1 Опис, встановлення границь і обмежень моделювання системи обробки повідомлень від датчиків та вимірюючих пристроїв на ЕОМ
Обробка інформації виконується на електронній обчислювальній машині, яка працює в системі управління технологічним процесом. До даної ЕОМ через кожні 7±2с. надходить інформація від датчиків та вимірювальних пристроїв. До обробки на ЕОМ повідомлення накопичуються в буферній пам'яті, після чого потрапляють для обробки в процесор. Час обробки повідомлень на ЕОМ складає 8±3 с.
Виконання моделювання вказаної системи потрібно провести в таких межах, де буде враховано лише основні задані характеристики роботи - інтервали надходження повідомлень від датчиків та обробки заявок процесором ЕОМ, як було сказано в описі дорівнюють відповідно 7±2с. та 8±3с.; ємність буферної пам'яті складає 1 повідомлення, і якщо при надходженні нового повідомлення пам'ять заповнена, повідомлення втрачається. Динаміка технологічного процесу така, що має сенс обробляти повідомлення, які чекають в буферній пам'яті не більше ніж 14 секунд. Інші повідомлення вважаються втраченими.
Вплив інших факторів (наприклад затримки при надходженні повідомлень, перепони на лініях, відмови в роботі тощо) можна не враховувати.
Потрібно провести моделювання надходження лише 440 повідомлень від датчиків та вимірювальних пристроїв.
Побудований імітатор системи повинен дозволяти швидко змінювати інтервали надходження повідомлень від датчиків та інтервали обробки заявок процесором ЕОМ, ємність буферної пам'яті та термін актуальності повідомлення. Потрібно мати змогу швидко виконувати моделювання заданої системи обробки повідомлень від датчиків та вимірюючих пристроїв на ЕОМ , при змінах кількості отриманих повідомлень від датчиків та часу їх обробки на ЕОМ.
Імітатор також має дозволяти зміну законів надходження і обробки повідомлень при необхідності відповідних змін у заданій системі, а також для перевірки роботи самого імітатора з допомогою математичних формул, шляхом порівняння результатів моделювання з математично отриманими характеристиками при таких законах надходження і обробки, для яких результат можливо розрахувати математичною.
При виконанні моделювання точність дозволяється зменшити за рахунок отримання значень складних неперервних функцій інтерполяцією по основним відомим точкам. Це дасть можливість збільшення швидкості моделювання системи обробки повідомлень від датчиків та вимірюючих пристроїв на ЕОМ .
2 Складання концептуальної моделі системи обробки повідомлень від датчиків та вимірюючих пристроїв на ЕОМ
2.1 Висування гіпотез, фіксація припущень необхідних та уточнення задачі моделювання для побудови моделі системи обробки повідомлень від датчиків та вимірюючих пристроїв на ЕОМ
Як видно з опису системи, вона складається із таких головних елементів: датчиків, ЕОМ та повідомлень що обробляються.
Через деякі випадкові моменти часу повідомлення від датчиків та вимірювальних пристроїв надходять до ЕОМ, для обробки.
При надходженні нової інформації в моменти часу, коли обчислювальний пристрій зайнятий, отримана від датчиків інформація потрапляє в буферну пам'ять за умови, що в ній є вільні блоки, або ж вона втрачається.
Після потрапляння інформації до обчислювального пристрою для обробки, яка триває певний випадковий час в заданому інтервалі, займається весь процесорний час.
Технологічного процес системи має таку динаміку, що має сенс обробляти лише ті повідомлення, що очікують в буферній пам'яті не більш ніж 12 секунд, а інші отримані повідомлення вважаються втраченими.
Висунемо гіпотези про те, що вказана система обробки повідомлень від датчиків та вимірюючих пристроїв на ЕОМ відноситься до класу систем масового обслуговування, тобто є дискретною стохастичною системою. Впливом таких чинників, як перешкоди на лініях, зупинки системи, можна знехтувати.
2.2 Побудова схеми функціонування реального процесу надходження та обробки інформації від датчиків
Дані, що надсилають датчики та вимірювальні пристрої, надходять до обчислювального пристрою системи обробки за рівномірним законом розподілу (рисунок 1).
Рисунок 1 — Схема роботи системи обробки повідомлень від датчиків та вимірювальних пристроїв
Система обробки інформації представлена ЕОМ. Якщо обчислювальний пристрій вільний, то відразу ж починається обробка даних, інтенсивність якої також змінюється за рівномірним законом розподілу; але якщо обчислювальний пристрій зайнятий, інформація або потрапляє в буферну пам'ять, якщо там є вільні блоки, або ж втрачається.
3 Математичний опис функціонування системи отримання повідомлень від датчиків ЕОМ та виконання їх обробки
Щоб виконати моделювання потрібно отримати математичний опис процесу надходження і обробки повідомлень ЕОМ, яка працює в системі управління технологічним процесом.
