Hệ thống bán hàng đợi và bài toán mô phỏng hoạt động kiểm soát nhập cảnh của cửa khẩu sân bay quốc tế nội bài

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ
--------&&&--------

NGUYỄN THẾ TÙNG

HỆ THỐNG HÀNG ĐỢI VÀ BÀI TOÁN MÔ PHỎNG
HOẠT ĐỘNG KIỂM SOÁT XUẤT NHẬP CẢNH
CỦA CỬA KHẨU SÂN BAY QUỐC TẾ NỘI BÀI

LUẬN VĂN THẠC SỸ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

Hà Nội, 2015


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ
--------&&&--------

NGUYỄN THẾ TÙNG

HỆ THỐNG HÀNG ĐỢI VÀ BÀI TOÁN MÔ PHỎNG
HOẠT ĐỘNG KIỂM SOÁT XUẤT NHẬP CẢNH
CỦA CỬA KHẨU SÂN BAY QUỐC TẾ NỘI BÀI
Chuyên ngành: Kỹ thuật Phần mềm
Mã số: 60 48 01 03

LUẬN VĂN THẠC SỸ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN
Người hướng dẫn khoa học

Chủ tịch hội đồng

TS. Lê Quang Minh

PGS.TS. Lê Sỹ Vinh

Hà Nội, 2015


1

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận văn này là do tôi thực hiện, được hoàn thành trên cơ sở
tìm kiếm, thu thập, nghiên cứu, tổng hợp phần lý thuyết và các phương pháp kĩ thuật
được trình bày trong các tài liệu được công bố trong nước và trên thế giới. Các tài liệu
tham khảo đều được nêu ở phần cuối của luận văn. Luận văn này không sao chép
nguyên bản từ bất kì một nguồn tài liệu nào khác.
Nếu có gì sai sót, tôi xin chịu mọi trách nhiệm.


2

MỤC LỤC
Chương 1 GIỚI THIỆU ...........................................................................................................................7
1.1. Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu ................................................................................................8
1.2. Phương pháp nghiên cứu ............................................................................................................8
1.3. Kết quả đạt được .........................................................................................................................8
1.4. Cấu trúc luận văn ......................................................................... Error! Bookmark not defined.
Chương 2 TỔNG QUAN VỀ LÝ THUYẾT HÀNG ĐỢI ....................... Error! Bookmark not defined.

2.1. Vai trò của lý thuyết hàng đợi. .................................................... Error! Bookmark not defined.
2.2. Khái quát về hệ thống hàng đợi .................................................. Error! Bookmark not defined.
2.2.1. Các thành phần cơ bản của một hệ thống hàng đợi .......... Error! Bookmark not defined.
2.2.2. Các tham số đặc trưng của một hệ thống hàng đợi ............ Error! Bookmark not defined.
2.2.3. Kí hiệu Kendall A / B / m / K / n / D .................................... Error! Bookmark not defined.
2.2.4. Luật Little .............................................................................. Error! Bookmark not defined.
2.3. Một số phân phối xác suất quan trọng ....................................... Error! Bookmark not defined.
2.3.1. Phân phối Bernoulli................................................................ Error! Bookmark not defined.
2.3.2. Phân phối nhị thức.................................................................. Error! Bookmark not defined.
2.3.3. Phân phối đa thức .................................................................... Error! Bookmark not defined.
2.3.4. Phân phối Poisson ................................................................... Error! Bookmark not defined.
2.3.5. Phân phối Erlangian (Gamma) ................................................ Error! Bookmark not defined.
2.4. Một số mô hình hàng đợi cơ bản ................................................. Error! Bookmark not defined.
2.4.1. Hệ thống hàng đợi cổ điển M/M/1 ......................................... Error! Bookmark not defined.
2.4.2. Hệ thống hàng đợi M/M/m ..................................................... Error! Bookmark not defined.
2.4.3. Hệ thống hàng đợi M/M/1/K .................................................. Error! Bookmark not defined.
2.4.4. Hệ thống hàng đợi M/M/m/K ................................................. Error! Bookmark not defined.
Chương 3 NGHIÊN CỨU CÔNG CỤ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG HÀNG ĐỢI GPSS WORLD .. Error!
Bookmark not defined.
3.1. Các hướng tiếp cận mô phỏng ........................................................ Error! Bookmark not defined.
3.2. Giới thiệu một số công cụ và ngôn ngữ mô phỏng ....................... Error! Bookmark not defined.
3.3. Ngôn ngữ mô phỏng GPSS ........................................................... Error! Bookmark not defined.
3.3.1. Giới thiệu về ngôn ngữ GPSS ................................................. Error! Bookmark not defined.
3.3.2. Những điểm nổi bật của ngôn ngữ GPSS ................................ Error! Bookmark not defined.
3.3.2.1. Cung cấp các hàm phân phối xác suất có sẵn ................... Error! Bookmark not defined.
3.3.2.2. Cung cấp khả năng xử lý đa nhiệm, đa luồng với các mức ưu tiên khác nhau ......... Error!
Bookmark not defined.
3.3.3. Các ứng dụng của công cụ mô phỏng GPSS World ................ Error! Bookmark not defined.
3.3.4. Một số khái niệm trong GPSS World...................................... Error! Bookmark not defined.

