RU1775725C - Устройство дл моделировани веро тностного графа - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к вычислительной технике и может быть использовано при моделировании процессов функционировани  сложных систем. Цель изобретени  - повышение точности и расширение функциональных возможностей за счет обеспечени  моделировани  систем с множеством узлов обработки. Цель достигаетс  за счет того, что дополнительно введена группа последовательно соединенных блоков моделей ребер графа, в состав каждого из которых введены пороговый элемент, п тый элемент ИЛИ, четвертый элемент И, формирователь импульсов. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

Description

Изобретение относитс  к вычислительной технике и может быть использовано при моделировании процессов функционировани  сложных систем.

Известно устройство дл  моделировани  веро тностного графа, содержащее три генератора случайных сигналов, ключ, два триггера, генератор входных сигналов, од- новибратор, два генератора импульсов с регулируемой частотой и скважностью, два элемента запрета, два блока индикации, три элемента ИЛИ, два элемента И и элемент НЕ, причем выход первого генератора случайных сигналов соединен с информацион- ным входом ключа, выход которого соединен со счетным входом счетчика, выход которого подключен к первым входам элементов запрета и к входу первого элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом сброса первого триггера, выходы второго и третьего генераторов случайных сигналов соединены соответственно с установочным входом второго триггера и с входом второго элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом сброса второго триггера, пр мой и инверсный выходы которого соединены соответственно с вторыми входами первого и второго элементов запрета, выходы которых соединены соответственно с объединенными входами первого и второго элементов И и третьего элемента ИЛИ, выходы первого элемента И и третьего элемента ИЛИ соединены соответственно с информационными входами первого и второго блоков индикации, выход генератора импульсов с регулируемыми частотой и скважностью соединен с входом первого элемента И и через первый элемент НЕ - с входом второго элемента И, вход сброса устройства соединен с входами сброса блоков индикации и с входами первого, второго и четвертого элементов ИЛИ.

Недостатками известного устройства  вл ютс  низка  точность моделировани  из-за отсутстви  учета при моделировании процессов технического обслуживани  сиеXJ

(Л Х4

1чэ ел

темы; узкие функциональные возможности и область применени  за счет отсутстви  возможности моделировани  более одного ребра веро тностного графа системы одновре- менно; отсутствие учета всех ситуаций, возникающих в моделирующем устройстве дл  точной индикации его веро тностных характеристик .

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому  вл етс  устройство дл  моделировани  веро тностного графа, дополнительно содержащее третий элемент И, четвертый элемент ИЛИ и последовательно соединенные второй генератор импульсов с вторым элементом НЕ, выход второго генератора импульсов подключен к первому входу третьего элемента И, выход которого подключен к третьему входу третьего элемента ИЛИ, выход генератора входных сигналов подключен к второму входу третьего элемента И, выход второго элемента НЕ соединен с первым входом четвертого элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к выходу одновибратора, а выход четвертого элемента ИЛИ подключен к установочному входу счетчика.

Недостатками этого устройства  вл ютс  невысока  точность моделировани :во- первых, в прототипе генераторы отказов и восстановлений независимы, что принципиально не позвол ет достичь произвольной требуемой точности моделировани  надежности системы, так как в реальной системе принципиально не позвол ет достичь произвольной требуемой точности моделировани  надежности системы, так как в реальной системе принципиально не возникают ситуации двойного отказа без восстановлени  по первоначальному отказу, а потоки отказов и восстановлени  зависимы - вернее, поток восстановлений св зан (хот  бы статистически ) с потоком отказов; во вторых, в прототипе в силу его структуры имеет место ограничение на закон формировани  входных импульсов (моделирующих количество работ): импульс инициализации очередной работы (с генератора 18 - в нумерации прототипа ) может сформироватьс  лишь после окончани  моделировани  выполнени  предыдущей работы, иначе он будет потер н , а рейультаты моделировани  искажены; в-третьих, начало процесса технического обслуживани  (ТО) системы, совпавшее с процессом выполнени  работы , также искажает результаты измерени , так как не фиксируетс  в блоках индикации; узкие функциональные возможности, не позвол ющие моделировать системы с множеством узлов обработки (что, собственно; и  вл етс  истинным веро тностным графом

системы, где ребра графа моделируют веро тности успешной обработки некоторого задани  определенным узлов системы, а вершины - передачу обработанного задани  другому отрабатывающему узлу системы .

