Hệ thống bán hàng đợi và bài toán mô phỏng hoạt động kiểm soát nhập cảnh của cửa khẩu sân bay quốc tế nội bài

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ &&& NGUYỄN THẾ TÙNG HỆ THỐNG HÀNG ĐỢI VÀ BÀI TOÁN MÔ PHỎNG HOẠT ĐỘNG KIỂM SOÁT XUẤT NHẬP CẢNH CỦA CỬA KHẨU SÂN BAY QUỐC TẾ NỘI BÀI LUẬN VĂN THẠC SỸ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN Hà Nội, 2015 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ &&& NGUYỄN THẾ TÙNG HỆ THỐNG HÀNG ĐỢI VÀ BÀI TOÁN MÔ PHỎNG HOẠT ĐỘNG KIỂM SOÁT XUẤT NHẬP CẢNH CỦA CỬA KHẨU SÂN BAY QUỐC TẾ NỘI BÀI Chuyên ngành: Kỹ thuật Phần mềm Mã số: 60 48 01 03 LUẬN VĂN THẠC SỸ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN Người hướng dẫn khoa học Chủ tịch hội đồng TS Lê Quang Minh PGS.TS Lê Sỹ Vinh Hà Nội, 2015 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn thực hiện, hoàn thành sở tìm kiếm, thu thập, nghiên cứu, tổng hợp phần lý thuyết phương pháp kĩ thuật trình bày tài liệu công bố nước giới Các tài liệu tham khảo nêu phần cuối luận văn Luận văn không chép nguyên từ nguồn tài liệu khác Nếu có sai sót, xin chịu trách nhiệm 2 MỤC LỤC Chương GIỚI THIỆU 1.1 Mục tiêu phạm vi nghiên cứu 1.2 Phương pháp nghiên cứu 1.3 Kết đạt 1.4 Cấu trúc luận văn Error! Bookmark not defined Chương TỔNG QUAN VỀ LÝ THUYẾT HÀNG ĐỢI Error! Bookmark not defined 2.1 Vai trò lý thuyết hàng đợi Error! Bookmark not defined 2.2 Khái quát hệ thống hàng đợi Error! Bookmark not defined 2.2.1 Các thành phần hệ thống hàng đợi Error! Bookmark not defined 2.2.2 Các tham số đặc trưng hệ thống hàng đợi Error! Bookmark not defined 2.2.3 Kí hiệu Kendall A / B / m / K / n / D Error! Bookmark not defined 2.2.4 Luật Little Error! Bookmark not defined 2.3 Một số phân phối xác suất quan trọng Error! Bookmark not defined 2.3.1 Phân phối Bernoulli Error! Bookmark not defined 2.3.2 Phân phối nhị thức Error! Bookmark not defined 2.3.3 Phân phối đa thức Error! Bookmark not defined 2.3.4 Phân phối Poisson Error! Bookmark not defined 2.3.5 Phân phối Erlangian (Gamma) Error! Bookmark not defined 2.4 Một số mô hình hàng đợi Error! Bookmark not defined 2.4.1 Hệ thống hàng đợi cổ điển M/M/1 Error! Bookmark not defined 2.4.2 Hệ thống hàng đợi M/M/m Error! Bookmark not defined 2.4.3 Hệ thống hàng đợi M/M/1/K Error! Bookmark not defined 2.4.4 Hệ thống hàng đợi M/M/m/K Error! Bookmark not defined Chương NGHIÊN CỨU CÔNG CỤ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG HÀNG ĐỢI GPSS WORLD Error! Bookmark not defined 3.1 Các hướng tiếp cận mô Error! Bookmark not defined 3.2 Giới thiệu số công cụ ngôn ngữ mô Error! Bookmark not defined 3.3 Ngôn ngữ mô GPSS Error! Bookmark not defined 3.3.1 Giới thiệu ngôn ngữ GPSS Error! Bookmark not defined 3.3.2 Những điểm bật ngôn ngữ GPSS Error! Bookmark not defined 3.3.2.1 Cung cấp hàm phân phối xác suất có sẵn Error! Bookmark not defined 3.3.2.2 Cung cấp khả xử lý đa nhiệm, đa luồng với mức ưu tiên khác Error! Bookmark not defined 3.3.3 Các ứng dụng công cụ mô GPSS World Error! Bookmark not defined 3.3.4 Một số khái niệm GPSS World Error! Bookmark not defined 3 3.3.5 Các thực thể GPSS Error! Bookmark not defined 3.3.5.1 Các thực thể động Error! Bookmark not defined 