离散事件动态系统仿真

我要我的音乐第4章离散事件动态系统仿真我要我的音乐4.1离散事件系统与模型基本概念4.3离散事件系统仿真策略4.4排队系统仿真我要我的音乐离散事件系统简介离散事件系统是指系统状态由事件驱动的一类系统。银行服务系统是一种简单的离散事件系统，属于排队论。特别是近年来涌现出了一大批反映现代科学技术成果的人造系统，如计算机通信网络、柔性制造系统(FMS)、计算机集成制造系统(CIMS)、现代城市交通网络、军事指挥中的C3I系统等等，是一类非常复杂的系统。我要我的音乐离散事件系统简介与传统的物理系统不同，这类系统中均存在着大量的离散事件过程，其运行规律难以用物理定律加以描述，而是服从于一些人为的规则。系统普遍投资巨大，运行费用昂贵，如何提高系统的利用率和运行效率是决策者、设计者与使用者普遍关注的研究课题，迫切需要在理论方面进行深入的研究。我要我的音乐简单的离散事件例子某银行如图示，只有一个服务台为顾客提供服务，顾客随机地以1~8分钟间隔到达，到达间隔时间等概率出现的。顾客到达后如服务台空闲则接受服务，否则排入队列等待，直到最后得到服务并离开系统，排队规则先到先服务(FIFO)。服务时间为1~6分钟，也是等概率出现。假定顾客到达间隔时间及服务时间取整数值。要求对该系统进行10个顾客的仿真，并给出其运行情况的评价，如顾客的平均等待时间，服务台的忙闲程度等。我要我的音乐简单的离散事件例子服务台等候队列进入队列顾客离去顾客12345678910到达间隔时间—861838723服务时间4143245453我要我的音乐基本数据及手动仿真手动仿真关键是计算如下页图示仿真表，根据需要处理的相关问题而设计。第一个顾客在0时刻到达，立即开始接受服务，并在4时刻结束其服务，该顾客在系统中逗留4分钟，第二个顾客在第8时刻到达，并能立即开始接受服务，此前服务台空闲4分钟，同理可考查第三个顾客，第4个顾客的到达的时间为15，因为此时服务台正在为第三个顾客服务，它需等待3个时刻，并在18时刻时接受服务，这个过程可以继续进行下去，直到全部10个顾客处理完毕。我要我的音乐手动仿真数据列表我要我的音乐离散事件仿真系统手动仿真所关心的内容主要有:顾客在系统中平均逗留时间、服务台空闲概率、顾客在队列中的平均等待时间、顾客需要等待的概率、需要等待的顾客的平均等待时间。顾客在系统中平均逗留时间=顾客在系统中总的逗留时间/顾客总数=44/10=4.4离散事件系统手动仿真我要我的音乐离散事件仿真系统评价指标服务台空闲概率=服务员总空闲时间/仿真运行时间=(18/53)*100%=34%顾客在队列中的平均等待时间=顾客在系统中总的逗留时间/顾客总数=9/10=0.9顾客需要等待的概率=等待的顾客数/顾客总数*100%=(3/10)=30%我要我的音乐离散事件仿真系统评价指标需要等待的顾客的平均等待时间=顾客在系统中总的等待时间/等待的顾客数=9/3=3.0仿真结果表明，系统的功能是很好的，只有30%的顾客需要等待，平均等待的时间为0.9分钟，大约34%的时间服务台是空闲的。我要我的音乐离散事件动态系统所研究的主要问题上面的仿真实例虽然简单，但却表明了离散事件仿真中需要解决的主要问题，包括如下几个方面：1)如何确定输入数据的模式(如到达间隔时间分布与服务时间分布)?2)如何生成具有某一特定统计分布的随机变量?3)什么样的问题可由离散事件仿真解决?4)仿真是如何设计及实现的?5)仿真需要运行多长时间?我要我的音乐离散事件动态系统所研究的主要问题6)为了统计目的，需要运行多少次不同的仿真?7)为了分析仿真结果，需要采用什么样的统计技术?上面这种较小计算量的仿真是可以通过手动仿真实现的，但这种方式解决的问题的复杂性是极为有限的。通常需要仿真的顾客数是远远大于10的，为了进行统计，需要运行的仿真次数也将是很多的，因此应用计算机进行离散事件仿真是必须的。