GPSS World - система имитационного моделирования

GPSS World - система имитационного моделирования

Язык GPSS World

Системы, основанные на объектно-ориентированном языке GPSS World (общецелевая система моделирования).

Возможности языка:

n  визуальное представление информации - позволяют наблюдать и фиксировать внутренние механизмы функционирования моделей;

n  интерактивность - позволяет одновременно исследовать и управлять процессами моделирования;

n  встроенные средства анализа данных – позволяют легко вычислить доверительные интервалы и провести дисперсионный анализ;

n  автоматического создания и выполнения сложных отсеивающих и оптимизирующих экспериментов.

Общие сведения о системе GPSS World

Система GPSS World – это пакет программ, предназначенный для создания модели и моделирования дискретных систем (устройств, процессов и т.п.).

Моделируемая система представляется некоторой системой массового обслуживания. Предполагается, что ее можно представить из элементов некоторого типового набора узлов, называемых в GPSS World объектами.

n  Подготовка описаний моделируемых процессов, задание режимов и параметров моделирования и вывода результатов ведется с помощью встроенного редактора

n  С помощью языка системы  можно описать источники формирования входного потока заданий (транзактов), обслуживающие узлы, последовательность и алгоритм обработки заявок, формат вывода результатов.

n  Указывание параметров моделирования, выполнение компиляции и трансляцию созданной модели.

n  После запуска на моделирование и выполнения моделирования формируется отчет с результатами моделирования.

Основные определения

n  Транзакт – поток заданий.

n  Модель источника входного потока заявок (транзактов) - алгоритм, по которому вычисляются моменты появления заявок.

n  Устройство - это объект, который имеет несколько отличительных свойств, наиболее важным из которых является право его использования.

n  Модель устройства - описывает алгоритм выработки интервалов обслуживания. Чаще всего это алгоритм генерации значений случайной величины, распределенный по заданному закону. 

n  Накопитель (память), отображает средство хранения обрабатываемых данных (заявок) в вычислительных системах.

n  Модель памяти (накопителя) - представляет собой алгоритм распределения объема элемента памяти под обслуживаемые заявки.

n  Ключ представляет собой правило, по которому заявки направляются к тому или иному устройству.

n  Модель ключа (узла) - используется для переключения маршрутов движения заявок в устройства.

Устройство может обслуживать в каждый момент времени только одну заявку, а память - несколько.

Описание моделируемой системы (процесса) на языке GPSS World можно рассматривать как совокупность операторов, описывающих модели компонент и характеризующих процессы обработки заявок.

Объекты и процесс моделирования характеризуются некоторыми атрибутами, которые называют стандартными или системными числовыми атрибутами.

Имитационная модель представляет собой алгоритм, отражающий поведение системы массового обслуживания, т.е. отражающий изменения состояния системы во времени при заданных потоках заявок, поступающих на входы системы.

Блок-диаграмма представляет собой схему с графическими образами блоков и команд (т.е. операторов), соединенных между собой линиями. Существуют стандартные графические символы для их отображения. Создается до описания модели с помощью языковых средств.

Алгоритм имитационного моделирования

Имитационная модель представляет собой алгоритм, состоящий из упорядоченных обращений к моделям элементов - источников, устройств, памяти, узлов. Элементы осуществляют обработку транзактов, которые перемещаются через них в соответствии с алгоритмом.

Последовательность обращений к элементам определяется структурой и свойствами анализируемой системы, режимами ее функционирования.

Моделирование ведется в дискретном времени. В процессе имитации в модели происходит изменения дискретного времени. Каждое продвижение транзакта в модели является событием.

Время  изменяется после того, как закончена имитация очередной группы событий, относящихся к текущему времени ti. Изменение дискретного времени на единицу соответствует увеличению текущего времени ti на интервал Dt.

Процесс имитации заканчивается, когда текущее время t (в единицах дискретного времени) превысит заданное время TЗ или когда входные источники выработают заданное количество заявок.

Алгоритм имитационного моделирования

Для моделирования используется событийный метод. Соблюдение правильной временной последовательности имитации событий обеспечивается интерпретатором (планировщиком)GPSS World- программной системы, реализующей алгоритмы имитационного моделирования.

Выполнение оператора (команды) языка при запуске модели на моделирование - выполнение соответствующей подпрограммы. Если транзакт начал движение, он перемещается от оператора (блока) к оператору по пути, предписанному алгоритмом, заложенным в модели. В процессе моделирования транзакты входят в модель и покидают ее в определенные моменты времени в соответствии с теми логическими условиями, которые возникают в моделируемой системе.

Такое продвижение транзакта продолжается до тех пор, пока он не войдет в оператор, который его остановит или задержит. После начинается перемещение другого транзакта. Когда условия в модели изменятся, задержанный транзакт сможет продолжить свое движение.

Операторы языка описания модели

I. Операторы работы с транзактами:

1. Операторы, осуществляющие модификацию атрибутов транзактов:

генерирование и уничтожение транзактов: GENERATE, SPLIT, TERMENATE, ASSEMBLE;

временная задержка: ADVANCE;

синхронизация движения двух (MATCH) и нескольких (GATHER) изменение параметров транзактов: ASSIGN, INDEX, MARK, PLUS;

изменение приоритета транзакта: PRIORITY.

2. Операторы, изменяющие последовательность движения транзактов (операторы передачи управления): DISPLACE, TRANSFER, LOOP, TEST, GATE.

3. Операторы, связанные с группирующей категорией: ADOPT, ALTER, EXAMINE, JOIN, REMOVE, SCAN.

4. Операторы, описывающие объекты аппаратной категории: EQU, ENTER, LOGIC.

5. Операторы, сохраняющие необходимые значения для дальнейшего использования: SAVEVALUE, MSAVEVALUE.

6. Операторы, обеспечивающие получение статистических результатов: TABULATE, QUEUE.

7. Операторы для организации списка пользователя: LINK, UNLINK.

8.Операторы для организации ввода-вывода: OPEN/CLOSE, READ/WRITE.

9.Специальные операторы: BUFFER, COUNT, EXECUTE, INTEGRATION, TRACE, UNTRACE.

В записи оператора выделяют четыре части (четыре поля):

<метка> <название> <поле переменных> <комментарии>.

Операторы языка описания модели

II. Состояние устройства меняют операторы: SEIZE, RELEASE, PREEMPT, RETURN.

III. Память:

1. Описывается оператором STORAGE.

2. Изменение состояния памяти производится операторами ENTER, LEAVE, SUNAVAL, SAVAIL

Пример: В процессор с именем CPU поступает задача (заявка) с интервалами 2 единицы модельного времени, время решения задачи является случайной величиной равномерно распределенной в интервале [12,18] единиц времени. После завершения решения процессор освобождается и может решать следующую задачу:

GENERATE 2; генерация 2 транзактов

SEIZE CPU; занятие устройства

ADVANCES; задержка транзакта

RELEASE CPU; освобождение устройства

Система обеспечивает выполнение основных задач имитационного моделирования. С успехом используется и для моделирования бизнес-процессов.