离散事件系统

1.离散事件系统的特点

系统按状态变化的性质可分为连续的系统或离散的系统。实际上,很少系统是完全连续和完全离散的。这里所指的系统状态,都是指模型中所表示的系统状态,也就是关心和研究的系统某些主要特征的状态,而那些能引起模型中的系统状态变化的事情才称之为事件。

离散事件系统仿真不同于连续系统仿真。在连续系统仿真中,时间通常被分割成均等的或非均等的间隔,并以一个基本的时间计时,而离散系统的仿真则经常是面向事件的,时间指针往往不是按固定的增量向前推进,而是由事件推动而随机递进的。在连续系统中,仿真结果表现为系统变量随时间变化的时间历程;在离散事件系统仿真中,系统变量是反映系统各部分相互作用的一些事件,仿真结果是产生处理这些事件的事件历程。

在真实系统中,系统状态的变化是连续的。例如,顾客到达银行进行存取款,顾客是逐渐走近、进入银行的;进入队列等待,也是随着办理顾客业务的进行而逐渐趋近窗口;开始办理存取款业务,也是一件件工作逐步进行的;如此等等。但是,在对银行服务系统进行研究时,只关心业务员忙着还是闲着,顾客是否到达,是在排队等待还是已在办理存取款等等。虽然系统中顾客的状态是在不断地连续变化,但是系统中业务员忙的状态未变,顾客排队等待办理的状态未变。也就是说,这个系统模型的状态并没有变化。显然,只有在顾客到达银行、顾客从队列等待到进入服务状态、办完存取业务等,才会产生称之为事件的系统状态发生改变。很明显,这些事件只能出现在系统运行过程中的若干时刻上。通常,这些事件被称为离散事件,而只考虑离散事件的系统称之为离散事件系统。例如,排队系统就属于这类系统。

事件可分为基本事件与二次事件。所谓基本事件,是指其发生可以事先加以预测的事件,而二次事件的发生与否取决于其他事件。例如,顾客的到达是基本事件,而队列中的顾客进入接受服务状态的这个事件,要等正在接受服务的顾客“结束服务”的事件发生后才能产生,这类事件就称为二次事件。

2.离散事件系统的主要构成

离散事件系统虽有许多类型,但它们的主要组成部分是基本相同的。系统分析通常考虑实体、属性与活动三要素。离散事件系统,在一定意义上可视为广义的随机服务系统,从面向实体的观点出发,离散事件系统主要由服务器、服务对象两大部分构成。

(1)服务对象

服务对象也称事务,接受系统服务与处理的对象一般在系统中是“活动”的,这些要素在仿真期间进入并离开模型。例如,生产自动线上待加工的机器零件,各种服务系统中等待服务的顾客,电话网中的呼叫,码头、机场等待装卸的货轮或起飞降落的飞机,计算机系统中待处理的信息,等等。

(2)服务器

服务器也称设备或站,它们是对事务进行加工、处理的手段或工具。通常,在系统的仿真过程中一直存在,这些要素可认为是环境的一部分,可视为是固定的。它们可以是机床或电话交换系统中的机电设备,也可以是服务系统中的业务员、医生等,以及由这些人或物组成的服务机构,所以此处的“设备”具有广泛的含义。

(3)系统构成

系统的工作过程,实质上是“事务”在系统的“服务器”之间流动,接受“设备”加工、处理、服务的过程。在这些过程中,事务与站的状态,事务数与站的忙闲发生变化,这种变化的发生称为发生了“事件”。

应该注意到,这里所指的“系统状态”是与研究目标有关,在模型中描述系统状态所必需的变量集合;“事件”则是改变系统状态的某一瞬时发生情况变化的集合;把发生在系统内部的活动或事件称为内因事件,而环境中的活动和事件称为外因事件。

例如,银行系统的实体可归纳为银行的工作人员和等待服务的顾客。描述银行出纳业务模型的状态变量有:正在工作的出纳员人数,在等待线上排队和正在接受服务的顾客数,以及下一个顾客到达的时间。状态变量的确定,是由系统研究目标规定的。研究目标要求根据规定的银行业务范围,配置合理的出纳员数。在这个研究中,顾客到达是外因事件,对顾客服务结束是内因事件。