我要我的音乐4.1离散事件系统与模型我要我的音乐离散事件动态系统DEDS（DistributedEventDynamicSystem)固有的随机性，对这类系统的研究往往十分困难。经典的概率及数理统计理论和随机过程理论虽然为这类系统提供了理论基础，并能对一些简单系统提供解析解。对工程实际中的大量实用系统，唯有依靠计算机仿真技术才能提供较为完整的结果。难点􀁺核心问题􀁺建立描述系统动态行为的仿真模型不存在规范、形式化的、解析的形式通常用流程图、状态转移图的形式我要我的音乐4.1.1描述离散事件系统的基本要素事件活动进程临时实体：在系统中只存在一段时间的实体(顾客)。永久实体：永远驻留在系统中的实体(服务员)。实体引起系统状态变化的行为，用于协调两个实体之间的同步活动和信息传递。比如顾客到达、离开、设备故障等。通常用于表示两个可以区分的事件之间的过程，它标志着系统状态的转移.例如顾客开始接受服务到服务结束之间。进程由若干个有序事件及若干个有序活动组成,它描述了所包含的事件及活动间的相互逻辑关系及时序关系。顾客到达事件服务开始事件服务结束事件排队活动服务活动进程我要我的音乐离散事件仿真的基本要素实体（Entity）：实体是系统的成分，如出纳员、顾客、机床、毛胚等。临时实体和永久实体。临时实体，如银行服务系统中的顾客，永久实体，如银行服务系统中的出纳员；属性(Attribute)：每一实体具有的有效特征称为实体属性，如银行服务系统中顾客到达时间，队列中等待的优先级，出纳员忙与闲等；状态（State）：实体状态是指在某一时刻该实体的所有属性值，系统状态由系统中各实体的状态合成。在银行系统中，一般状态有服务台忙闲，等待服务的顾客数，队列长度等；我要我的音乐活动（Activity）：任何使系统状态发生某种变化的过程或行为。一般活动具有一定的持续时间，如顾客在银行中接受出纳员服务的过程称为服务活动；事件（Event）：改变系统状态的某一瞬时事变称为事件。事件通常发生在活动的开始或结束时刻；进程（Process）：实体的进程是由若干个该实体若干事件及活动构成的，它包含了这些事件和活动的逻辑关系和时序关系，例如，顾客的到达，排队、再经过出纳员服务到离去构成了一个进程。我要我的音乐事件、活动及进程的概念顾客3顾客2顾客1出纳员E1E2E3E4E5E6时间顾客2的进程顾客2的活动其中：E事件，X顾客到达，--实体闲，—实体忙XXX我要我的音乐4.3离散事件系统仿真模型和策略4.3.1离散事件系统仿真模型仿真程序的主要成分仿真时钟：仿真时间的当前值；事件表：有关未来事件表，包括事件名称和时间；系统状态变量：描述系统状态的变量；初始化子程序：用于模型初始化；事件子程序：每一类事件的服务程序；调度子程序：将未来事件插入事件表中的子程序；时钟推进子程序：根据事件表决定下次事件，然后将仿真时钟推进到该事件发生的时刻；随机数产生子程序：产生给定分布的随机数的子程序；输出函数子程序：用于系统性能分析的子程序；统计计数器：用来存放与系统性能分析有关的统计数据的各变量值；主程序：调用上述各子程序并完成仿真任务的全过程。我要我的音乐仿真程序的流程管理仿真时钟的推进方式时间步长法初始化时间步长加1考察实体或活动发生事件或变化处理事件子程序v改变各种状态，记录各种数据是否仿真完毕输出结果NYNY我要我的音乐仿真程序的流程管理仿真时钟的推进方式事件步长法初始化事件步长加1在当前步长内考察，分析计算，记录系统的活动是否到达预定仿真时间？