3
3.3.5. Các thực thể trong GPSS ......................................................... Error! Bookmark not defined.
3.3.5.1. Các thực thể động .............................................................. Error! Bookmark not defined.
3.3.5.2. Các thực thể khối .............................................................. Error! Bookmark not defined.
3.3.5.3. Các thực thể thiết bị.......................................................... Error! Bookmark not defined.
3.3.5.4. Các thực thể tĩnh ............................................................... Error! Bookmark not defined.
3.3.5.5. Các thực thể tính toán ...................................................... Error! Bookmark not defined.
3.3.5.6. Các thực thể lưu trữ ......................................................... Error! Bookmark not defined.
3.3.5.7. Các thực thể nhóm............................................................ Error! Bookmark not defined.
3.3.6. Cú pháp lệnh trong GPSS........................................................ Error! Bookmark not defined.
3.3.7. Các khối cơ bản trong GPSS ................................................... Error! Bookmark not defined.
3.3.7.1. Các khối làm việc với các giao tác ................................... Error! Bookmark not defined.
3.3.7.2. Các khối làm việc với Facilities ....................................... Error! Bookmark not defined.
3.3.7.3. Các khối làm việc với QUEUE ........................................ Error! Bookmark not defined.
3.3.7.4. Các khối dùng để điều khiển dịch chuyển của các giao tác ........... Error! Bookmark not
defined.
3.3.8. Một số hàm thư viện................................................................ Error! Bookmark not defined.
3.3.9. Các bước phân tích và mô phỏng bài toán trên GPSS World . Error! Bookmark not defined.
Chương 4 ỨNG DỤNG CÔNG CỤ MÔ PHỎNG VÀO MÔ PHỎNG HỆ THỐNG HÀNG ĐỢI
THỰC TẾ .................................................................................................. Error! Bookmark not defined.
4.1. Phát biểu bài toán ........................................................................... Error! Bookmark not defined.
4.2. Phân tích bài toán ........................................................................... Error! Bookmark not defined.
4.3. Phân tích kết quả bài toán bằng lý thuyết hàng đợi ........................ Error! Bookmark not defined.
4.3.1. Thời điểm có lưu lượng khách trung bình ............................... Error! Bookmark not defined.
4.3.2. Thời điểm có lưu lượng khách đông ....................................... Error! Bookmark not defined.
4.4. Mô phỏng bài toán bằng công cụ mô phỏng GPSS World ............ Error! Bookmark not defined.
4.4.1. Mô phỏng tại thời điểm có lưu lượng khách trung bình.......... Error! Bookmark not defined.
4.4.2. Mô phỏng tại thời điểm có lưu lượng khách đông .................. Error! Bookmark not defined.
4.5. Thực hiện mô phỏng với giá trị tham số khác nhau ....................... Error! Bookmark not defined.