Целью изобретени   вл етс  повышение точности моделировани  и расширение функциональных возможностей за счет

0 обеспечени  моделировани  систем с множеством узлов обработки.

На фиг. 1 приведена структурна  схема устройства дл  моделировани  веро тностного графа; на фиг.2 - структурна  схема

5 блока модели ребра графа.

Устройство дл  моделировани  веро тностного графа (фиг.1) содержит генератор входных импульсов 1 и последовательно соединенные К блоков моделей ребер графа 2,

0 выход генератора импульсов соединен с информационным входом первого блока модели ребра графа, вход 3 запуска устройства соединен с входом запуска генератора 1 и с входами сброса всех блоков 2.

5Первый блок содержит (фиг.2) RSтриггер 4, ключ 5, генератор 6 случайных импульсов, счетчик 7, элементы ИЛИ 8-12, элемент ИЛИ, генератор 13 случайных сигналов , первый 14 и второй 15 генераторы

0 импульсов, пороговый элемент 16, элементы НЕ 17, 18, элементы И 19-22, первый 23

и второй 24 блоки индикации, формирователь 25 импульсов. Выход триггера 4 и генератора 6 случайных импульсов соединены

5 соответственно с управл ющим и информационным входами ключа 5, выход которого подключен к счетному входу счетчика 7, выход переполнени  которого соединен с входами элементов И 19 и 20 и ИЛИ 8, выход

0 которого подключен к входу сброса триггера 4, к установочному входу которого подключен информационный вход блока 2, и вход элемента И 21. Вход сброса блока соединен с входами элементов ИЛИ 8 и 9 и с входами

5 сброса блоков индикации 23 и 24. Выход элемента ИЛИ 9 соединен с входом сброса счетчика 7. Выход элемента ИЛИ 10 соединен с входом элемента И 22 (и с входом элемента И 26). Выход элемента ИЛИ 11

0 соединен с информационным входом блока индикации 24. Выход элемента ИЛИ 12 соединен с входом элемента И 20. Выход генератора случайного сигнала 13 соединен через пороговый элемент 16с входом эле5 мента НЕ 17 и с входом элемента И 12. Выход генератора импульсов 14 соединен с входами элемента НЕ 18 и элемента ИЛИ 12. Выход генератора импульсов 15 соединен с входами элемента И 21, формировател  25, элемента ИЛИ 9. Выходы элементов

И 17 и 18 соединены с входами элемента И

19,выход которого подключен к информационному входу блока индикации 23 и  вл етс  выходом блока 2. Выходы элементов И

20,21, 22 (и 26) соединены с входами элемента ИЛИ 11. Выход формировател  25 соединен с входом элемента И 22.

(Остальные блоки 2 - блоки могут иметь ту же конструкцию, однако, в цел х упрощени  их из их состава могут быть исключены узлы № 11, 12, 20, 21, 22, 24, 25 и 26, так как показатели, фиксируемые в блоках индикации 24 второго и последующих блоков 2, могут быть простым образом вычислены из остальных зафиксированных в блоках индикации блоков 2 параметров системы).

Устройство работает следующим образом .