输出结果NY我要我的音乐仿真程序的流程管理仿真时钟的推进方式两者都是以时间增量来考察系统状态的变化，在时间步长法中，仿真时钟以等步长前进；事件步长法中，仿真时钟的步长取决于事件之间的间隔；时间步长法在一个步长内，认为系统所处的状态相同，所选步长大小将影响系统仿真的精度；事件步长法中，每个事件的发生不需要人为的选取步长，步长的大小对仿真精度影响较小；时间步长法每步进一个步长就要对整个系统进行一次全面考察，即使状态没发生变化也要扫描；事件步长法只有在某一事件发生时才进行扫描；事件步长法与时间步长法的主要区别:我要我的音乐仿真程序的流程管理事件表事件表是一个有序的记录表，每个记录包括事件发生的时间、事件类型等内容；在某些离散事件的仿真中，采用事件表的形式进行调度；同时事件管理方法同时同类事件管理混合同时事件管理：一步法和解结法我要我的音乐4.3离散事件系统仿真模型和策略4.3.2离散事件系统仿真策略仿真过程的控制和事件的调度方法，即采用什么样的方法安排事件并推进仿真时间，目前主要存在三种仿真策略。我要我的音乐4.3.2离散事件系统仿真策略事件调度法用事件的观点分析真实系统，通过定义事件及每个事件引起系统状态的变化，按时间顺序确定并执行每个事件发生时有关的逻辑关系；1)执行初始化操作初始时间和结束时间设置初始化事件表，设置系统初始事件成分状态初始化2）操作事件表取出具有t(s)=min{ta|aCA}}事件记录修改事件表3）推进仿真时钟TIME=t(s)While(TIME结束时间）根据事件类型执行相应的事件处理程序取出具有t(s)=min{ta|aCA}}事件记录置仿真时间TIME=t(s)endwhile我要我的音乐4.3.2离散事件系统仿真策略事件调度法程序结构我要我的音乐4.3.2离散事件系统仿真策略活动扫描法我要我的音乐4.3.2离散事件系统仿真策略活动扫描法在具体实现时所采取的措施我要我的音乐4.3.2离散事件系统仿真策略活动扫描法的算法我要我的音乐4.3.2离散事件系统仿真策略活动扫描法程序结构我要我的音乐4.3.2离散事件系统仿真策略进程交互法我要我的音乐4.3.2离散事件系统仿真策略我要我的音乐4.3.2离散事件系统仿真策略进程交互法程序结构我要我的音乐4.4排队系统仿真排队系统组成1)到达模式：临时实体按怎样的规律到达，一般用到达时间间隔来描述。平均到达时间间隔：Ta=T/a平均到达速率：单位时间内到达的临时实体1/Ta到达时间的分布函数A0(t)：到达时间间隔大于t的概率到达时间变化系数：到达间隔时间的标准差与平均到达间隔时间的比值2）服务机构：指同一时刻有多少服务台可以接纳临时实体，他们的服务要多长时间；3）排队规则：先到先服务、后到先服务、随机服务、优先权服务。我要我的音乐4.4排队系统仿真排队系统的性能的性能指标我要我的音乐4.4排队系统仿真排队系统的性能的性能指标我要我的音乐单服务台排队系统我要我的音乐离散事件仿真模型的设计与实现仿真时钟(CLOCK)的推进机制及其相应的仿真方法离散事件系统仿真进行的是一种动态仿真，即仿真过程与时间有关，所以在仿真过程中按仿真时钟的推进机制离散事件仿真分为以下两类：1．面向时间间隔的仿真方法仿真时钟按较小且相同的时间间隔向前推进，推进一步需判断在所推进的这一时间间隔内是否有事件发生，并依此来改变系统状态变量值。我要我的音乐2．面向事件的仿真方法仿真时钟每次推进到系统中下一事件将要发生的时刻。因为两个事件的发生间隔通常是非固定的，并大多具有随机性，因此每次时钟推进的时间间隔是不同的。由于面向时间间隔的仿真方法中，在每一时间间隔内发生的事件都被当作在该时间间隔的末端发生来处理，这为仿真带来了误差。该方法的另一个缺点是当两个相邻事件间的时间相差比所给定的时间间隔大很多时，仿真器可能要连续推进多个时间间隔，但并不会产生任何影响，系统的状态也不会产生任何改变，无疑这会降低仿真系统运行的效率。因此，当今离散事件仿真多采用面向事件的仿真方法。面向时间间隔的仿真方法适用于系统中状态变量很多时的场合。我要我的音乐3．仿真模型的设计事件调度法事件调度法是面向事件的仿真方法中最主要的方法，框图如下图示。应用事件调度法进行离散事件仿真，需建立一未来事件表(FEL)，对未来事件进行排序，仿真时钟每次推进时，扫描未来事件表，并将时钟推进到下一最早发生事件的发生时刻并在FEL中清除、执行该事件，同时对系统状态变量、统计变量进行相应调整，产生的新未来事