4.5.1. Thời điểm có lưu lượng khách trung bình ............................... Error! Bookmark not defined.
4.5.2. Thời điểm có lưu lượng khách đông ....................................... Error! Bookmark not defined.
4.5.3. Thực hiện mô phỏng để dự báo nhu cầu trong tương lai......... Error! Bookmark not defined.
4.6. Đánh giá kết quả mô phỏng............................................................ Error! Bookmark not defined.
Chương 5 KẾT LUẬN ............................................................................. Error! Bookmark not defined.
5.1. Kết luận .......................................................................................... Error! Bookmark not defined.
5.2. Hạn chế và kiến nghị ...................................................................... Error! Bookmark not defined.


4

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
Ký hiệu

Tiếng Anh

Giải thích theo tiếng Việt

CEC

Current Event Chain

Chuỗi sự kiện hiện tại

GPSS

General Purpose Simulation System

Ngôn ngữ mô phỏng hệ thống GPSS

FEC

Future Event Chain

Chuỗi sự kiện tương lai

PLUS

Programming Language Under
Simulation

Ngôn ngữ chương trình dựa trên mô phỏng

Ký hiệu

Giải thích theo tiếng Việt

KSV

Kiểm soát viên

SBQT

Sân bay quốc tế

XNC

Xuất nhập cảnh

5

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1. Các tham số đặc trưng trong hệ thống hàng đợi ..........................................
Bảng 2.2. Các thành phần trong kí hiệu Kendall .........................................................
Bảng 2.3. Một số hàm phân phối xác suất trong ký hiệu Kendall................................
Bảng 3.1. Một số khối cơ bản làm việc với giao tác ....................................................
Bảng 3.2. Một số khối cơ bản làm việc với thiết bị .....................................................
Bảng 3.3. Một số khối cơ bản làm việc với QUEUE ...................................................
Bảng 3.4. Một số khối cơ bản điều khiển dịch chuyển của giao tác ............................
Bảng 4.1. Kết quả mô phỏng tại thời điểm có lưu lượng khách trung bình .................
Bảng 4.2. Kết quả mô phỏng tại thời điểm có lưu lượng khách đông .........................
Bảng 4.3. Kết quả mô phỏng với số lượng khách trung bình theo ngày ......................
Bảng 4.4. Dự báo số lượng hành khách XNC trong tương lai .....................................
Bảng 4.5. Kết quả mô phỏng dự báo nhu cầu trong tương lai .....................................


6

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 2.1. Các thành phần cơ bản của một hàng đợi .....................................................
Hình 2.2. Đồ thị hàm mật độ Erlang có n mức………………………………………..
Hình 2.3. Mô hình hàng đợi M/M/1 .............................................................................
Hình 2.4. Sơ đồ tốc độ chuyển trạng thái hệ thống M/M/1 ..........................................
Hình 2.5. Mô hình hệ thống M/M/1/K .........................................................................
Hình 2.6. Sơ đồ tốc độ chuyển trạng thái hệ thống M/M/1/K ......................................
Hình 2.7. Mô hình hệ thống M/M/m ............................................................................
Hình 2.8. Sơ đồ tốc độ chuyển trạng thái hệ thống M/M/m .........................................
Hình 2.9. Mô hình hệ thống M/M/m/K ........................................................................
Hình 3.1. Mối quan hệ giữa các đối tượng ...................................................................

Hình 3.2. Minh họa một segment .................................................................................
Hình 3.3. Mô hình một chương trình mô phỏng hệ thống hàng đợi đơn giản .............
Hình 3.4. Minh họa chương trình mô phỏng trong GPSS World...................................
Hình 4.1. Quy trình kiểm soát XNC……………………………………………….......
Hình 4.2. Mô hình Hệ thống kiểm soát XNC tại SBQT Nội Bài……………………...


