Концепция моделирования в системе GPSS Word

Лекция 13
Принципы построения 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
Система GPSS World, разработанная– это мощная среда
компьютерного моделирования общего назначения,
разработанная 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
GPSS World основан на оригинальном языке компьютерного
моделирования GPSS
General Purpose Simulation System – общецелевая система
моделирования, которая была разработан Джефри Гордоном
приблизительно в 1960 году ( для ЭВМ IBM)
Эта разработка привнесла множество важных концепций в
каждую из коммерческих реализаций языков компьютерного
моделирования дискретных событий, разработанных с тех пор.
В 1984 г был разработан язык GPSS/РС, который стал
одной из первых реализаций GPSS для персональных
компьютеров.
Его развитием с 2000 г стал язык - GPSS World,
разработанный компанией Minuteman Software (США)
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


Сильная сторона GPSS World – это его прозрачность
для пользователя.
Суть прозрачности для пользователя



Во-первых, опасно полагаться на непрозрачное
моделирование типа “черный ящик”, внутренние механизмы
функционирования которого скрыты от пользователя.
Во-вторых, удачные имитационные модели являются очень
ценными и пригодны в течение длительного периода
времени.
В-третьих, 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
5
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. 6
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.
7

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.
8

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.

9
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.


PLUS – это небольшой, но эффективный процедурный язык
программирования, созданный из 12 типов операторов. Его
эффективность во многом обеспечивается большой библиотекой
процедур, содержащей математические функции и функции
манипуляции со строками, и большого набора вероятностных
распределений.
10
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.
11
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).
12
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.
13
Основы моделирования в системе GPSS Word
Концепция 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
Динамическими элементами системы являются требования
на обслуживание - транзакты.
Транзакты создаются, перемещаются через модельные
блоки, задерживаются и уничтожаются ( выводятся из
модели).
Транзакты имеют параметры, которые содержат числовые
значения. Эти параметры называются стандартными
числовыми атрибутами ( СЧА) – Standard numeric attributes (
SNA)
Модель образуется из модельных блоков, каждый из
которых имеет собственный набор СЧА
14
Основы моделирования в системе GPSS Word



Транзакт в модели может иметь состояния:
 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
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).
15
Основы моделирования в системе GPSS Word

СЧА транзактов
16
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
17
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
18
Основы моделирования в системе GPSS Word
19
Основы моделирования в системе GPSS Word
20
Основы моделирования в системе GPSS Word
21
Основы моделирования в системе GPSS Word
22
Основы моделирования в системе GPSS Word
23
Основы моделирования в системе GPSS Word
24
Основы моделирования в системе GPSS Word
Основные модельные блоки

Блок генерации транзактов
GENERATE A,B,C,D,Е
А –время между соседними генерациями
В – модификатор значения А
C,D,E – опциональные параметры
Примеры описания входного потока

при условии 1 ед модельного времени = 1 сек
GЕNЕRATE 60 ; генерация заявок раз в минуту

при условии 1 ед модельного времени = 1 мин
GЕNЕRATE 1 ; генерация заявок раз в минуту
GANARATE 60,5 ; генерация заявок с интервалом
времени между соседними заявками c равномерным распределением
значений в интервале[55;65]
При моделировании важно все процессы выразить единым единичным
интервалом модельного времени
Например, 1 сек = 1/60 мин=0,167мин
25
Основы моделирования в системе GPSS Word
GENERATE
A,B,C,D,E
Operands





