Nghiên cứu và sử dụng công cụ general purpose simulation system trong bài toán mô phỏng hàng đợi

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG NGHIÊN CỨU VÀ SỬ DỤNG CÔNG CỤ GENERAL PURPOSE SIMULATION SYSTEM TRONG BÀI TOÁN MÔ PHỎNG HÀNG ĐỢI Thái Nguyên - 2012 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN NGHIÊN CỨU VÀ SỬ DỤNG CÔNG CỤ GENERAL PURPOSE SIMULATION SYSTEM TRONG BÀI TOÁN MÔ PHỎNG HÀNG ĐỢI Chuyên ngành: Mã số: 60 48 01 TS Lê Quang Minh Thái Nguyên - 2012 i LỜI CAM KẾT Tôi xin cam đoan Luận văn thực hiện, hoàn thành sở tìm kiếm, nghiên cứu, tổng hợp phần lý thuyết phương pháp kĩ thuật trình bày văn nước giới Mọi tài liệu tham khảo nêu phần Luận văn Luận văn không chép nguyên từ nguồn tài liệu khác Nếu có sai sót, xin chịu trách nhiệm./ HỌC VIÊN Nguyễn Ngọc Thanh ii MỤC LỤC MỞ ĐẦU Chƣơng 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ HỆ THỐNG HÀNG ĐỢI .4 1.1 Mô tả hệ thống phục vụ 1.2 Các yếu tố hệ thống phục vụ 1.2.1 Cường độ dòng vào 1.2.1.1 Cường độ dòng vào tiền định 1.2.1.2 Cường độ dòng vào Poisson 1.2.2 Hàng chờ (Queue) 1.2.3 Kênh phục vụ 1.2.4 Dòng 1.2.5 Nguyên tắc phục vụ hệ thống dịch vụ 10 1.3 Trạng thái hệ thống phục vụ 10 1.3.1 Định nghĩa 10 1.3.2 Quá trình thay đổi trạng thái hệ thống phục vụ 11 1.3.3 Sơ đồ trạng thái 11 1.3.4 Qui tắc thiết lập hệ phương trình trạng thái 12 Chƣơng 2: .14 HIỆN TRẠNG MỘT SỐ CÔNG CỤ MÔ PHỎNG BÀI TOÁN HÀNG ĐỢI 14 2.1 Ngôn ngữ mô GPSS công cụ GPSS World 15 2.1.1 Giới thiệu ngôn ngữ GPSS 15 2.1.2 Sự đời ngôn ngữ GPSS 15 2.1.3 Những ưu điểm ngôn ngữ GPSS 16 2.1.4 Các ứng dụng công cụ mô GPSS World 17 2.2 Các công cụ mô sử dụng ngôn ngữ đặc tả Petri-net 19 2.2.1 Các khái niệm Petri-net 19 2.2.2 Mô tả toán học Petri-net 21 2.2.3 Một số thuộc tính Petri-net 22 2.2.4 Một số công cụ sử dụng ngôn ngữ Petri-net 23 2.2.5 Ứng dụng mạng Petri-net 24 iii 2.3 Ngôn ngữ lập trình Matlab 24 2.4 Ngôn ngữ lập trình Java 25 2.5 Ngôn ngữ lập trình C++ công cụ Visual Studio.net 26 Chƣơng 3: .28 NGHIÊN CỨU VỀ NGÔN NGỮ GPSS VÀ CÔNG CỤ GPSS WORLD 28 3.1 Tổng quan GPSS 28 3.2 Thao tác lệnh GPSS 31 3.3 Các đối tƣợng GPSS 32 3.4 Block GPSS 34 3.4.1 Block làm việc với Transactions 36 3.4.2 Facilities 39 3.4.3 Queue 40 3.4.4 Các Blocks dùng để điều khiển dịch chuyển Transactions41 3.4.5 Phân phối xác suất nội (Built-in Probability Distributions)41 3.5 GPSS World Student Version 42 Chƣơng 4: .45 SỬ DỤNG NGÔN NGỮ GPSS VÀO BÀI TOÁN THỰC TẾ 45 4.1 Quy trình ứng dụng GPSS mô hệ thống phục vụ đám đông 45 4.2 Bài toán 46 4.2.1 Bài toán 1: 46 4.2.1.1 Phân tích toán 46 4.2.1.2 Giải toán 49 4.2.1.3 Mô hình GPSS World 50 4.2.2 Bài toán 2: 57 4.2.2.1 Phân tích toán 57 4.2.2.2 Giải toán 60 4.2.2.3 Mô hình GPSS WORLD 61 65 Kiến 65 66 TÀI LIỆU THAM KHẢO 67 iv DANH MỤC CÁC Kí hiệu CHỮ VIẾT TẮT Diễn giải CEC Current Events Chain FEC Future Events Chain GPSS General Purpose Simulation System WoPeD TAPAAL Workflow Petri-net Designer Tool for Verification of Timed-Arc Petri-nets v DANH MỤC CÁC BẢNG, BIỂU Trang Bảng So sánh kết tính toán theo lý thuyết với tính toán GPSS với T = 480 phút 53 Bảng So sánh kết tính toán theo lý thuyết với tính toán GPSS với T = 3360 phút 56 63 vi DANH MỤC CÁC HÌNH Trang Hình 1.1: Mô hình hệ thống phục vụ Hình 1.2: Mô tả hệ thống phục vụ đám đông Hình 1.3: Sơ đồ trạng thái hệ thống phục vụ 12 Hình 2.1: Minh họa cửa sổ làm việc GPSS World 16 Hình 2.2: Ví dụ Petri-net 20 Hình 2.3: Minh họa tính tiếp cận Petri-net 22 Hình 2.4: Minh họa tính Petri-net 23 Hình 2.5: Minh họa tính đường bao giới hạn Petri-net 23 Hình 2.6: Minh họa tính bảo thủ Petri-net 23 Hình 2.7: Minh họa công cụ Netlab tích hợp tảng Matlab 24 Hình 2.8: Minh họa Applet: The Petri - Net - Simulator chạy Java 25 Hình 2.9: Minh họa công cụ YASPER phát triển công nghệ Net 26 Hình 3.1 Một hệ phục vụ đám đông đơn giản 35 