На вход 3 запуска устройства подаетс  импульс запуска (возможно, от одновибра- тора, как в прототипе, или от любого устройства , например, от ЭВМ). По этому сигналу в блоках 2 устанавливаютс  в нулевое состо ние блоки индикации 23 и 24, через элемент ИЛИ 8 - триггер 4, через элемент ИЛИ 9 - счетчик 7; запускаетс  генератор импульсов 1. Генератор 1 может быть выполнен , например, так же, как и в прототипе, в виде генератора пачки импульсов, определ ющей объем выборки моделируемых работ ; генератор 1 начинает вырабатывать импульсы (по требованию пользовател  при соответствующей реализации генератора 1 - либо со случайным интервалом следовани , либо с регул торной частотой), поступающие в первый блок 2ч. Все блоки 21-2к работают аналогично; выходные импульсы одного блока 2  вл ютс  входными дл  последующего блока 2; поэтому рассмотрим функционирование блока 2i. Входной импульс (информационный) устанавливает триггер 4 в единичное состо ние, при этом открываетс  ключ 5. через который импульсы со случайным интервалом следовани  от генератора 6 начинают поступать на счетный вход счетчика 7, который дл  каждого импульса с генератора 1 (работы) моделирует случайное врем  выполнени  данной работы. Через случайный интервал времени счетчик 7 выдает импульс на выходе переполнени ; этот импульс поступает на входы элементов И 19 и 20, и на вход элемента ИЛИ 8, с выхода которого сбрасывает триггер 4 в нулевое состо ние, фиксиру  окончание выполнени  работы (по данному импульсу от генератора 1).

Первый генератор импульсов 14 (генераторы импульсов 14 и 15 выполнены аналогично генераторам 10 и 21 прототипа - по

нумерации прототипа - и представл ют собой генераторы импульсов с регулируемой частотой следовани  и скважностью) моделирует факт выполнени  соответствующей

работы или ее невыполнени , например, при загрузке данного ребра графа - узла обработки, включенного в совокупность последовательно включенных узлов обработки - обработкой других заданий, и т.д. при абсолютной надежности данного узла (его безотказной работе). При длительности импульсов (они могут также иметь случайную длительность и период следовани , или быть регул рными) - средней - г, и среднем

периоде Т, веро тность выполнени  работы составит Р (Т -т )/Т, а веро тность невыполнени  - соответственно Q г/Т.

Положительный потенциал на выходе генератора 14 соответствует интервалу времени , в котором работы, задаваемые генератором 1, не выполн ютс , при нулевом потенциале возможно выполнение работ (например, это означает, что данный узел обработки не зан т другими работами).

Аналогично, генератор случайных сигналов 13 (вырабатывающий аналоговый сигнал , амплитуда которого измен етс  по случайному закону) выдает сигнал на пороговый элемент, который при превышении

амплитудой сигнала с генератора 13 порогового уровн  выдает положительный потенциал , а при снижении уровн  входного сигнала ниже второго порогового уровн  - нулевой потенциал, моделиру  интервалы

отказа узла обработки (при положительном потенциале) и восстановлени  (нормальной работы) - при нулевом потенциале. Узел 16 может быть выполнен в виде двухпорогово- го амплитудного детектора (входные пороговые уровни опорного напр жени  не показаны на чертеже).

Таким образом, при безотказном интервале работы узла и его незан тости, на выходах элементов НЕ 17 и 18 - положительные потенциалы, и сигнал переполнени  со счетчика 7 проходит через открытый элемент И 19 на вход блока индикации 23 (подсчитывающего успешно выполненные работы). Блок индикации аналогично прототипу может быть выполнен в виде последовательно соединенных счетчиков и цифровых индикаторов (как дл  блока 23, так и дл  блока 34) (не показано на чертежах ).

В том случае, когда при по влении сигнала переполнени  счетчика 7 хот  бы один из сигналов с выходов генераторов 13 и 14 имеет положительное значение (соответственно - зан тость или отказ узла), элемент

И 19 закрыт, и импульс со счетчика 7 не поступает в блок индикации 23, но на выходе элемента ИЛИ 12 - положительный потенциал , и элемент И 20 закрыт, через него импульс переполнени  счетчика 7 поступает на вход элемента ИЛИ 11 и с него - на вход счета блока индикации 24. фиксиру  невыполнение данной работы.

