Построение и исследование имитационной модели отправки сервером оповещений кафедре о доставке в библиотеку ВУЗа заказанной литературы

Размещено на http://www.allbest.ru/

ФГБОУ ВПО

Уфимский государственный авиационный технический университет

Кафедра Информатики

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовой работе

по дисциплине: «Имитационное моделирование»

Тема КР: Построение и исследование имитационной модели отправки сервером оповещений кафедре о доставке в библиотеку ВУЗа заказанной литературы

Уфа 2016 г.



Введение

Имитационное моделирование широко используется на различных этапах жизненного цикла системы: при проектировании - для осуществления параметрического и структурного синтеза, проведения многовариантного анализа; при вводе в действие - для поиска «узких» мест; при эксплуатации - для прогнозирования эффекта от возможных модернизаций состава и структуры системы.

В имитационной модели (ИМ) поведение компонент системы описывается набором алгоритмов, которые затем реализуют ситуации, возникающие в системе. Моделирующие алгоритмы позволяют по исходным данным, содержащим сведения о начальном состоянии системы, и фактическим значениям параметров системы отобразить реальные явления в системе и получить сведения о возможном поведении системы для данной конкретной ситуации.

Имитация предназначена для построения некоторого идеализированного процесса функционирования системы, называемого имитационным процессом. Процесс функционирования реальной системы распадается на ряд процессов функционирования отдельных объектов. Эти процессы протекают одновременно или параллельно.

Цели курсовой работы:

изучить технологические этапы создания и использования имитационных моделей;

изучить методы разработки и испытания имитационных моделей систем;

изучить методику получения статистических оценок параметров систем;

изучить методы исследования свойств имитационных моделей.

Задачи курсовой работы:

изучить теоретический материал.

рассмотреть программный продукт Anylogic.

построить имитационную модель отправки сервером оповещений кафедре о доставке в библиотеку ВУЗа заказанной литературы;

смоделировать несколько ситуаций с изменяемыми параметрами;

провести анализ полученных результатов.

имитационный моделирование синтез



1. Анализ предметной области

Электронная библиотека ВУЗа: современная форма накопления и предоставления информации.

Информация стала одним из наиболее значимых ресурсов человеческого сообщества.

В обеспечении доступа к электронным и информационным ресурсам в учебном процессе и научной деятельности ВУЗа значительно повысилась роль библиотеки.

Всё это привело к необходимости поиска новых подходов и решений проблем создания хранилищ информационных ресурсов, их организации, средств и способов доступа к ним пользователей.

В обобщенном виде такие подходы сегодня стали трактовать создание «электронных» библиотек. На смену информационному обслуживанию на печатных носителях приходит обеспечение пользователей, основанное на электронном представлении самой разнообразной информации, тиражируемой в неограниченном количестве и оперативно доступной по глобальным компьютерным сетям независимо от времени обращения к ней и местонахождения пользователей.

Под электронной библиотекой понимается распределенная информационная система, позволяющая надежно накапливать, сохранять и эффективно использовать разнообразные коллекции электронных документов, доступные в удобном для пользователей виде через глобальные сети передачи данных.

Для пополнения библиотечного фонда существует несколько различных способов, одним из которых является заказ от кафедры.

Заключается он в следующем: кафедра заходит на web-сайт библиотеки, просматривает списки учебников, которые возможно заказать. Далее в личном кабинете оставляет заявку на приобретение желаемой литературы, то есть заполняет соответствующие поля с информацией. К примеру, это может быть поле с ФИО автора литературы, годом издания, названием книги, количеством её экземпляров, ценой товара. Затем заполненная форма проверяется на правильность заполнения, на отсутствие пустых полей. В результате полученная информация обрабатывается сервером. И оповещение о предстоящем заказе от кафедры приходит на почту отдела Книгообеспеченности библиотеки.

После прихода заказанной литературы, сотрудник отдела Книгообеспеченности в своём личном кабинете на сайте вводит информацию о пришедшей заказанной литературе, а также информацию об её заказчике, т. е. о кафедре. Введённые данные успешно сверяются с базой данных заказов на литературу. Далее он отправляет оповещение заказчику, которое появляется у него в личном кабинете, как только тот войдёт туда.