Hình 3.2: Cửa sổ Untitled Model với Model hệ phục vụ đám đông đơn kênh hở Hình 3.3: Ví dụ cửa sổ Block Window 36 43 Hình 3.4: Ví dụ cửa sổ REPORT 43 Hình 4.1: Điều kiện toán 47 Hình 4.2: Cấu trúc mô hình phân tích 47 Hình 4.3: huật toán hoạt động mô hình mô 48 Hình 4.4: Điều kiện toán 58 Hình 4.5: Cấu trúc mô hình phân tích 58 Hình 4.6: huật toán hoạt động mô hình mô 59 MỞ ĐẦU Những năm gần đây, việc ứng dụng công nghệ thông tin vào hoạt động đời sống, xã hội cần thiết Trong thực tế, bắt gặp nhiều hệ thống thiết lập yêu cầu (của khách hàng), thời điểm xuất xem đại lượng ngẫu nhiên, nhu cầu đặc trưng khối lượng công việc phải làm để phục vụ, thứ tự ưu tiên trước sau, thời gian hoàn thành công việc toàn công việc Đó hệ thống như: Mạng điện thoại, mạng máy tính, hệ thống phục vụ sử dụng phòng máy thực hành, hệ thống quầy thu ngân siêu thị, hệ thống bán vé tự động, sân bay, Những hệ thống biết đến với tên gọi hệ thống phục vụ đám đông (hay hệ thống hàng đợi) [1] Nhìn chung hệ thống phục vụ đám đông hệ thống phức tạp, việc vận hành tính toán đặc trưng hệ thống để tư vấn cho nhà quản lý vấn đề cần thiết Trong khứ, có nhiều dự án xây dựng hệ thống phục vụ phức tạp dựa hàng chờ (Queue) không thành công không đặc tả xác toán thực tiễn Việc xây dựng mô hình toán học cho hệ thống cần thiết để giảm chi phí tối đa cho hoạt động đặc tả Khi tính chất đầy đủ mô hình mô cần đạt việc mô trình làm việc phần tử hệ thống với việc đảm bảo logic, quy tắc tương tác phát triển chúng, không gian thời gian Các câu hỏi đặt là: Làm để mô hệ thống phức tạp dạng đơn giản xác? Phương pháp khả thi nhất, tối ưu ? Có nhiều phương pháp đưa để giải toán như: Tính toán công thức toán học, xây dựng hệ thống phục vụ ngôn ngữ lập trình (Pascal, C++,…), mô công cụ mô (Matlab, Petri Network, …) Để xây dựng mô hình mô 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 (song song) với việc xây dựng hàm tạo ngẫu nhiên kiện (random) không đơn giản, xuất ngôn ngữ mô chuyên dụng Một ngôn ngữ chuyên dụng mô hệ thống phức tạp, rời rạc hiệu phổ biến General Purpose Simulation System (GPSS) [4], ngôn ngữ thuộc lớp ngôn ngữ hướng vấn đề Lĩnh vực áp dụng GPSS hệ thống phục vụ đám đông Đối tượng ngôn ngữ sử dụng tương tự như: Thành phần chuẩn hệ thống phục vụ đám đông; yêu cầu, thiết bị phục vụ, hàng đợi, … Tập hợp đầy đủ thành phần cho phép xây dựng mô phức tạp đảm bảo thuật ngữ thông thường hệ thống phục vụ đám đông Trên giới nói chung Liên bang Nga nói riêng, việc nghiên cứu ứng dụng GPSS phổ biến phát triển Tuy nhiên việc triển khai ứng dụng công cụ mô GPSS giải toán hệ thống phục vụ đám đông Việt Nam Trên sở nghiên cứu có, luận văn dựa định hướng xây dựng mô hệ thống phục vụ đám đông sử dụng công cụ GPSS vào Bài toán phân phối sử dụng phòng máy thực hành trường đại học Luận văn gồm chương với nội dung mô tả sơ đây: Chƣơng Cơ sở lý thuyết hệ thống hàng đợi: Cơ sở lý thuyết phục vụ đám đông bao gồm mô tả hệ thống phục vụ nói chung như: yếu tố hệ thống phục vụ ( dòng vào, dòng ra, hàng chờ, kênh phục vụ), trạng thái hệ thống (quá trình thay đổi trạng thái hệ thống phục vụ, sơ đồ trạng thái, quy tắc thiết lập hệ phương trình trạng thái) data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read ...ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN NGHIÊN CỨU VÀ SỬ DỤNG CÔNG CỤ GENERAL PURPOSE SIMULATION SYSTEM TRONG BÀI TOÁN MÔ PHỎNG HÀNG ĐỢI Chuyên ngành: Mã số: 60 48 01 TS Lê Quang Minh... khai ứng dụng công cụ mô GPSS giải toán hệ thống phục vụ đám đông Việt Nam Trên sở nghiên cứu có, luận văn dựa định hướng xây dựng mô hệ thống phục vụ đám đông sử dụng công cụ GPSS vào Bài toán phân... để giải toán như: Tính toán công thức toán học, xây dựng hệ thống phục vụ ngôn ngữ lập trình (Pascal, C++,…), mô công cụ mô (Matlab, Petri Network, …) Để xây dựng mô hình mô cách sử dụng ngôn