GPSS World - Інститут телекомунікаційних систем

Лекция 3
Общая характеристика системы GPSS Word
1
Вопросы лекции
1.
2.
Отличительные особенности системы GPSS
Word
Основы моделирования в системе GPSS
Word
2
Отличительные особенности системы GPSS
Word
GPSS World – общецелевая система имитационного
моделирования, представляющая собой мощную среду
компьютерного моделирования общего назначения,
разработанную для профессионалов в области моделирования.
Разработчик - компания Minuteman Software (США)
GPSS World - комплексный моделирующий инструмент,
охватывающий области как дискретного, так и непрерывного
компьютерного моделирования, обладающий высочайшим
уровнем интерактивности и визуального представления
информации.
GPSS World разработан для оперативного получения
достоверных результатов с наименьшими усилиями. В системе
хорошо проработана визуализация процесса моделирования, а
также встроены элементы статистической обработки данных.
3
Отличительные особенности системы
GPSS Word
В основе GPSS World используется оригинальная система
компьютерного моделирования GPSS
General Purpose Simulation System – общецелевая система
моделирования, которая была разработана сотрудником
фирмы IBM - Джефри Гордоном в 1961 годуДжефри Гордоном в
1961 году ( для ЭВМ IBM) предназначенная для моделирования
процессов в системах массового обслуживания ( СМО)
1960 г
1984 г
2000 г
GPSS
GPSS/РС
GPSS World
Большие ЭВМ
(IBM, EC-1045,
EC-1060)
Персональные
Персональные
компьютеры (PC) компьютеры (PC)
GPSS World – это прямое развитие языка моделирования GPSS/РС
для ОС Windows имеет расширенные возможности, включая
пользовательскую среду с интегрированными функциями
работы с Интернет.
4
Отличительные особенности системы
GPSS Word
Основные версии:

GPSS I (1961)

GPSS II (1962)

GPSS III (1965)
 GPSS/360 (1967)

GPSS V (1975)

GPSS/H (1978)

GPSS/PC (1984)

Micro-GPSS (1) (1990)

GRAMOS-GPSS (1993)
(IBM )
(Wolverine Software)
( Minuteman Software )

GPSS World (1993)

Micro-GPSS (2) (1996). (упрощённая версия, предназначенная для
( Minuteman Software )
изучения языка GPSS и разработки простейших имитационных моделей
в сети интернет)
5
Отличительные особенности системы
GPSS Word


Сильная сторона GPSS World – это его прозрачность
для пользователя.
Суть прозрачности для пользователя


удачные имитационные модели являются очень ценными и
пригодны в течение длительного периода времени.
одним из наиболее эффективных, но наименее известных
преимуществ компьютерного имитационного моделирования
является возможность проникновения в самую суть
поведения системы, когда опытный профессионал в области
моделирования может видеть внутреннюю динамику в
наиболее важные моменты времени процесса
моделирования
6
Отличительные особенности системы
GPSS Word
Последняя версия GPSS World 5.2.2. (2007 г) включает в
себя эффективные средства моделирования, ориентированные
на пользователя

Транслятор
Высокоэффективный транслятор является частью программы GPSS
World, которая создает объекты “Процесс моделирования”.
Перед включением в объект “Процесс моделирования” все
операторы модели проходят трансляцию. Точно так же
интерактивные операторы транслируются в глобальной области
видимости прежде, чем они будут переданы существующему
объекту “Процесс моделирования”.

Архитектура
На уровне интерфейса GPSS World представляет собой реализацию
архитектуры “документ-вид”, общей для всех приложений
операционной системы Windows. Объекты могут быть открыты в
нескольких окнах, изменены и сохранены на постоянных
носителях информации. Привычное меню главного окна и
блокировка недоступных команд меню, не отвлекая внимания,
направляет пользователя к конечной цели. GPSS World был
разработан с целью достичь тесной интерактивности даже в
многозадачной среде с использованием виртуальной памяти. 7
Отличительные особенности системы GPSS
Word
Многозадачность
Многопоточная архитектура GPSS World позволяет совместно
запускать несколько процессов моделирования и
экспериментов. Одновременно выполняются не только
обновление окон, пользовательский ввод, дисковый вводвывод, печать и процесс моделирования, но также в одно и то
же время может быть запущено любое количество процессов
моделирования.