3.3.5.2 Các thực thể khối Error! Bookmark not defined 3.3.5.3 Các thực thể thiết bị Error! Bookmark not defined 3.3.5.4 Các thực thể tĩnh Error! Bookmark not defined 3.3.5.5 Các thực thể tính toán Error! Bookmark not defined 3.3.5.6 Các thực thể lưu trữ Error! Bookmark not defined 3.3.5.7 Các thực thể nhóm Error! Bookmark not defined 3.3.6 Cú pháp lệnh GPSS Error! Bookmark not defined 3.3.7 Các khối GPSS Error! Bookmark not defined 3.3.7.1 Các khối làm việc với giao tác Error! Bookmark not defined 3.3.7.2 Các khối làm việc với Facilities Error! Bookmark not defined 3.3.7.3 Các khối làm việc với QUEUE Error! Bookmark not defined 3.3.7.4 Các khối dùng để điều khiển dịch chuyển giao tác Error! Bookmark not defined 3.3.8 Một số hàm thư viện Error! Bookmark not defined 3.3.9 Các bước phân tích mô toán GPSS World Error! Bookmark not defined Chương ỨNG DỤNG CÔNG CỤ MÔ PHỎNG VÀO MÔ PHỎNG HỆ THỐNG HÀNG ĐỢI THỰC TẾ Error! Bookmark not defined 4.1 Phát biểu toán Error! Bookmark not defined 4.2 Phân tích toán Error! Bookmark not defined 4.3 Phân tích kết toán lý thuyết hàng đợi Error! Bookmark not defined 4.3.1 Thời điểm có lưu lượng khách trung bình Error! Bookmark not defined 4.3.2 Thời điểm có lưu lượng khách đông Error! Bookmark not defined 4.4 Mô toán công cụ mô GPSS World Error! Bookmark not defined 4.4.1 Mô thời điểm có lưu lượng khách trung bình Error! Bookmark not defined 4.4.2 Mô thời điểm có lưu lượng khách đông Error! Bookmark not defined 4.5 Thực mô với giá trị tham số khác Error! Bookmark not defined 4.5.1 Thời điểm có lưu lượng khách trung bình Error! Bookmark not defined 4.5.2 Thời điểm có lưu lượng khách đông Error! Bookmark not defined 4.5.3 Thực mô để dự báo nhu cầu tương lai Error! Bookmark not defined 4.6 Đánh giá kết mô Error! Bookmark not defined Chương KẾT LUẬN Error! Bookmark not defined 5.1 Kết luận Error! Bookmark not defined 5.2 Hạn chế kiến nghị Error! Bookmark not defined 4 DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Tiếng Anh Giải thích theo tiếng Việt CEC Current Event Chain Chuỗi kiện GPSS General Purpose Simulation System Ngôn ngữ mô hệ thống GPSS FEC Future Event Chain Chuỗi kiện tương lai PLUS Programming Language Under Simulation Ngôn ngữ chương trình dựa mô Ký hiệu Giải thích theo tiếng Việt KSV Kiểm soát viên SBQT Sân bay quốc tế XNC Xuất nhập cảnh DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1 Các tham số đặc trưng hệ thống hàng đợi Bảng 2.2 Các thành phần kí hiệu Kendall Bảng 2.3 Một số hàm phân phối xác suất ký hiệu Kendall Bảng 3.1 Một số khối làm việc với giao tác Bảng 3.2 Một số khối làm việc với thiết bị Bảng 3.3 Một số khối làm việc với QUEUE Bảng 3.4 Một số khối điều khiển dịch chuyển giao tác Bảng 4.1 Kết mô thời điểm có lưu lượng khách trung bình Bảng 4.2 Kết mô thời điểm có lưu lượng khách đông Bảng 4.3 Kết mô với số lượng khách trung bình theo ngày Bảng 4.4 Dự báo số lượng hành khách XNC tương lai Bảng 4.5 Kết mô dự báo nhu cầu tương lai 6 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 2.1 Các thành phần hàng đợi Hình 2.2 Đồ thị hàm mật độ Erlang có n mức……………………………………… Hình 2.3 Mô hình hàng đợi M/M/1 Hình 2.4 Sơ đồ tốc độ chuyển trạng thái hệ thống