З отриманої концептуальної моделі було отримано схему взаємодії елементів даної системи обробки повідомлень від датчиків та вимірюючих пристроїв на ЕОМ . Побудована модель буде мати один процесор, який оброблятиме деяку чергу повідомлень від датчиків. Отже, припущення про те, що дану моніторингову систему процесу надходження і обробки повідомлень на ЕОМ у можна подати у вигляді одноканальної системи масового обслуговування (СМО), є підтвердженим. Так як у буферній пам'яті може бути не більше ніж одне повідомлення, то вказана СМО є СМО з обмеженою довжиною черги (рисунок 2).
Рисунок 2 — Схема роботи СМО, яка відповідає заданій системі обробки повідомлень від датчиків
СМО, що відповідає заданій системі обробки повідомлень від датчиків, може бути одному з трьох наступних станів:
S0 - "канал вільний";
S1 - "канал зайнятий" (черга відсутня);
S2 - "канал зайнятий" (в черзі стоїть одна заявка).
Так як інтервали часу надходження і обробки заявок (повідомлень) не є найпростішими (а отже - і інтенсивності надходження і обробки), то розрахувати характеристики даної системи обробки повідомлень математично неможливо, що викликає потребу виконання імітаційного моделювання цієї системи.
4 Опис імітаційної моделі системи обробки повідомлень від датчиків та вимірюючих пристроїв на ЕОМ
Як було показано попередньому розділі, процес надходження повідомлень від датчиків до ЕОМ та їх обробки на ЕОМ можна представити у вигляді СМО. Тобто, модель заданої системи є дискретною стохастичною системою.
Виконання імітаційного моделювання вказаного процесу надходження повідомлень від датчиків до ЕОМ та їх обробки на ЕОМ потребує проведення моделювання (імітацію) всіх подій, які можуть статись - отримання інформаційних повідомлень від датчиків, вхід і звільнення пам'яті ЕОМ, втрату даних після проходження часу їх актуальності чи повністю заповненій пам'яті, обробку повідомлень обчислювальним пристроєм.
Для проведення моделювання потрібно або буде організувати імітацію надходження транзактів в паралельному режимі, тому що в реальній системі надходження повідомлень від датчиків до ЕОМ та їх обробки на ЕОМ в один і той же момент часу можуть існувати кілька повідомлень від датчиків.
Отже, імітатор має працювати за таким алгоритмом:
- надходження повідомлення від вимірюючого пристрою;
- знищення повідомлення, якщо пам'ять заповнена;
- постановка повідомлення в пам'ять, якщо процесор ЕОМ зайнятий;
- знищення повідомлення, якщо воно вже не є актуальним;
- надходження повідомлення до обчислювального пристрою ЕОМ;
- звільнення місця в пам'яті;
- обробка повідомлення обчислювальним пристроєм ЕОМ деякий час;
- звільнення обчислювального пристрою ЕОМ;
- знищення повідомлення.
5 Програмування системи обробки повідомлень від датчиків та вимірюючих пристроїв на ЕОМ
Для виконання програмування моделі процесу надходження і обробки повідомлень на ЕОМ можна використати або з загальних мов програмування (Pascal, С++, Java) чи спеціалізованих мовах для моделювання дискретних стохастичних моделей (Simula, GPSS/PC, GPSS/World) - при описі потрібної імітаційної моделі було показано, що процес надходження і обробки інформаційних повідомлень є дискретним стохастичним процесом.
Pascal - мова програмування, що дозволяє виконати моделювання обмежений час, проте в ній існують істотні обмеження на розмір пам'яті та низька швидкість виконання. Інші загальні мови програмування С++ та Java дають багато технічних засобів для побудови програми-імітатора, в якому можна врахувати специфічні особливості процесів, що моделюються, а отримана програма зможе працювати на різних операційних платформах. Крім того мова Java має такий засіб як багатопотоковість, що може спростити організацію моделювання паралельного існування заявок та багато стандартних бібліотек, що дозволить спростити виконання деяких дій. Проте, написання програми з використанням багато потоковості займатиме багато часу, а зміна функціонування моделі вимагатиме значних змін у програмі так як виконання паралельних потоків може затримуватись в залежності від завантаження процесора.
Спеціалізовані мови програмування дозволяють виконувати моделювання лише найбільш загальних видів моделей, але можливостей таких мов цілком достатньо для виконання поставленої задачі моделювання процесу надходження і обробки повідомлень на ЕОМ та збору необхідної статистики, а головною перевагою є автоматична організація одночасного існування декількох повідомлень та їх обробки. Мова Simula дозволяє встановлювати багато параметрів та характеристик моделі і використовується для моделювання складних моделей. Мова GPSS/PC дає змогу виконувати моделювання простих моделей на ЕОМ, а тести програми є короткими і зрозумілими, що зменшує ймовірність помилок при програмуванні. На відміну від GPSS/PC, яка розроблена для MS-DOS® , мова GPSS/World розроблена , для операційної системи Microsoft® Windows® і включає в себе всі можливості GPSS/PC в поєднанні з зручною графічною оболонкою, 32-розрядним інтерпретатором, що швидко працює та автоматичним створенням текстових звітів[4].
Страницы: 1, 2, 3, 4