На приведённой далее схеме (Рисунок 1) подробно представлен описанный выше процесс.

Рисунок 1 IDF0 схема системы «Оповещения кафедры ВУЗа о доставке литературы»

IDEF0 -- это методология функционального моделирования и графическая нотация, предназначенная для формализации и описания бизнес-процессов. Отличительной особенностью IDEF0 является её акцент на соподчинённость объектов. В IDEF0 рассматриваются логические отношения между работами, а не их временная последовательность (поток работ).

Стандарт IDEF0 представляет организацию как набор модулей, здесь существует правило -- наиболее важная функция находится в верхнем левом углу, кроме того есть правило стороны:

стрелка входа приходит всегда в левую кромку активности;

стрелка управления -- в верхнюю кромку;

стрелка механизма -- нижняя кромка;

стрелка выхода -- правая кромка.

В системе «Оповещения кафедры о доставке литературы в библиотеку ВУЗа» входными параметрами являются «Информация о кафедре ВУЗа» и «Прибывшая заказанная учебная литература».

«Информация о кафедре ВУЗа» - это её название, факультет, на котором она располагается, ФИО заведующего кафедрой, электронный адрес и телефон кафедры.

«Прибывшая заказанная учебная литература» - это название литературы, дата её заказа, ФИО автора, год издания, название издания, количество заказанного, сумма заказа.

Управление системой осуществляется в соответствие с двумя основными документами: «Руководство пользователя сайта библиотеки ВУЗа» и «Правила безопасности на сайте библиотеки».

«Руководство пользователя сайта библиотеки ВУЗа» - документ, описывающий всевозможные функции сайта и как ими пользоваться. К примеру, это может быть правила отправки оповещения о прибывшей книге, подтверждение заказа, ввод данных о заказчиках или же литературе.

«Правила безопасности на сайте библиотеки» гарантируют конфиденциальность введённых данных, достоверность, полноту и точность информации, которая хранится в базе данных оформленных заказов, также исключает избыточность данных.

Взаимодействие с системой происходит посредством «общения» пользователя с автоматизированной системой управления (АСУ).

Если пользователь отправляет запросы системе, то АСУ же их незамедлительно обрабатывает.

Наконец, на выходе из этой системы готовое оповещение кафедры о прибывшей заказанной литературе в библиотеку ВУЗа.

Далее представлено пять подуровней функционирования системы заказа:

«Ввод данных о пришедшей литературе»

«Сверка данных с БД»

«Ввод информации о кафедре ВУЗа»

«Сверка введенных данных с БД»

«Отправка оповещения»

Рисунок 2 подуровень IDF0 модели с функциями системы

Ввод данных о пришедшей литературе подразумевает заполнение всех необходимых полей с информацией о пришедшей заказанной литературе в библиотеку ВУЗа. Все поля должны быть заполнены и заполнены правильно в соответствие с правилами пользования сайтом. При введение неверных данных, система выдаёт соответствующую ошибку и предлагает ввести всё заново, иначе не удастся перейти к вводу информации о заказчике, т. е. кафедре.

Затем полученные данные обрабатываются, проверяются на правильность, одним словом, сверяются с базой данных заказов на литературу.

Далее сотрудник вводит с клавиатуры информацию о кафедре-заказчики, тем самым сопоставляет заказанную литературу с её получателем.

Следовательно, эти данные тоже сверяются, чтобы в дальнейшем не было ошибки, к примеру, отправки книги не на ту кафедру или ложное оповещение о прибытие той или иной литературы.

После заполнения всех обязательных полей и форм, пользователь автоматизированной системы смело нажимает на кнопку «Отправить сообщение», тем самым происходит обработка сообщения сервером и отправка оповещения на кафедру.

В курсовой работе будет подробно рассмотрен подуровень IDF0 модели - «Отправка оповещения», который подразумевает обработку запроса на отправку сервером сайта оповещения кафедры о пришедшей ранее заказанной литературе.