M/M/1 Hình 2.5 Mô hình hệ thống M/M/1/K Hình 2.6 Sơ đồ tốc độ chuyển trạng thái hệ thống M/M/1/K Hình 2.7 Mô hình hệ thống M/M/m Hình 2.8 Sơ đồ tốc độ chuyển trạng thái hệ thống M/M/m Hình 2.9 Mô hình hệ thống M/M/m/K Hình 3.1 Mối quan hệ đối tượng Hình 3.2 Minh họa segment Hình 3.3 Mô hình chương trình mô hệ thống hàng đợi đơn giản Hình 3.4 Minh họa chương trình mô GPSS World Hình 4.1 Quy trình kiểm soát XNC……………………………………………… Hình 4.2 Mô hình Hệ thống kiểm soát XNC SBQT Nội Bài…………………… Chương GIỚI THIỆU Lý thuyết hàng đợi giải trải nghiệm không dễ chịu sống, chờ đợi Hiện nay, toán “Lý thuyết hàng đợi” hay “Lý thuyết phục vụ đám đông” ứng dụng rộng rãi thực tế nhiều lĩnh vực, ngành nghề khác bưu viễn thông, siêu thị, xăng, hàng không, đường sắt, y tế, [9, tr.11] Trong hệ thống hàng đợi thường xuyên diễn hai trình: Quá trình phát sinh yêu cầu trình phục vụ yêu cầu Song trình phục vụ hệ thống, nhiều nguyên nhân khác nhau, thường xảy tình trạng sau: Quá trình phục vụ không đáp ứng yêu cầu đặt dẫn đến nhiều yêu cầu phải đợi để phục vụ; ngược lại, xảy tình trạng khả phục vụ hệ thống vượt yêu cầu sử dụng dịch vụ, kết hệ thống không sử dụng hết phương tiện phục vụ Yêu cầu đặt phải đánh giá hiệu hoạt động hệ thống, tính toán hay dự báo khả khả phát triển hệ thống để có đầu tư cách phù hợp để vừa nâng cao chất lượng dịch vụ, vừa tránh lãng phí đầu tư không hợp lý [2, tr.1] Để giải toán trên, tìm kiếm giải mô hình toán học, tìm giải thuật sử dụng ngôn ngữ lập trình truyền thống (C++, Pascal, Java,…) để xây dựng chương trình đưa kết cần tìm Tuy nhiên việc sử dụng công thức toán học mà lý thuyết hàng đợi cung cấp để tính toán, mô hệ thống cách sử dụng ngôn ngữ lập trình truyền thống phức tạp, khó khăn, lập trình phải quản lý kiện theo mô hình nhiều kiện xảy đồng thời phải xây dựng hàm ngẫu nhiên sinh kiện Chính vậy, xuất công cụ ngôn ngữ mô chuyên dụng GPSS (General Purpose Simulation System), Petri Nets, MatLab,…GPSS thuộc loại ngôn ngữ lập trình hướng đối tượng, ngôn ngữ mô hệ thống phức tạp rời rạc, nhận định hiệu Các đối tượng ngôn ngữ sử dụng tương tự thành phần chuẩn hệ thống hàng đợi yêu cầu đầu vào, đầu ra, thiết bị phục vụ, hàng đợi,… Với tập hợp đầy đủ thành phần vậy, GPSS cho phép xây dựng mô phức tạp đảm bảo thuật ngữ thông thường hệ thống hàng đợi [1, tr.6] Vấn đề nghiên cứu ứng dụng ngôn ngữ mô GPSS phổ biến phát triển giới Tuy nhiên, Việt Nam vấn đề chưa ứng dụng rộng rãi, ứng dụng lĩnh vực quản lý xuất nhập cảnh (XNC) Trên sở nghiên cứu có, luận văn tập trung vào mục tiêu vấn đề cần giải sau: 1.1 Mục tiêu phạm vi nghiên cứu Luận văn tập trung nghiên cứu mô hình hàng đợi số kiến thức “ Lý thuyết hàng đợi”, tìm hiểu công cụ mô hàng đợi GPSS World với mục tiêu hiểu thành phần hệ thống hàng đợi, số mô hình hàng đợi phân phối xác suất quan trọng, nắm công cụ mô hàng đợi GPSS World ngôn ngữ mô GPSS, để từ vận dụng vào giải toán thực tế 1.2 Phương pháp nghiên cứu Trong luận văn lựa chọn phối hợp nhiều phương pháp nghiên cứu khác phù hợp với khả yêu cầu đề tài, bao gồm phương pháp nghiên cứu sau: - Phương pháp phân tích, tổng hợp: nghiên cứu tài liệu có liên quan tới vấn đề hệ thống hàng đợi công cụ mô hệ thống hàng