Виртуальная память
Процессы моделирования непосредственно не ограничиваются
размером физической памяти с произвольным доступом (ОЗУ), в
которой выполняется объект “Процесс моделирования”.
Используя механизм виртуальной памяти, модели могут
достигать размера до гигабайта. Количество объектов также
ограничивается только обеспечиваемым размером файла
подкачки. Для достижения оптимальной производительности
необходимо использовать значительный объем реальной
памяти. Выделение и управление памятью для объектов
происходит невидимо для пользователя. Объекты
автоматически создаются до тех пор, пока не потребуется
дополнительная информация.
8

Отличительные особенности системы
GPSS Word
Интерактивность
GPSS World поддерживает высокий уровень интерактивности даже
во время процесса моделирования. Используя команду главного
меню окна модели Command (Команда), ускоряющие
клавиши или настройки модели, закрепляя за
функциональными клавишами собственные команды, можно
передавать существующему объекту “Процесс моделирования”
любой оператор. Есть возможность использовать диалоговое
окно “Simulation Command” (“Команда”) для ввода операторов,
отсутствующих в выпадающем меню, а с помощью команды
INCLUDE можно посылать процессу моделирования
интерактивные операторы любой сложности.

Визуализация
GPSS World отличается высоким уровнем визуализации
выполняющегося процесса моделирования. Для наблюдения и
взаимодействия с процессом моделирования используются
двадцать различных окон, соответствующих большей части
объектов GPSS. Для получения, сохранения и печати
визуального представления состояния процесса моделирования
не требуется дополнительных усилий, кроме операций с
окнами.
9

Отличительные особенности системы
GPSS Word
Анимация
В GPSS World существует ряд анимационных возможностей.
Уровень их реализации изменяется от абстрактной
визуализации, не требующей никаких усилий, до высоко
реалистических динамических изображений, включающих в
себя сложные элементы, созданные пользователем.

Абстрактная анимация
В GPSS World встроена функция комплексной стилизованной
анимации. Эта функция обеспечивается большим количеством
окон, которые динамически отображают объекты GPSS в
процессе моделирования по мере изменения их состояния. Для
создания такой анимации не требуется дополнительных усилий.
Графические изображения могут быть сохранены для
включения в отчеты и/или распечатаны.

10
Отличительные особенности системы GPSS
Word
Пост-процессорная анимация
GPSS World имеет внешний интерфейс, который может
поддерживать анимационные пакеты, управляемые
трассировочными данными. Таким способом могут быть
разработаны фотореалистичные анимации. Для использования
этого интерфейса необходимо создать выходной поток,
содержание и форматирование данных которого удовлетворяет
правилам анимационного пакета, поставляемого сторонним
разработчиком.

Оперативная анимация
GPSS World имеет набор PLUS-процедур динамического вызова,
позволяющих вызывать функции во внешних исполняемых
файлах. Это обеспечивает оперативную связь с анимационными
пакетами других разработчиков.

11
Отличительные особенности системы GPSS
Word
PLUS – это небольшой, но эффективный процедурный язык
программирования, созданный из 12 типов операторов.


В состав PLUS входит большая библиотека процедур,
содержащей математические функции и функции
манипуляции со строками, и большого набора вероятностных
распределений.
С помощью подсистемы PLUS можно реализовывать
аналитические расчёты и алгоритмизацию процессов
12
Отличительные особенности системы
GPSS Word
Отличия GPSS Word от GPSS/PC

GPSS World основывается на идее, что текстовый объект
“Модель” формируется и/или модифицируется, а затем
транслируется с целью создания объекта “Процесс
моделирования”. Этим он отличается от GPSS/PC, в котором
используются понятия файла программы и процесса
моделирования.


В GPSS World была полностью заменена операция загрузки
модели, используемая в GPSS/PC. Вместо последовательного
ввода и просмотра каждой строки, одну за другой, в GPSS
World применяется полноэкранный текстовый редактор и
команда меню Create Simulation (Создать процесс
моделирования).
GPSS World использует транслятор модели. Это ускоряет
время загрузки модели в сотни раз. Ошибки обнаруживаются
в течение трансляции и могут быть исправлены с помощью
команды Next Error (Следующая ошибка) из меню Edit
(Правка) главного окна.
13
Отличительные особенности системы
GPSS Word
Отличия GPSS Word от GPSS/PC

Возможно, наиболее заметным изменением по сравнению с
GPSS/PC является отсутствие необходимости в нумерации строк,
которая фактически игнорируются в GPSS World. При
использовании режима ручного моделирования сохраняется
высокий уровень интерактивности. Это означает, что любой
оператор может использоваться в течение процесса
моделирования в качестве интерактивного оператора.

