с той же интенсивностью, что и реальные заявки. Транзакты могут создаваться и уничтожаться. Перемещаясь между блоками модели в соответствии с логикой моделирования, транзакты вызывают (и испытывают) различные действия:

-             возможны их задержки в некоторых точках модели (связанные с  обслуживанием, ожиданием в очереди);

-             изменение маршрутов и направления движения;

-             создание копии транзактов и т.д.

С каждым транзактом связан упорядоченный набор параметров – атрибутов.

При генерации транзактов резервируются 12 параметров. Обычно первые 12 параметров являются постоянными. В их набор входит:

-           номер транзакта;

-           номер блока, в котором транзакт находится в данный момент;

-           номер следующего блока;

-           время перехода в следующий блок;

-           приоритет, характеризующий очередность обработки транзактов в определенных ситуациях и т.д.

При программировании транзакту можно присвоить набор специфичных параметров, выражающих свойства или характеристики моделируемых объектов (вес, скорость, цвет, время обработки и т.п.).

• Устройства. Моделируют объекты, в которых может происходить обработка транзактов, что связано с затратами времени. Устройства являются аналогами каналов СМО (каждое устройство в данный момент времени может быть занять лишь одним транзактом). Устройство может быть прервано. В GPSS существует возможность проверки состояния устройства.
• Памяти. Предназначены для моделирования объектов, обладающих емкостью. Аналогия с многоканальными СМО состоит в том, что память может обслуживать одновременно несколько транзактов. При этом транзакт занимает определённую часть памяти.
• Логические переключатели. Принимают значение включено/выклю­чено, позволяют изменять пути следования транзактов в модели.

Устройства,   памяти,   логические   переключатели   относятся   к аппаратно-ориентированным объектам GPSS.

Статистические объекты GPSS (используются только тогда, когда необходимо собирать статистику):

• Очереди. В процессе движения транзакты могут задерживаться в определенных точках модели. Если необходимо собирать инфор­мацию о длине очереди транзактов и времени задержки транзактов, то используют соответствующие статистические объекты.
• Таблицы. Таблицы обрабатывают статистическую информацию, строят гистограмму распределений по любой переменной.

Вычислительные объекты GPSS:

• матрицы;
• функции;
• переменные различных типов и т.п.

Рассмотрим второй уровень. Модель на языке GPSS имеет наглядное графическое представление в виде блок-схемы.

Блоки – операционные объекты GPSS. Каждый блок имеет стандартное обозначение. Последовательность блоков – это есть последовательность операторов на языке GPSS. Любую модель на языке GPSS можно представить в виде совокупности блоков, между которыми перемещаются транзакты, они имеют вход-выход, в блоках реализуются все действия, связанные с обслуживанием транзакта (создание и уничтожение транзактов, изменение параметров транзакта, управление потоками транзактов, и т.д.). Блоки выполняются только в результате входа в них перемещающихся транзактов. GPSS является системой интерпретирующего типа с собственным языком.

Таким образом, на языке GPSS составляется и реализуется функциональная блок-схема.

Существуют два особых блока: GENERATE, имеющий только выход, через него транзакты входят в модель, и блок TERMINATE, имеющий только вход – удаляет транзакты из модели. Любой процесс на языке моделирования GPSS имеет вид:

Рис. 4.2.2. Процесс на языке моделирования GPSS

Описание параллельных процессов на языке GPSS представляет несколько таких цепочек блоков, взаимодействующих через общие ресур­сы. Поэтому язык моделирования GPSS позволяет описывать параллель­ные процессы, независимые друг от друга, а взаимодействующие через общие ресурсы или переменные.

Итак, модель системы на языке GPSS представляет сеть блоков (операторов языка). Каждый блок описывает определенный этап действий в системе. Линии соединения блоков показывают направления движения подвижных элементов (транзактов) через систему или описывают некоторую последовательность событий, происходящих в моделируемой системе.

В настоящее время появились различные обобщения рассмотренной концепции структуризации, когда структура моделируемого процесса изображается в виде потока, проходящего через обслуживающие устройства и другие элементы СМО: сети очередей, графы потоков, структурно-стохастические графы и др. Дуги на графах интерпретируются как потенциальные потоки заявок между обслуживающими устройствами. Пути на графах соответствуют маршрутам движения заявок в системе обслуживания.