7

Chương 1
GIỚI THIỆU
Lý thuyết hàng đợi giải quyết một trong những trải nghiệm không mấy dễ chịu
của cuộc sống, đó là sự chờ đợi. Hiện nay, bài toán “Lý thuyết hàng đợi” hay “Lý
thuyết phục vụ đám đông” được ứng dụng khá rộng rãi trong thực tế trên nhiều lĩnh
vực, ngành nghề khác nhau như bưu chính viễn thông, siêu thị, cây xăng, hàng không,
đường sắt, y tế,...[9, tr.11]. Trong các hệ thống hàng đợi thường xuyên diễn ra hai quá
trình: Quá trình phát sinh yêu cầu và quá trình phục vụ yêu cầu ấy. Song trong quá
trình phục vụ của hệ thống, do nhiều nguyên nhân khác nhau, thường xảy ra các tình
trạng sau: Quá trình phục vụ không đáp ứng được các yêu cầu đặt ra và do đó dẫn đến
nhiều yêu cầu phải đợi để được phục vụ; ngược lại, có thể xảy ra tình trạng khả năng
phục vụ của hệ thống vượt quá yêu cầu sử dụng dịch vụ, kết quả là hệ thống không
được sử dụng hết phương tiện phục vụ. Yêu cầu đặt ra là phải đánh giá được hiệu quả
hoạt động của hệ thống, tính toán hay dự báo được khả năng khả năng phát triển của
hệ thống để có thể có những đầu tư một cách phù hợp để vừa nâng cao chất lượng dịch
vụ, vừa tránh lãng phí do đầu tư không hợp lý [2, tr.1].
Để giải bài toán trên, chúng ta có thể tìm kiếm và giải quyết bằng các mô hình
toán học, hoặc tìm ra các giải thuật và sử dụng các ngôn ngữ lập trình truyền thống
(C++, Pascal, Java,…) để xây dựng chương trình và đưa ra các kết quả cần tìm. Tuy
nhiên việc sử dụng các công thức toán học mà lý thuyết hàng đợi cung cấp để tính
toán, cũng như mô phỏng hệ thống bằng cách sử dụng các ngôn ngữ lập trình truyền

thống là khá phức tạp, khó khăn, vì khi lập trình chúng ta phải quản lý các sự kiện theo
một mô hình nhiều sự kiện xảy ra đồng thời và chúng ta cũng phải xây dựng các hàm
ngẫu nhiên sinh các sự kiện.
Chính vì vậy, đã xuất hiện các công cụ và ngôn ngữ mô phỏng chuyên dụng như
GPSS (General Purpose Simulation System), Petri Nets, MatLab,…GPSS thuộc loại
ngôn ngữ lập trình hướng đối tượng, một ngôn ngữ mô phỏng các hệ thống phức tạp
rời rạc, được nhận định là hiệu quả nhất hiện nay. Các đối tượng của ngôn ngữ này
được sử dụng tương tự như các thành phần chuẩn của một hệ thống hàng đợi như là
các yêu cầu đầu vào, đầu ra, các thiết bị phục vụ, hàng đợi,… Với tập hợp đầy đủ các
thành phần như vậy, GPSS cho phép xây dựng các mô phỏng phức tạp trong khi vẫn
đảm bảo những thuật ngữ thông thường của hệ thống hàng đợi [1, tr.6].
Vấn đề nghiên cứu và ứng dụng ngôn ngữ mô phỏng GPSS rất phổ biến và phát
triển trên thế giới. Tuy nhiên, tại Việt Nam vấn đề này còn khá mới và chưa được ứng
dụng rộng rãi, nhất là ứng dụng trong lĩnh vực quản lý xuất nhập cảnh (XNC). Trên cơ
sở các nghiên cứu đã có, luận văn đã tập trung vào các mục tiêu và các vấn đề cần giải
quyết sau:


8

1.1. Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu
Luận văn tập trung nghiên cứu về các mô hình hàng đợi cũng như một số kiến
thức cơ bản trong “ Lý thuyết hàng đợi”, tìm hiểu công cụ mô phỏng hàng đợi là GPSS
World với mục tiêu chính là hiểu được các thành phần cơ bản của một hệ thống hàng
đợi, một số mô hình hàng đợi cơ bản và phân phối xác suất quan trọng, nắm được công
cụ mô phỏng hàng đợi GPSS World và ngôn ngữ mô phỏng GPSS, để từ đó vận dụng
vào giải quyết các bài toán thực tế.
1.2. Phương pháp nghiên cứu
Trong luận văn này tôi đã lựa chọn và phối hợp nhiều phương pháp nghiên cứu
khác nhau phù hợp với khả năng cũng như yêu cầu của đề tài, bao gồm các phương