В GPSS World был сохранён высокий уровень интерактивности.
Любой оператор модели может быть передан для выполнения
выполняющемуся процессу моделирования. PLUS-процедуры
могут быть определены или даже переопределены “на лету”.
Команды GPSS могут использоваться для переопределения
объекта или управления процессом моделирования. Блоки
могут использоваться, так же, как и в GPSS/PC, для создания
временного блока, в который направляется активный транзакт.
Все это выполняется после трансляции модели с помощью меню
Command (Команда).
14
Отличительные особенности системы GPSS
Word


В GPSS Word реализована мультизадачная
архитектура. Оперативное обновление окна
выполняется посредством очереди сообщений,
поступающих от процесса моделирования.
Точно так же большинство команд, полученных
объектом “Процесс моделирования”, перед
выполнением помещаются в очередь команд
процесса моделирования.
15
Основы моделирования в системе GPSS Word
Развитие системы GPSS Word
Несмотря на изначальную ориентацию GPSS на моделирование
систем массового обслуживания, система оказалась
удивительно долгоживущей и способной к развитию.
Трудоемкость описания моделируемых систем в терминах
бизнес-процессов может быть снижена за счет применения
таких продуктов, как Object GPSS или ISS 2000. В частности,
созданный в НТУУ «КПИ» под руководством В. Н. Томашевского
пакет ISS 2000 представляет собой лингвистический процессор,
с помощью которого пользователь в диалоговом режиме
создает автоматически GPSS-программу и запускает ее на
выполнение.
16
Основы моделирования в системе GPSS Word

Томашевский Валентин Николаевич - профессор Национального
технического университета "Киевский политехнический институт"
(НТУУ "КПИ").
Окончил в 1974 г. КПИ, защитил кандидатскую (1981 г.) и докторскую
(1996 г.) диссертации в области имитационного моделирования.
Разработчик интерактивных систем моделирования ИСИМ, ISS 2000,
транслятора языка GPSS А95 для Windows.
Автор и разработчик портала по имитационному моделированию
(www.simulation.org.ua.) Автор более 50 научных работ в этой области,
среди которых 4 учебных пособия.
С 1974 г. занимается педагогической деятельностью в КПИ; основные
дисциплины "Моделирование систем", "Моделирование и
прогнозирование бизнес-процессов", "Имитационные проекты«.
17
Основы моделирования в системе GPSS Word
Имитация обслуживания абонентов таксофоном
Описание процесса
 Имитация потока прихода абонентов (через промежутки времени)
 Ожидание освобождения таксофона
 Занятие таксофона
 Использование таксофона в течении длительности разговора
(увеличение времени на длительность разговора)
 Освобождение таксофона
 Удаление абонента
Модель должна содержать блоки, отражающие перечисленные этапы
процесса
18
Основы моделирования в системе GPSS Word







Особенностью системы GPSS является то, что длительность
моделирования определяется не длительностью интервалов
времени между событиями, а числом событий, возникающих
в системе
Модель образуется из модельных блоков и модельных
объектов.
Модельные блоки выполняют процессы имитации действий
Модельные объекты могут быть фиксированными и
динамическими
Динамические объекты системы – это требования на
обслуживание - транзакты.
Транзакты создаются, перемещаются через модельные
блоки, задерживаются и уничтожаются ( выводятся из
модели).
Фиксированные объекты – это элементы СМО : очереди,
проборы, многоканальные устройства
19
Основы моделирования в системе GPSS Word
Пример кода для системы GPSS World
GENERATE (POISSON(1,40)) ; генерация потока транзактов
; Поток транзактов пуассоновский со
;средним интервалом 40 единиц
QUEUE mainQ
; Войти в регистратор очереди
SEIZE F007
; Попытка занять устройство
DEPART mainQ
; Покинуть регистратор очереди
ADVANCE (Normal(1,35,4)) ; Моделирование процесса обслуживания.
;Время обслуживания распределено по
; нормальному (гауссову) закону
; с математическим ожиданием 35 и
;среднеквадратическим отклонением 4
RELEASE F007
TERMINATE
; Освободить устройство
; удаление транзакта
20
Основы моделирования в системе GPSS Word