đợi, phân tích để rút vấn đề cốt lõi, sau tổng hợp xâu chuỗi lại để có nhìn tổng thể vấn đề nghiên cứu - Phương pháp nghiên cứu thực tiễn: tìm hiểu thực trạng sử dụng công cụ mô hệ thống hàng đợi GPSS để giải toán thực tế Từ đó, đưa đánh giá hiệu việc sử dụng công cụ mô hệ thống hàng đợi - Phương pháp thực nghiệm: thực nghiệm nhằm xác định tính khả thi, hiệu công cụ mô phỏng, cách cài đặt chạy thực nghiệm công cụ mô toán kiểm soát XNC sân bay quốc tế Nội Bài 1.3 Kết đạt Từ việc nghiên cứu “ Lý thuyết hàng đợi” công cụ mô hệ thống hàng đợi GPSS World, luận văn tập trung làm rõ thành phần hệ thống hàng đợi, số mô hình hàng đợi bản, quy luật phân phối ngẫu nhiên quan trọng; sở lí thuyết, định nghĩa, cấu trúc ngôn ngữ GPSS Đồng thời vận dụng kiến thức lý thuyết có vào việc giải toán kiểm soát XNC sân bay quốc tế Nội Bài thông qua công cụ mô GPSS World Từ kết thu đưa phân tích đánh giá khuyến nghị xây dựng hệ thống kiểm soát XNC sân bay quốc tế Nội Bài để đạt hiệu suất cao dự báo nhu cầu phát triển tương lai để tính toán đầu tư xây dựng sở hạ tầng, bổ sung trang thiết bị nhân lực đáp ứng yêu cầu công tác 9 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Lê Quang Minh, Phan Đăng Khoa (2010), “Công cụ GPSS cho toán mô hệ thống phục vụ đám đông”, Báo cáo tổng hợp đề tài cấp ĐHQGHN, Viện Công nghệ thông tin – Đại học Quốc Gia Hà Nội [2] Lê Quang Minh, Phan Đăng Khoa, Nguyễn Thế Tùng, Nghiêm Thị Hoa (2015), “Nghiên cứu mô hệ thống hàng đợi” – Kỷ yếu Hội nghị Quốc gia lần thứ VIII Nghiên cứu ứng dụng Công Nghệ thông tin (FAIR), Hà Nội 2015; Tiếng Anh [3] JOHN A GUBNER (2006) “Probability and Random Processes for Electrical and Computer Engineers”, the United States of America by Cambridge University Press, New York [4] Robert B.Cooper (1981) “Introduction To Queueing Theory”, Elserier North Holland [5] Raj Jain (2008) “Introduction To Queueing Theory”, Washington University in Saint Louis [6] John D.C Little and Stephen C Graves, “Little's Law” [7] William Stallings (2000), “Queuing Analysis” [8] Ivo Adan and Jacques Resing (2002), “Queueing Theory”, Department of Mathematics and Computing Science, Eindhoven University of Technology, P.O Box 513, 5600 MB Eindhoven, The Netherlands [9] Dr János Sztrik, “ Basic Queueing Theory”, University of Debrecen, Faculty of Informatics University of Debrecen Faculty of Informatics [10] Andreas Willig (1999) “A Short Introduction to Queueing Theory”, Technical University Berlin, Telecommunication Networks Group [11] “GPSS World reference manual” (2000), Minuteman Software P.O Box 131 Holly Springs, NC 27540-0131 U.S.A [12] Alan Pilkington, Royal Holloway(2005), “GPSS – Getting Started”, University of London [13] “GPSS World Tutorial Manual” [14] http://www.minutemansoftware.com [...]... (2010), “Công cụ GPSS cho bài toán mô phỏng các hệ thống phục vụ đám đông”, Báo cáo tổng hợp đề tài cấp ĐHQGHN, Viện Công nghệ thông tin – Đại học Quốc Gia Hà Nội [2] Lê Quang Minh, Phan Đăng Khoa, Nguyễn Thế Tùng, Nghiêm Thị Hoa (2015), “Nghiên cứu mô phỏng các hệ thống hàng đợi – Kỷ yếu Hội nghị Quốc gia lần thứ VIII về Nghiên cứu cơ bản và ứng dụng Công Nghệ thông tin (FAIR), Hà Nội 2015; Tiếng Anh [3]