Имитационная модель функционирования системы управления транспортом.

Филатов Игорь Николаевич,

докторант Михайловской Военной Артиллерийской Академии,

Черенков Андрей Анатольевич.

Имитационная модель функционирования системы управления транспортом предназначена для определения показателей внутренней эффективности системы путем имитации процессов приема, обработки и передачи информации. Информация поступает в систему дискретно в виде транзактов (единичных квантов информации), которые требуют определенной обработки элементами системы. Кроме того, элементы способны сами генерировать потоки информации и передавать их для последующей обработки другими элементами.

При этом существенными свойствами потоков информации являются: вид потока. Вид потока «слева» описывает потоки из вне, а «снизу» и «сверху» - от других элементов системы; тип потока внутри вида; время обработки транзакта потока, распределенное по некоторому закону; приоритетность обслуживания транзактов потока; время «жизни» транзакта потока; конечный адресат; интенсивность потока.

Основными выходными параметрами модели являются:

- общее количество транзактов (по видам и типам), поступивших в систему;

- загрузка каждого элемента системы;

- число обслуженных транзактов по видам и типам;

- среднее время обслуживания транзактов по видам и типам;

- вероятность своевременной обработки и доведения информации каждого типа каждого вида для каждого элемента системы в целом.

Основные ограничения и допущения, принятые в модели:

- временные задержки на передачу информации от элемента к элементу учитываются во времени обработки;

- потоки информации являются пуассоновскими с известными законами распределения времени между двумя транзактами потока;

- время обработки транзакта потока является случайной величиной с известным законом распределения.

Обязательными атрибутами структуры элементов являются:

- каждый элемент структуры либо управляющий, либо управляемый, либо и то и другое одновременно;

- существует по крайней мере один только управляемый элемент; существует один и только один только управляющий элемент;

- любой управляемый элемент непосредственно взаимодействует с одним и только одним управляющим;

- для организации взаимодействия между элементами на одном уровне иерархии могут организовываться дополнительные связи.

При этом количество элементов модели на каждом уровне иерархии (кроме первого) может меняться в зависимости от целей моделирования.

Каждый уровень иерархии включает в себя элементы с переменными составом и структурой.

Конкретная группа элемента может обрабатывать информацию только конкретного вида (сочетания видов).

Каждый элемент на каждом уровне иерархии может иметь подчиненного только ему исполнителя, количество каналов которого также является переменной величиной. При этом в элемент системы поступает информация в соответствии со схемой, показанной на рис.1.

Сформированная в соответствии с целями моделирования структура СУ является исходной для исследования процессов управления и обмена информацией, протекающих в системе.

Перед началом моделирования в интерактивном режиме задаются

- структура модели (количество элементов на каждом уровне иерархии, их подчиненность, характеристики исполнителей каждого элемента);

- характеристики каждого элемента (количество его групп, количество каналов в каждой группе, вид информации, обрабатываемой каждой группой, количество генераторов информации с описанием свойств потока информации для каждого генератора);

- количество внешних генераторов для каждого элемента с описанием свойств потока информации для каждого генератора;

- время моделирования и количество реализаций модели.

Рис. 1.

Информационная нагрузка на элемент системы.

Производится запуск модели. При этом:

- инициализируются генераторы потоков информации и счетчик модельного времени;

- обслуживание транзактов потоков производится по мере освобождения каналов групп элементов, но в соответствии с коэффициентом приоритета вновь пришедших транзактов. В отличие от этого, исполнитель принимает к обслуживанию транзакты по мере их поступления, независимо от приоритета обслуживания;

- обслуженные транзакты, дошедшие до конечных адресатов, выводятся в соответствующий счетчик, а затем покидают систему;

- транзакты с ограниченным временем «жизни» не дошедшие до адресата за это время, выводятся из системы через соответствующий счетчик;

- транзакты не попавшие к исполнителю по причине его полной загруженности, передаются в вышестоящий элемент (вплоть до самого верхнего уровня) для обслуживания и передачи исполнителю этого элемента.

На источниках информации (подвижных единицах) происходят изменения состояния, которые должны отражаться в базе данных путем соответствующего изменения в ней характеристик состояния указанных объектов. В соответствии с принятой в СУ дисциплиной сбора входной информации обновляемые данные от источников заносятся в базу данных.

Возможны следующие дисциплины сбора информации:

- по регламенту, когда информация собирается от источников и заносится в базу данных (БД) через постоянный период времени, установленный для СУ регламентом;

- сразу по изменении состояния объекта учета, когда информация поставляется от источников сразу после значимого изменения состояния одного или нескольких отслеживаемых объектов;

- независимо от состояния объектов учета, если информация от источников собирается не по регламенту и не сразу по изменении состояния объекта учета.

Для наиболее адекватного отражения в модели процессов сбора и доведения информации, в качестве дисциплины сбора принята смешанная дисциплина, реализующая сбор информации и по регламенту и по состоянию подвижных единиц.

Относительно запросов на выполнение технологических операций следует отметить, что интенсивность их поступления и дисциплина обслуживания полностью определяется характеристиками специального математического и программного обеспечения СУ и носит, как правило, регламентный характер.

По завершении количества реализаций модели фиксируется текущее состояние системы и определяются ее вероятностно-временные характеристики.

Очевидно, что это для получения адекватных оценок показателей эффективности требуется привлечение статистического аппарата, оперирующего различными законами распределения случайных величин, участвующих в модели. Особую роль при этом играет воспроизведение двумерных распределений с заданным или случайным коэффициентом корреляции, т.к. моделирование независимых случайных величин не представляет существенных затруднений [1, 2, 3]. Поэтому в моделе реализовано несколько алгоритмов, обеспечивающих моделирование двумерного нормального распределения.

Таким образом, описанная имитационная модель позволяет оценивать различные варианты состава и структуры комплекса средств информационного обеспечения с учетом динамики не только их работы, но и функционирования всей системы управления транспортом, а также влияния структурных характеристик вариантов на эффективность всей системы.

Литература.

1. Эндрюс Дж., Мак-Лоун Р. Математическое моделирование- М.:Мир, 1979.-277 с.

2. Шеннон Р. Имитационное моделирование систем - искусство и наука. - М.: Мир, 1978. - 418 с.

3. Абчук В.А. Справочник по исследованию операций / Под общ. ред. Матвейчука Ф.А. - М.: Воениздат, 1979. - 368 с.

Поступила в редакцию 17 июля 2007 г.