Генератор 15 - также генерирующий импульсы с регулируемыми частотой следовани  и скважностью - моделирует процес- сы технического обслуживани  узла обработки 2. Аналогично, положительный потенциал на его выходе свидетельствует о процессе технического обслуживани  (ТО), а нулевой - о работе узла. Период импульсов определ ет периодичность ТО, а длительность - продолжительность ТО. При по влении импульса (положительного потенциала ) ТО на выходе генератора 15 устанавливает счетчик 7 в нулевое состо ние (независимо от его предыдущего состо ни ) через элемент ИЛИ 9 и удерживает его,в этом состо нии в течение длительности импульса ТО. При этом импульсы с генератора 1, поступающие в данный узел 21, через открытый элемент И 21 поступают на элемент ИЛИ 11 и на счет блоком 24, моделиру  невыполнение работ в течение интервала ТО.

% Важным моментом, отличающим описанное устройство от прототипа и повышающим точность работы,  вл етс  следующа  особенность конструкции устройства: при по влении сигнала ТО в интервале времени счета счетчика 7. что фактически означает прерывание выполн емой работы и ее невыполнение в конечном счете, этот факт фиксируетс  за вл емым устройством (и не фиксируетс  () прототипом , снижа  точность результатов моделировани ). Это осуществл етс  следующим образом: в интервале счета счетчика 7 хот  бы на одном из его разр дных выходов - положительный потенциал, что вызывает по вление на выходе элемента ИЛИ 10 положительного потенциала, открывающего элемент И 22. По вление в этом интервале времени сигнала о начале ТО, положительный фронт этого сигнала вызывает формирование блоком 25 короткого положительного импульса, который через элементы И 22 и ИЛИ 11 поступает на вход счетчика блока индикации 24.

Как указано выше, моделирование процессов отказов узла осуществл етс  в описанном устройстве блоками 13 и 16, что приближает процесс к реальным процессам отказов в системах обработки, где процессы восстановлени  работоспособности узлов

св заны статистически с процессами их отказов , Така  реализаци  процессов отказов и восстановлений в моделирующем описанном устройстве повышает точность моделировани , так как используемые прототипом два независимых генератора дл  имитации отказов и восстановлений не позвол ют принципиально реализовать требуемую статистическую зависимость.

0 Другой особенностью устройства  вл етс  обеспечение точности результатов моделировани  при произвольных законе распределени  времен выполнени  работ и интенсивности требований к их выполне5 нию. В прототипе, если в процессе моделировани  выполнени  некоторой работы поступает требование на выполнение следующей , происходит потер  этой новой работы (в результатах моделировани ).

0 Выполнение же услови , при котором максимальное врем  выполнени  работ (случайное , что затрудн ет выполнение этого услови ) меньше, чем минимальное врем  между требовани ми выполнени  очеред5 ных работ, значительно сужает область при- менени  прототипа и круг систем, моделируемых им. В описанном устройстве данное условие (ограничение) снимаетс ; в том случае, когда узел отрабатывает выпол0 нение некоторой работы (счетчик 7 - в режиме счета), поступающее требование новой работы на информационном входе проходит через открытый элемент И 26 (положительным потенциалом с выхода элемента

5 ИЛИ 10) и также фиксируетс  счетчиком блока 24, как невыполненна  работа, то есть - отказ в обслуживании.

Остальные блоки 2 работают аналогично первому, описанному. При этом дл  сле0 дующего блока 2 информационной последовательностью требований работ  вл етс  поток, снимаемый с выхода элемента И 19 - соответствующий потоку выполненных предыдущим узлом работ (с соответст5 вующими моментами по влени ).

Совокупность показаний блоков 23 и 24 всех блоков 2 позвол ет определить статистику выполнени  работ в совокупности последовательных обрабатывающих узлов

0 сложной системы, долю работ, котора  отвергаетс  каждым конкретным узлом этой совокупности. Следует отметить, что при произвольной выборке в узлах нет необходимости в совокупности блоков, пере5 численных ранее, и организующих счет соответствующего блока 24, так как совокупность отвергнутых данным узлом работ легко вычисл етс , как разность выполненных работ предыдущим узлом и числа работ, выполненных узлом 2 Таким образом, дополнительные узлы моделировани  ребер графа могут быть выполнены конструктивно значительно проще, чем первый. При фиксированной выборке с генератора 1, в указанных блоках нет необходимости и в узле 2i.