pháp nghiên cứu sau:
- Phương pháp phân tích, tổng hợp: nghiên cứu các tài liệu có liên quan tới vấn đề hệ
thống hàng đợi và công cụ mô phỏng hệ thống hàng đợi, phân tích để rút ra các vấn đề
cốt lõi, sau đó tổng hợp và xâu chuỗi lại để có cái nhìn tổng thể về vấn đề đang nghiên
cứu.
- Phương pháp nghiên cứu thực tiễn: tìm hiểu thực trạng sử dụng công cụ mô phỏng
hệ thống hàng đợi GPSS để giải quyết các bài toán thực tế hiện nay. Từ đó, đưa ra các
đánh giá hiệu quả của việc sử dụng công cụ này trong mô phỏng hệ thống hàng đợi.
- Phương pháp thực nghiệm: thực nghiệm nhằm xác định tính khả thi, hiệu quả của
công cụ mô phỏng, bằng cách cài đặt và chạy thực nghiệm công cụ mô phỏng trên bài
toán kiểm soát XNC tại sân bay quốc tế Nội Bài.
1.3. Kết quả đạt được
Từ việc nghiên cứu “ Lý thuyết hàng đợi” và công cụ mô phỏng hệ thống hàng
đợi GPSS World, luận văn đã tập trung làm rõ các thành phần cơ bản của một hệ thống
hàng đợi, một số mô hình hàng đợi cơ bản, một quy luật phân phối ngẫu nhiên quan
trọng; cơ sở lí thuyết, định nghĩa, cấu trúc của ngôn ngữ GPSS. Đồng thời vận dụng
các kiến thức lý thuyết có được vào việc giải quyết bài toán kiểm soát XNC tại sân bay
quốc tế Nội Bài thông qua công cụ mô phỏng GPSS World. Từ các kết quả thu được
đưa ra những phân tích đánh giá và các khuyến nghị về xây dựng hệ thống kiểm soát
XNC tại sân bay quốc tế Nội Bài để đạt được hiệu suất cao nhất và dự báo nhu cầu
phát triển trong tương lai để tính toán đầu tư xây dựng cơ sở hạ tầng, bổ sung trang
thiết bị và nhân lực đáp ứng yêu cầu công tác.


9

TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt
[1] Lê Quang Minh, Phan Đăng Khoa (2010), “Công cụ GPSS cho bài toán mô
phỏng các hệ thống phục vụ đám đông”, Báo cáo tổng hợp đề tài cấp

ĐHQGHN, Viện Công nghệ thông tin – Đại học Quốc Gia Hà Nội.
[2] Lê Quang Minh, Phan Đăng Khoa, Nguyễn Thế Tùng, Nghiêm Thị Hoa
(2015), “Nghiên cứu mô phỏng các hệ thống hàng đợi” – Kỷ yếu Hội nghị
Quốc gia lần thứ VIII về Nghiên cứu cơ bản và ứng dụng Công Nghệ thông
tin (FAIR), Hà Nội 2015;
Tiếng Anh
[3] JOHN A. GUBNER (2006) “Probability and Random Processes for Electrical
and Computer Engineers”, the United States of America by Cambridge
University Press, New York.
[4] Robert B.Cooper (1981) “Introduction To Queueing Theory”, Elserier North
Holland.
[5] Raj Jain (2008) “Introduction To Queueing Theory”, Washington University
in Saint Louis.
[6] John D.C. Little and Stephen C. Graves, “Little's Law”.
[7] William Stallings (2000), “Queuing Analysis”.
[8] Ivo Adan and Jacques Resing (2002), “Queueing Theory”, Department of
Mathematics and Computing Science, Eindhoven University of Technology,
P.O. Box 513, 5600 MB Eindhoven, The Netherlands
[9] Dr. János Sztrik, “ Basic Queueing Theory”, University of Debrecen, Faculty
of Informatics University of Debrecen Faculty of Informatics.
[10] Andreas Willig (1999) “A Short Introduction to Queueing Theory”,
Technical University Berlin, Telecommunication Networks Group.
[11] “GPSS World reference manual” (2000), Minuteman Software. P.O. Box
131. Holly Springs, NC 27540-0131 U.S.A.
[12] Alan Pilkington, Royal Holloway(2005), “GPSS – Getting Started”,
University of London.
[13] “GPSS World Tutorial Manual”
[14]