2. Имитационное моделирование процесса

Постановка задачи

Для отправки оповещения кафедре о пришедшей ранее заказанной ею книги в библиотеку ВУЗа назначено три сотрудника. Ожидаемая интенсивность потока отправляемых оповещений -- 15 оповещений в час. Среднее время отправки одного оповещения сотрудником tобс = 12 минут. Освободившийся сотрудник отправляет оповещение последней из поступивших книг. Отправка оповещений должна происходить с вероятностью не менее 0,95.

Определить, достаточно ли одного сотрудника для выполнения поставленной задачи.

Рисунок 3 Система массового обслуживания

Математическая формулировка задачи

Сотрудник отдела Книгообеспеченности как СМО, состоящая из одного канала, с отказами, без очереди. Поток подтверждений о пришедших книгах с интенсивностью . Интенсивность обслуживания:

(1)

Закон распределения неизвестен, но это несущественно, так как показано, что для систем с отказами он может быть произвольным.

Для СМО имеются готовые выражения для предельных вероятностей состояний системы:

Отношение с = л/м называют приведенной интенсивностью потока пришедших книг. Физический смысл её следующий: величина с представляет собой среднее число пришедших книг, приходящих в СМО за среднее время отправление одного оповещения.

В задаче:

В рассматриваемой СМО отказ наступает при занятости всех трёх каналов, то есть при Pотк = P3. Тогда:

Так как вероятность отказа в обработке документов составляет более 0,34 (0,346), то необходимо увеличить количество сотрудников группы. Увеличим состав группы в два раза, то есть СМО будет иметь теперь шесть каналов, и рассчитаем Pотк:

Теперь

Pобс = 1 - Pотк = 1 - 1,052 ? 0,95.

Таким образом, только группа из шести сотрудников сможет обрабатывать поступающие документы с вероятностью 0,95.

Решение задачи в Anylogic

Для решения поставленной задачи в AnyLogic была построена имитационная модель обработки запросов на отправку оповещений сервером, поступающих с АРМ.

Рисунок 4 Имитационная модель процесса

Рисунок 5 Эксперимент над моделью

На модели присутствуют такие объекты как:

source;

queue;

sink;

sink1;

три параметра (срИнстПотверд, срВрОтправ, колСотруд);

четыре переменных (верОтпр, верОткз, постПотверж, отпрОповещ).

Объект «Source» прототип, генерирующий поступление подтверждений о пришедших заказанных кафедрами книгах в библиотеку ВУЗа. Здесь фиксируется значение средней интенсивности приходящих подтверждений в систему.

Рисунок 6 Свойcтва Source

Объект «SelectOutput» место разветвления, где сообщение об оповещении на пришедшую книгу оформляется либо нет. Здесь также работает условие, если размер объема поступивших книг, о которых нужно оповестить кафедры меньше количества сотрудников, то сообщение генерируется сервером, если иначе, то происходит отказ.

Рисунок 7 Свойства SelectOutput

Объект «Delay» отправляет сообщения кафедрам. Он представляет в нашей модели сервер, обрабатывающий запросы. Обрабатывает только по одному запросу одновременно. В данном блоке запоминается среднее время отправки оповещения в соответствие с количеством сотрудников.



Рисунок 8 Свойства Delay

Объект «Sink» - конечная точка потока отправленных оповещений. После того, как оповещение сгенерировано, оно поступает в «Sink», где на выходе суммируется количество отправленных оповещений, вероятность их отправки, вероятность отказа отправки.



Рисунок 9 Объект Sink

Объект «Sink1» используется в случае чего, если заняты все три сотрудника, то есть каналы обработки заполнены и оформить оповещение на прибывшую заказанной книгу нет возможности.

Рисунок 10 Свойства Sink1

Параметры «срИнтсПотвержд», «срВрОтправ», «колСотруд» фиксируют:

среднее время поступления новых подтверждений о пришедших заказанных кафедрами книгах;

среднее время отправки оповещения на кафедры;

количество работающих сотрудников по оформлению и отправке сообщений.