Модельные блоки имеют операнды
Block name А,В,С,D,E,F,G,H
Транзакты имеют параметры, которые содержат числовые
значения. Эти параметры называются стандартными
числовыми атрибутами ( СЧА) – Standard numeric attributes
(SNA)
Транзакт является прообразом заявки в терминологии СМО. В
процессе моделирования транзакты “создаются” (заявки
поступают) и “уничтожаются” (заявки уходят) так, как это
необходимо по логике модели. С каждым транзактом может
быть связано определенное число параметров, несущих
необходимую информацию об этом транзакте. Кроме того,
транзакты могут иметь различные приоритеты.
Для гибкости моделирования, в системе имеются переменные,
матрицы, таблицы, функции, логические переключатели
21
Основы моделирования в системе GPSS Word
Транзакты



Динамичность модельного объекта ТРАНЗАКТ проявляется в
механизме «продвижения» транзакта в моделе ( через
модельные блоки/операторы)
Процесс моделирования представляется последовательностью
временных событий обработки транзактов.
Транзакт могут существовать в модели как самостоятельные
единицы, так и расщепляться на транзакты с одинаковыми
стандартными числовыми атрибутами ( СЧА).
По-сути, механизм транзакций отображает процесс «пособытийного» протекания процесса.
Все события в модели связаны с изменениями:




поступление заявки в систему
Занятие обслуживающего прибора
Освобождение прибора
Выведение заявки из системы
22
Основы моделирования в системе GPSS Word
Множество параметров транзакта содержат содержат
информацию о событиях ( связанных с транзактов), о
своем местоположении в модели и текущем статусе (
состоянии)
Состояния транзактов в модели:
 ACTIVE - транзакт находится в цепи текущих событий Current Events Chain (СЕС).
 SUSPENDED - приостановленный транзакт, который
ожидает в цепи будущий событий ( the Future Events
Chain - FEC) момента своего продвижения по модели,
т.е момента когда он станет активным
 PASSIVE - транзакт, находящийся в пользовательской
цепи событий (User Chain, Delay Chain, or Pending
Chain), ожидающий условия своей «активизации».
 TERMINATED - транзакт, выведенный из модели
23
Основы моделирования в системе GPSS Word

Параметры транзакта – множество числовых
величин, характеризующих индивидуальные свойства
транзакта
 Приоритет
 Метка времени ( момент вхожlения в блок MARK)
 Номер ансамбля ( при разделении/размножении
транзакта в блоке SPLIT)
 Индикатор задержки
 Индикатор трассировки
 Текущего блок ( номер текущего блока)
 Следующий блок ( номер блока, в который будет
следовать транзакт)
 Цепь состояния
24
Основы моделирования в системе GPSS Word

Стандартные Числовые Атрибуты ( СЧА)
транзактов
25
Основы моделирования в системе GPSS Word

Цепи состояния транзакта




ACTIVE - транзакт находится в цепи текущих событий Current Events Chain (СЕС).
SUSPENDED - приостановленный транзакт, который
ожидает в цепи будущий событий ( the Future Events
Chain - FEC) момента своего продвижения по модели, т.е
момента когда он станет активным
PASSIVE - транзакт, находящийся в пользовательской
цепи событий (User Chain, Delay Chain, or Pending Chain),
ожидающий условия своей «активизации».
TERMINATED - транзакт, выведенный из модели
Транзакт всегда находиться в одной из цепей, в
соответствии с его состоянием
26
Основы моделирования в системе GPSS Word
27
Основы моделирования в системе GPSS Word
28
Основы моделирования в системе GPSS Word
29
Литература







Кудрявцев Е.М. GPSS Word. Основы имитационного
моделирования различных систем.- М. ДМК Пресс, 2004
Учебное пособие по GPSS Word./Перевод с англ. – Казань,
Изд-во «Мастер – Лайн», 2002
Богуш К.Ю., Богуш Ю.П., Шиян А.И. GPSS World Моделювання
телекомунікаційних систем та мереж. Посібник для
дипломного проектування . – ICЗЗІ НТУУ КПІ, 2010
Боев В.Д. Моделирование систем. Инструментальные средства
GPSS World.- СПб, БХВ- Петербург, 2004
Максимей И.В. Имитационное моделирование на ЭВМ. - М.:
Радио и связь, 1988.
Шрайбер Т.Дж. Моделирование на GPSS: Пер. с англ. - М.:
Машиностроение, 1980.
GPSS/PC general purpose simulation. Reference Manual. Minuteman software. P.O. Box 171. Stow, Massachusetts 01775,
1986.
30
Спасибо за внимание!
31