Счетчик 7,.выдав сигнал переполнени , должен быть вновь установлен в исходное (нулевое) состо ние. Если в реализации счетчика нет соответствующих цепей, это можно осуществить подключением его выхода переполнени  через элемент задержки к соответствующему (третьему) входу элемента ИЛИ 9 - (не показано на фиг.2). При этом интервал задержки выбираетс  таким, чтобы обеспечить срабатывание от импульса переполнени  последующих блоков узла 2.

Таким образом, описанное устройство позвол ет корректно формировать требуемую информацию при любых сочетани х моделирующих процессы в узлах системы сигналов: потерь работ из-за перехода к ТО (в интервале выполнени  очередной работы ), потерь их вследствие поступлени  требовани  до окончани  обработки предыдущей работы, взаимозависимости процессов отказов и восстановлений узлов. Кроме того, описанное устройство позвол ет моделировать совокупность последовательных узлов обработки в системах, что значительно расшир ет круг моделируемых систем.

Claims (2)

1. Устройство дл  моделировани  веро тностного , графа, содержащее последовательно соединенные генератор входных импульсов и блок модели ребра графа, вход сброса которого подключен к-входу запуска генератора входных импульсов и  вл етс  входом запуска устройства, причем первый блок модели ребра графа содержит последовательно соединенные генератор случайных импульсов, ключ, счетчик, последовательно соединенные первый элемент ИЛИ, RS-триггер, S-вход которого  вл етс  информационным входом блока, последовательно соединенные первый генератор импульсов, первый элемент НЕ, первый элемент И, первый блок индикации, вход сброса которого  вл етс  входом сброса блока, последовательно соединенные второй генератор импульсов, второй элемент И, второй элемент ИЛИ, второй блок индикации, вход сброса которого подключен к входу сброса первого блока индикации, а также генератор случайных сигналов, второй элемент НЕ, третий элемент И, третий элемент ИЛИ и четвертый элемент ИЛИ, первый вход которого подключен к первому входу первого

элемента ИЛИ и к входу сброса блока, выход- к входу сброса счетчика, выход переполнени  которого подключен к второму входу первого элемента ИЛИ, выход третьего элемента И подключен к второму входу второго

элемента ИЛИ, второй вход второго элемента И подключен к S-входу RS-триггера, выход которого подключен к управл ющему входу ключа, отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности и расширени 

функциональных возможностей путем обеспечени  моделировани  систем с множеством узлов обработки, дополнительно введена группа последовательно соединенных блоков моделей ребер графа, информационный вход первого из которых подключен к выходу блока модели ребра графа, а вход сброса каждого из которых подключен к входу запуска устройства, при- чем в каждый блок модели ребра графа введены последовательно соединенные пороговый элемент, п тый элемент ИЛИ, четвертый элемент И, а также формирователь импульсов, вход которого подключен к выходу второго генератора импульсов и к

второму входу четвертого элемента ИЛИ, а выход - к первому входу третьего элемента И, второй вход которого подключен к выходу третьего элемента ИЛИ, входы которого поразр дно подключены к информационному

выходу счетчика, выход переполнени  которого подключен к вторым входам первого и четвертого элементов И, выход последнего из которых подключен к третьему входу второго элемента ИЛИ, выход первого элемента И  вл етс  выходом блока, а третий вход подключен к выходу второго элемента НЕ, вход которого подключен к выходу порогового элемента, вход которого подключен к выходу генератора случайных сигналов, выход первого генератора импульсов подключен к второму входу п того элемента ИЛИ.

2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е- с   тем, что в каждый блок модели ребра

графа введен п тый элемент И, выход которого подключен к четвертому входу второго элемента ИЛИ, а первый и второй входы - соответственно к выходу третьего элемента ИЛИ и к S-входу RS-триггера.

да«/