Переменные «верОтпр», «верОткз», «постПотверж», «отпрОповещ» показывает:

вероятность отправки оповещения;

вероятность отказа в обработке подтверждения о пришедшей литературе;

количество поступивших подтверждений о пришедших книгах;

количество отправленных оповещений.

3. Машинный эксперимент с разработанной моделью

В ходе эксперимента над спроектированной имитационной моделью вышло, что чем больше сотрудников задействовано в работе над поставленной задачей, тем больше отправлено оповещений.

При шести сотрудниках отправлены все оповещения на все заказанные книги, которые пришли в библиотеку ВУЗа. Вероятность отправки близка к единице. Вероятность отказа минимальна.

При количестве в два сотрудника и увеличение интенсивности прихода заказных книг в 19 минут, а также сокращении их обработки в 5 минут достигается тоже самое - все оповещения отправлены, но значительно меньше поток входящих подтверждений о пришедших книгах, который может быть обработан. Вероятность отправки близка к единице, а также выше на 0, 005, чем при работе вшестером. Вероятность отказа меньше на 0, 025.

Рисунок 11 Оптимальный вариант

Таблица 1 Показатели обработки и отправки оповещений сервером

Показатели	AnyLogic7
колСотруд = 3, срИнтсПотвержд = 4 мин
Кол-во поступивших подтверждений о пришедших книгах	49, 943
Вероят. отправки оповещения	0, 653
Вероят. отказа в обработке подтверждения о пришедшей литер-ре	0, 347
Кол-во отправленных оповещений	32, 634
колСотруд = 1, срИнтсПотвержд = 4 мин
Кол-во поступивших подтверждений о пришедших книгах	49, 943
Вероят. отправки оповещения	0, 251
Вероят. отказа в обработке подтверждения о пришедшей литер-ре	0, 749
Кол-во отправленных оповещений	12, 525
колСотруд = 6, срИнтсПотвержд = 4 мин
Кол-во поступивших подтверждений о пришедших книгах	49, 943
Вероят. отправки оповещения	0, 947
Вероят. отказа в обработке подтверждения о пришедшей литер-ре	0, 053
Кол-во отправленных оповещений	47, 306
колСотруд = 2, срИнтсПотвержд = 19 мин, срВрОтправ
Кол-во поступивших подтверждений о пришедших книгах	31, 860
Вероят. отправки оповещения	0, 973
Вероят. отказа в обработке подтверждения о пришедшей литер-ре	0, 027
Кол-во отправленных оповещений	31, 001



Заключение

В данной курсовой работе была рассмотрена имитационная модель отправки сервером оповещений кафедре о доставке в библиотеку ВУЗа заказанной литературы. В ходе эксперимента выяснилось, что при шести сотрудниках отправлены все оповещения на все заказанные книги, которые пришли в библиотеку ВУЗа. Вероятность отправки близка к единице. Вероятность отказа минимальна. При количестве в два сотрудника и увеличение интенсивности прихода заказных книг в 19 минут, а также сокращении их обработки в 5 минут достигается тоже самое - все оповещения отправлены, но значительно меньше поток входящих подтверждений о пришедших книгах, который может быть обработан. Вероятность отправки близка к единице, а также выше на 0, 005, чем при работе вшестером. Вероятность отказа меньше на 0, 025.

На примере этой имитационной модели были рассчитаны среднее время отправки оповещения и оптимальное число сотрудников, а также выполнены следующие задачи:

изучен теоретический материал.

рассмотрен программный продукт «Anylogic».

построена имитационная модель отправки сервером оповещений кафедре о доставке в библиотеку ВУЗа заказанной литературы;

смоделировано несколько ситуаций с изменяемыми параметрами;

проведён анализ полученных результатов.



Список литературы

1. Википедия URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/ (дата обращения: 03.04.2016)

2. Компьютерное моделирование: Пособие для практических занятий, курсового и дипломного проектирования в AnyLogic7:. -- СПб.: ВАС, 2014. -- 432 с.

3. Имитационное моделирование: Учеб. пособие. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2008. - 280 с.: ил.

Размещено на Allbest.ru

...