A - Mean inter generation time. Optional. The operand must be Null, Name, Number,
String, ParenthesizedExpression, or DirectSNA. You may not use Transaction
Parameters.
B - Inter generation time half-range or Function Modifier. Optional. The operand
must be Null, Name, Number, String, ParenthesizedExpression, or DirectSNA. You
may not use Transaction Parameters.
C - Start delay time. Time increment for the first Transaction. Optional. The operand
must be Null, Name, Number, String, ParenthesizedExpression, or DirectSNA. You
may not use Transaction Parameters.
D - Creation limit. The default is no limit. Optional. The operand must be Null, Name,
PosInteger, String, ParenthesizedExpression, or DirectSNA. You may not use
Transaction Parameters.
E - Priority level. Optional. Zero is the default. The operand must be Null, Name,
integer, String, ParenthesizedExpression, or DirectSNA. You may not use Transaction
Parameters.
26
Основы моделирования в системе GPSS Word

Блок удаления транзактов из модели
ТERMINATE A
А – необязательный операнд, задающий значение инкриментального
уменьшения счетчика числа завершений модельных прогонов

Задание значения счетчика завершений
START А
А – величина счетчика завершений
Элементарная модель простейшего потока заявок
Ttime
TABLE M1,.001,0.1,20
GENERATE (Exponential(1,0,1))
TABULATE Ttime
TERMINATE 1
Start 1000
27
Основы моделирования в системе GPSS
Word
Элементарные модели потоков заявок
Модель1
Tinter
Table M1,0,0.5,20
GENERATE 1
ADVANCE (Exponential(1,0,1))
Tabulate Tinter
TERMINATE 1
Start 10000
Модель2
Tinter Table M1,0,0.5,20 ; табуляция от 0 с шагом 0.5 20-ти интервалов
TSRV
FVARIABLE -1#LOG((1+RN1)/1000); интенсивность - 1 заявка/1
ед.модельного времени
GENERATE 1,1
ADVANCE V$TSRV
Tabulate Tinter
TERMINATE 1
28
Start 10000
Основы моделирования в системе GPSS Word

Блок задержки транзактов
ADVANCE A,B
А –обязательный операнд, задающий среднее времени, после
которого транзакт должен выйти из цепи будущих событий, т.е.
задержан до момента наступления события продолжения движения
по модельным блокам
B – значение отклонения или функция модифицирующая величину А
(равномерное отклонение в интервале А+В)
ADVANCE 60,20 ; обеспечивает задержку на время,
равномерно распределенное в интервале от 40 до 80 ед. модельно
времени

Блоки обслуживающего прибора
SEIZE
А – имя прибора
RELEASE
A
A,B
А – имя прибора
В – число единиц, на которые надо уменьшать содержимое входов в
очередь ( по умолчанию В=1)
29
Основы моделирования в системе GPSS Word


Емкость многоканального прибора описывается командой
A STORАGE B
A – имя многоканального устройства
B – емкость многоканального устройства
Блоки обслуживающего многоканального прибора STORAGE A
ENTER
A,B
А – имя прибора
В – число единиц емкости, на которые надо уменьшать
емкость многоканального устройства( по умолчанию В=1) при
вхождении в блок транзакта
LEAVE A,В
А – имя прибора
В – число единиц емкости, на которые надо увеличить
емкость многоканального устройства( по умолчанию В=1) при
вхождении в блок транзакта
30
Основы моделирования в системе GPSS Word

Блок статистической обработки
TABULATE A,B
А – имя таблицы, сбора и обработки статистических данных
Например, когда транзакты входят в блок TABULATE
TABULATE Sales ;
осуществляется статистическая обработка параметра,
описанного в команде Table
Sales
TABLE M1, 0.5,100,40
Данная команда предписывает фиксировать время пребывания
транзакты в системе, определять средние значения и строить
гистограмму частоты попадания значений М1 в каждый из 40
интервалов в диапазоне от 0.5 до 100 ед. модельного времени.
31
Основы моделирования в системе GPSS
Word
Представление результатов моделирования
32
Основы моделирования в системе GPSS
Word
33
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
Бусленко Н. П. Моделирование сложных систем – М. : Наука,
1978
Шеннон Р. Имитационное моделирование систем - искусство
и наука: Пер. с англ. - М.: Мир, 1978.
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.
34
Спасибо за внимание!
35