Luận văn thạc sĩ kĩ thuật petri net và ứng dụng mô phỏng hệ thống hàng đợi

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH DOANH VÀ CÔNG NGHỆ HÀ NỘI -ooo - PHẠM VĂN DƯƠNG PETRI NET VÀ ỨNG DỤNG MÔ PHỎNG HỆ THỐNG HÀNG ĐỢI Chuyên ngành : Kỹ thuật phần mềm Mã số : 60.48.01.03 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Người hướng dẫn khoa học: TS LÊ QUANG MINH Hà Nội, 2016 TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH DOANH VÀ CƠNG NGHỆ HÀ NỘI CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc LỜI CAM ĐOAN Luận văn Thạc sĩ thực hướng dẫn thầy giáo TS Lê Quang Minh Để hoàn thành luân văn sở tìm kiếm, thu thập, nghiên cứu, tổng hợp phần lý thuyết phương pháp kĩ thuật trình bày văn nước giới Mọi tài liệu tham khảo nêu phần cuối luận văn Tôi cam đoan không chép cơng trình thiết kế luận văn tốt nghiệp người khác Hà Nội, ngày 01 tháng năm 2016 HỌC VIÊN Phạm Văn Dương MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC HÌNH MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG HÀNG ĐỢI 1.1 Vai trò hệ thống hàng đợi 1.1.1 Giới thiệu 1.1.2 Các thành phần 1.2 Các yếu tố hệ thống phục vụ : 1.2.1 Dòng yêu cầu đầu vào .5 1.2.2 Hàng đợi 1.2.3 Kênh phục vụ 1.2.4 Dòng yêu cầu đầu .6 1.2.5 Quy luật hoạt động hệ thống phục vụ 1.3 Trạng thái hệ thống phục vụ 1.3.1 Định nghĩa .8 1.3.2 Quá trình thay đổi trạng thái hệ thống phục vụ 1.3.3 Sơ đồ trạng thái: .9 Kết luận chương 1: 10 CHƯƠNG 2: MỘT SỐ KỸ THUẬT GIẢI BÀI TOÁN HÀNG ĐỢI .12 2.1 Mơt Số Kỹ Thuật Giải Bài Tốn Hàng Đợi Cơ Bản 12 2.1.1 Hệ thống hàng đợi cổ điển M/M/1 .12 2.1.2 Hệ thống hàng đợi M/M/1/K 15 2.1.3 Hệ thống hàng đợi M/M/m/k 17 2.1.4 Luật Little .20 2.2 Công cụ mơ tốn hàng đợi 24 2.2.1 Công cụ mô 24 2.2.2 Các thành phần 24 2.2.3 Mơ tả tốn học 26 2.2.4 Một số thuộc tính 27 2.3 Các Bước Giải Bài Toán Hàng Đợi Trên Petri Net .29 2.4 So Sánh Một Số Công Cụ Của Petri net .31 2.5 Các lĩnh vực hoạt động Petri Net 34 2.6 Các bước mơ phịng TNET 35 Kết luận chương 36 CHƯƠNG 3: ÁP DỤNG PETRI NET VÀO BÀI TOÁN MÔ PHỎNG HỆ THỐNG XE CẨU NÂNG HÀNG TRONG SIÊU THỊ .38 3.1 Thiết lập tốn hàng đợi khơng ưu tiên 38 3.2 Phân tích tốn hàng đợi 39 3.2.1 Phân tích u cầu tốn 39 3.2.2 Phân tích kết toán lý thuyết hàng đợi .41 3.3 Ứng dụng Petri nets mô toán hệ thống xe cẩu nâng hàng siêu thị 42 3.4 So sánh kết thu được: .45 3.4.1 So sánh phân bố theo hàm input, output .45 3.4.2 So sánh theo thời gian 57 Kết luận chương 3: Đánh giá kết mô 59 KẾT LUẬN 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO 62 DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Tiếng Anh Giải thích theo tiếng Việt CEC Current Event Chain Chuỗi kiện FEC Future Event Chain Chuỗi kiện tương lai P/T net Place/ Transition Network Một loại ngôn ngữ mô tả toán học, dựa lý thuyết tập hợp PLUS Programming Language Ngơn ngữ chương trình dựa mơ Under Simulation SNA System Numeric Attribute Thuộc tính số hệ thống PN Petri Nets Mạng Petri SPN Stichastic Petri Nets Các mạng Petri ngẫu nhiên DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Các thành phần hàng đợi Hình 1.2 Một số phương pháp áp dụng lý thuyết hàng đợi .8 Hình 1.3: Sơ đồ trạng thái hệ thống phục vụ 10 Hình 2.1 Mơ hình hàng đợi M/M/1 13 Hình 2.2 Sơ đồ tốc độ chuyển trạng thái 13 Hình 2.3: Mơ hình hệ thống M/M/1/K 15 Hình 2.4:Sơ đồ tốc độ chuyển trạng thái hệ thống M/M/1/K 16 Hình 2.5: Kí hiệu biểu đồ thời gian cho hàng đợi (kênh phục vụ) 18 Hình 2.6: Mơ hình hệ thống M/M/m/K 19 Hình 2.7: Petri Net mơ hệ thống hàng đợi M/M/m/K 23 Hình 2.8: Ví dụ Petri-net 24 Hình 2.9 Minh họa tính tiếp cận Petri Nets 27 Hình 2.10: Minh họa tính Petri Nets 28 Hình 2.11: Minh họa tính khơng có đường bao giới hạn Petri-net 28 Hình 2.12 :Minh họa tính bảo thủ Petri Nets 29 Hình 2.13: Lưu đồ giải tốn hàng đợi dựa Petri Nets .30 Hình 2.14:Bảng So Sánh Một Số Công Cụ Petri Net .32 Hình 3.1: Hình ảnh minh họa toán 38 Hình 3.2: Điều kiện tốn 39 Hình 3.3: Sơ đồ thuật toán 40 Hình 3.4: Mơ hình M/M/2/7 41 Hình 3.5: Mơ hình tốn theo mạng Petri 42 Hình 3.6: Các giá trị tham số đầu vào cho t1 45 Hình 3.7: Các giá trị tham số đầu vào cho t5 46 Hình 3.8: Các giá trị tham số đầu vào cho t6 46 Hình 3.9: Kết phân tích t 47 Hình 3.10: Kết phân tích p 47 Hình 3.11: Các giá trị thm số đầu vào cho t1 48 Hình 3.12: Các giá trị tham số đầu vào cho t5 48 Hình 3.13: Các giá trị tham số đầu vào cho t6 49 Hình 3.14: Bảng phân tích t 50 Hình 3.15: Bảng phân tích p .50 Hình 3.16: Các giá trị tham số đầu vào cho t1 51 Hình 3.17: Các giá trị tham số đầu vào cho t5 51 Hình 3.18: Các giá trị tham số đầu vào cho t6 52 Hình 3.19: Bảng phân tích t 53 Hình 3.20: Bảng phân tích p .53 Hình 3.21: Các giá trị tham số đầu vào cho t1 54 Hình 3.22: Các giá trị tham số đầu vào cho t5 54 Hình 3.23: Các giá trị tham số đầu vào cho t6 55 Hinh 3.24: Bảng phân tích t 56 Hình 3.25: Bảng phân tích p .56 Hình 3.26: Bảng so sánh trường hợp mô .57 Bảng 3.27 Bảng phân tích hoạt động 58 Bảng 3.28: Bảng phân tích hoạt động 60 58 Bảng 3.29 Bảng phân tích hoạt động 600 .59 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Ngày đời sống người nâng cao khoa học cơng nghệ đưa vào ứng dụng đời sống, xã hội nhiều, gặp nhiều hệ thống xây dựng dựa vào yếu tố đầu vào đầu Cụ thể: thông tin đầu vào đặc tả công việc, yêu cầu cần thực chúng coi đại lượng ngẫu nhiên Các yêu cầu đặc tả khối lượng công việc cần làm để đáp ứng cho thông tin đầu vào Thứ tự ưu tiên cơng việc (trước, sau) thời gian hồn thành khối lượng cơng việc Đó hệ thống như: Sân bay, mạng máy tính, mạng điện thoại, hệ thống xe cẩu nâng hàng phục vụ siêu thị… Các hệ thống gọi “ hệ thống phục vụ đám đông “ hay “ hệ thống hàng đợi “ Trên thực tế Các hệ thống phục vụ đám đơng có đặc thù phức tạp việc nghiên cứu, phát triển cho đưa hệ thống vào sử dụng phải đạt hiệu suất cao Nên phải tính tốn, thiết lập thật rõ ràng, kỹ lưỡng đặc tả chúng sát với thực tiễn điều kiện cho phép Do cần xây dựng mơ hình tốn học cho hệ thống Mơ tả trình làm việc thành phần, cự tương tác qua lại chúng theo thời gian khơng gian để giảm thiểu chi phí tối đa cho hoạt động đặc tả hệ thống.Vì câu hỏi đặt “Cần có đơn giản hóa đặc điểm hệ thống phục vụ đám đơng dạng mơ hình, Dùng phương pháp luận , công cụ mô nào" Với Petri Net ta giải đáp câu hỏi đặt [7,12] Petri Net ngôn ngữ mơ hình hóa với phương pháp xây dựng mơ hình tốn học hệ thống cách phân tích hệ thống thành khối chức [1,9,10] việc áp dụng cách tiếp cận mô vấn đề quan trọng ảnh hưởng dến công việc lựa chọn cơng cụ, vậy, u cầu lựa chọn, so sánh, đánh giá công cụ Petri Net vào ứng dụng mô đề tai mang ý nghĩa khoa học có tính thực tiễn cao, lý lựa chọn đề tài “ Petri Net ứng dụng mô hệ thống hàng đợi “ cho luận văn tốt nghiêp Thạc Sĩ Đối tượng phạm vi nghiên cứu Trên sở nghiên có, luận văn dã dựa định hướng xây dựng mô hệ thống phục vụ đám đông sử dụng công cụ Petri Net vào tốn tính hiệu xuất làm việc xe cẩu nâng hàng siêu thị - Lý thuyết hàng đợi: lý thuyết hàng đợi, mô tả hệ thống hàng đợi Nghiên cứu kỹ thuật để giải toán hàng đợi đại lượng liên qua - Công cụ Petri Net : nghiên cứu tổng quan công cụ, ngôn ngữ mô phục vụ hệ thống hàng đợi Tập chung nghiên cứu công cụ Petri Net cách áp dụng vào tốn - Áp dụng vào thực tiễn: Phân tích tốn “ Tính hiệu xuất làm việc xe cẩu nâng hàng siêu thị“ lý thuyết hàng đợi,tạo mơ hình Petri Net, đánh giá so sánh kết Hướng nghiên cứu đề tài Luận văn tập chung nghiên cứu mô hinh hàng đợi kiến thức Tìm hiểu cơng cụ mô Petri Net cách xử lý toán Hiểu thành phần hệ thống hàng đợi Nắm bắt công cụ mô Petri Net, từ vận dụng vào giải toán ... giá công cụ Petri Net vào ứng dụng mô đề tai mang ý nghĩa khoa học có tính thực tiễn cao, lý lựa chọn đề tài “ Petri Net ứng dụng mô hệ thống hàng đợi “ cho luận văn tốt nghiêp Thạc Sĩ Đối tượng... THUẬT GIẢI BÀI TOÁN HÀNG ĐỢI .12 2.1 Mơt Số Kỹ Thuật Giải Bài Tốn Hàng Đợi Cơ Bản 12 2.1.1 Hệ thống hàng đợi cổ điển M/M/1 .12 2.1.2 Hệ thống hàng đợi M/M/1/K 15 2.1.3 Hệ thống. .. đề tài Luận văn tập chung nghiên cứu mô hinh hàng đợi kiến thức Tìm hiểu cơng cụ mơ Petri Net cách xử lý toán Hiểu thành phần hệ thống hàng đợi Nắm bắt công cụ mô Petri Net, từ vận dụng vào giải