Портал GPSS.RU

Д. Н. Верзилин, В. Ф. Волков, Т. Г. Максимова

ОПЫТ ПРИМЕНЕНИЯ GPSS WORLD ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ УПРАВЛЕНИЯ АКТИВНЫМИ ПОДВИЖНЫМИ ОБЪЕКТАМИ


 

 

        

В рамках общей проблемы комплексного моделирования процессов оперативно-го мониторинга и управления активными подвижными объектами (АПО) [2] разработа-на имитационная модель функционирования автоматизированной системы управления (АСУ) АПО.
Процессы функционирования АСУ определяются повторяющимися циклами операций (циклами управления). Каждому виду АПО соответствует некоторый цикл управления, включающий операции взаимодействия средств АСУ с АПО и операции обработки информации на средствах АСУ [1]. Для упрощения описания процессов управления АПО средства АСУ разделены на две группы с условными названиями: «средства взаимодействия» и «средства обработки информации». Средства первой группы работают в реальном масштабе времени при выполнении операций взаимодей-ствия. Средства второй группы необходимы для обработки информации при подготов-ке к операциям взаимодействия и для анализа результатов этих операций. Работа средств второй группы планируется с условием, что обработка информации должна быть завершена до начала соответствующей операции взаимодействия.
Средства АСУ сконцентрированы на территориально распределенных пунктах обслуживания (ПО), непосредственно взаимодействующих с АПО и пунктах управления (ПУ), координирующих работу пунктов обслуживания. Для выполнения операции взаи-модействия АПО должен находится в зоне видимости соответствующего ПО.
Модели функционирования АСУ АПО разрабатывались в интересах исследова-ния пропускной способности АСУ. Для различных конфигураций АПО и условий функционирования АСУ требовалось определить частоты невыполнения входящих в состав циклов управления операций взаимодействия, а также распределения интерва-лов времени между невыполненными операциями.
При исследовании пропускной способности АСУ АПО необходимо различать две ситуации, влекущие невыполнение операции взаимодействия. Первая ситуация свя-зана с отсутствием свободных ПО, укомплектованных работоспособными средствами взаимодействия и находящихся в зоне видимости АПО. Вторая ситуация возникает в тех случаях, когда средства обработки информации, размещенные на ПО и ПУ, не ус-певают завершить свою работу до начала соответствующей операции взаимодействия.
Перечисленные особенности АСУ АПО как объекта моделирования диктуют не-обходимость описания как событий, наступающих в соответствии с планом (связанных с началом и завершением операций взаимодействия), так и случайных (выход из строя средств АСУ, влияние случайной фоновой нагрузки на средства обработки информа-ции и т.п.). Процессы функционирования АСУ АПО легко описываются с использова-нием транзактно-ориентированного подхода, что предопределило использование GPSS World [3] в качестве среды моделирования.
Исходные данные, определяющие состав средств, размещенных на ПО, зоны види-мости АПО, циклы управления и др., представлены в матричной форме. Исходные данные вводились в модель из текстовых файлов, содержащих матрицы. Процедуры ввода и анализа матриц были написаны на алгоритмическом языке PLUS, встроенном в GPSS World.
Исходя из целей моделирования сформированы следующие основные матрицы.
1. Матрица зон видимости ПО.
Размерность: <число временных интервалов в пределах цикла> х <количество ПО>.
Элементы матрицы: 1, если АПО находится в зоне видимости ПО на данном ин-тервале; 0 – в противном случае.
2. Матрица оснащенности ПО.
Размерность: <количество типов средств > х <количество ПО>.
Элементы матрицы: 1, если средство данного типа размещено на ПО; 0 – в про-тивном случае.
3. Матрица циклов управления.
Размерность: <число временных интервалов в пределах цикла> х <количество альтернативных последовательностей операций>.
Элементы матрицы представляют собой номера матриц, в свою очередь содер-жащих последовательности операций, выполняемых на интервале.
4. Матрицы последовательностей операций.
Размерность: <максимальное число операций в последовательности> х <количе-ство параметров>.

Матрица содержит следующие параметры последовательности операций:
1-й столбец содержит номера средств, выполняющих операции;
2-й столбец состоит из 0 и 1, причем, 1 соответствует резервной операции (такая операция не выполняется в том случае, если была выполнена на предыдущем этапе);
3-й столбец определяет принадлежность средства (0 – ПО, 1 – ПУ).
4-й столбец содержит среднее время выполнения операции;
5-й столбец состоит из 0 и 1, причем 1 соответствует случаю операции передачи данных, тогда в следующее в списке средство одновременно работает на прием инфор-мации;
6-й столбец определяет вероятность выполнения операции;
7-й столбец определяет среднее время восстановления средства после сбоя.
5. Матрица интервалов, на которых начинается подготовительная обработка ин-формации для проведения операции взаимодействия.

Размерность: <число временных интервалов в пределах цикла>х 2
Элементы первого столбца: 1, если на интервале начинается обработка инфор-мации, 0 – в противном случае. Второй столбец содержит номера интервалов, на кото-рых выполняется соответствующая операция взаимодействия.
Перечисленные матрицы использовались для формирования заявок на примене-ние средств АСУ, представленных в модели многоканальными и одноканальными об-служивающими устройствами.
Использовался «жадный» алгоритм планирования операций взаимодействия. При поступлении заявки на выполнения операции определялся готовый к работе ПО с максимальной по длительности зоной видимости. В случае отсутствия таких ПО опера-ция не выполнялась.
Работа средств обработки информации планировалась исходя из временной и логической связи между операциями взаимодействия. Если две операции взаимодейст-вия выполнялись в логической последовательности, то вначале обрабатывались резуль-таты первой операции, а затем проводилась подготовительная обработка информации для второй операции.
Имитационные эксперименты позволили получить сведения о пропускной спо-собности АСУ при управлении системами АПО различной конфигурации и количест-венного состава.
Анализировались ситуации, связанные с отсутствием средств АСУ, готовых к про-ведению операций взаимодействия с АПО, и ситуации, при которых операции не выпол-нялись в связи с тем, что не была подготовлена вовремя необходимая информация.
Типичное распределение интервалов времени между отказами в выполнении операций взаимодействия (по причине отсутствия готовых средств АСУ) приведено на рисунке.

Исследование зависимости пропускной способности АСУ от интенсивности фо-новой нагрузки на средства обработки информации позволило выявить конфигурации АПО, для которых незначительное увеличение нагрузки приводило к резкому сниже-нию пропускной способности АСУ (многократному росту количества невыполненных операций взаимодействия).
Опыт подтверждает эффективность и удобство использования программной сис-темы GPSS World для моделирования гибких технологических процессов с элементами планирования работы и перераспределения обслуживающих устройств.


 

 

         Литература

1. Калинин В.Н. Теоретические основы управления подвижными объектами и опера-циями их обслуживания. – МО, 1989. – 224 с.
2. Верзилин Д.Н., Охтилев М.Ю., Соколов Б.В. Комплексное моделирование про-цессов оперативного мониторинга и управления активными подвижными объекта-ми//Опыт практического применения языков и программных систем моделирования в промышленности и прикладных разработках. Сборник докладов 1-й Всероссий-ской научно-практической конференции ИММОД-2003. СПб., –Т. 1. 2003. С. 80–84.
3. Томашевский В.Н., Жданова Е.Г. Имитационное моделирование в среде GPSS. – М.:Бестселлер, 2003. – 412 с.

 


Распечатано с портала GPSS.RU (c) Д. Н. Верзилин, В. Ф. Волков, Т. Г. Максимова , 2005 г.