Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги из ГПНТБ / Приоритетные системы обслуживания

..pdf
Скачиваний:
14
Добавлен:
25.10.2023
Размер:
15.93 Mб
Скачать

где

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= Л + Всх

Н- с? + (Сс, + £>) | /

с? + Ее, +F

 

 

42

2

В + 1 + сѴ<$+Ес1

+ Е + ( ^ + ° ) ( £ + 2Cly

 

 

 

 

2 j/"c? + _ C l

+ F

 

с1

 

 

 

 

которое

получается при вычислении Выч ——-і

в точке с,,

являю-

щейся

двукратным полюсом.

 

S

 

 

 

 

 

 

 

 

г)

Полюс Ci совпадает

с точкой

ветвления

sx (рис. 7 г).

 

Выбе­

рем контур Г, как указано

на рис. 7 г). Часть

контура В А

 

лежит

на прямой Res = s 0 >0 . Отрезки АА\

и В\В контура Г параллельны

абсциссе и проходят через точки iR

и — iR соответственно.

Axs*

проходит по лучу Res = s*,

l m s > 0

s*<S\

выбрано так, что

если

С г < £ і ,

то s*>max(52, Съ). Окружность сЁ

с центром Si и радиусом

е > 0 изолирует

полюс и точку ветвления

Ci = sx и входит в

Г без

точки Ci—е. На верхнем берегу разреза уі—arg (s—si)=jt, a на

нижнем берегу разреза у2—arg(sSi)

= — л .

 

 

 

 

 

 

Теперь

рассмотрим

интеграл

—-— [

 

e~si

ds:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

І2ш'

J ^

s

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

г

 

 

 

 

 

 

 

 

\

;

e s t

as = - Выч

 

e s t

д

,

(5.9)

 

[2nij

.t ^ s

 

 

 

 

 

s

|s=o

 

 

 

 

 

 

 

 

г

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

так

как 'функция

--—-es '

аналитична

на контуре

Г и

имеет

внутри

 

 

 

 

 

s

 

 

 

 

(Если с2 находится

 

 

 

него

один

простой

полюс

s =

0.

внутри

Г,

то

с 2 < 0 и к

правой

части (5.9) прибавится

Выч 0 , 2 ^

est

от точки

с2 .)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

s

 

 

 

 

 

Далее видим, что при фиксированном

t и R-+oo,

так как — —

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

arg s (

[л ,

л]

s

стремится

к

нулю

равномерно

относительно

при

|s - >о о и es ' = 0 ( l ) на отрезках

 

ААг

и Ä ß ^ то

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f -».0

 

 

и

j"

_»0.

 

 

 

 

 

Справедлива

оценка

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Г i £ i i _ _ e S ^ s =

O(es*0.

 

 

 

(5.10)

 

 

 

 

 

Aß.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Запишем теперь

s

-

в (5.10)

в

виде

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

- i ± L =

q i

(

s ) +

q2{s),

 

 

 

 

 

191

где

обозначено

 

 

 

 

 

 

s (а -f- ßs 4,- s2)

 

s(a + ß s 4 - s 2 )

 

 

Тогда

при е->-0

(интегрирование

в отрицательном направлении)

 

• j "

7t (s) ds =

— Выч <7j (s) es(

Л - r Be, -\- cf

 

2яі

Ci (C2 — Cj)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(5.11)

Второй же интеграл оценивается

просто

 

 

 

2лі

$<72(*) est

ds

О (1/е) - » 0 .

(5.12)

 

 

 

 

 

 

Так

как ^(s) аналитична и непрерывна вдоль разрезов уі и у2,

то

 

 

 

1

 

e5' ds == 0.

(5.13)

 

 

 

2лі

 

 

 

 

 

 

 

Vi Уг

Таким образом,

при R-*-oo и е->-0 для больших

 

lim

г

co2(s) es'ds

 

в-*0

 

 

 

 

S0 +too

 

 

•[M.

2ліÏJtt

co2(s) es 'ds

2лі

J s

 

 

s„—ioo

 

 

 

Л + ßCi +

c?

 

 

 

Cl (c2 — cx )

 

t

</2 (s) ds —

(5.14)

Из (5.9) и (5.14) выводим

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

^ "

i ^

^ d

s

^

 

 

 

 

 

2m'

J

s

 

 

 

a

 

 

 

 

 

s0—S°°

 

 

 

 

 

 

 

 

- f - tf

: 1—-^-e^t+

\ +

 

q2(s)estds

+ 0(es*<).

(5.15)

 

Si (C2

— Sj)

 

|_ J

 

J

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Si

 

 

 

 

 

Оценка интегралов

j + |j<72 (s )es 'ds

 

при t->oo производится ана-

логично случаю a). После замены

s — s1=~-z в

q2(s)est

получаем

функцию eSii

q2(z) ezt,

где

 

 

 

 

 

 

 

 

 

( С г ' + Р ^ / Л

K l +

(z/h) _

/h

y

.

 

 

 

(2 +

«і)(г +

4 ) / Г

_

VI

£

j i Z ' '

 

192

a

Dj , h и C2 те же, что и в случае а).

Коэффициенты / . получают­

ся

при разложении функции

 

 

 

C

z + D l

,

Ѵі+Ш

 

(2 +

S l ) (

2 + 4 )

 

в ряд, которая аналитична в окрестности нуля (круг с радиусом о):

(=0

+

Csx + D Sj (s1 — c2 )

 

(5.16)

c 2 ( s i — сг) 4,

(s — c 2 ) '

1 (s — s2 )

 

i=0

 

Далее, учитывая значения на, получаем при 2->oo

1 — № 2 ( 0 = <>м

A + Bsx + ä{

s i (si c2 )

arg г на разрезах и применив лемму Ватсо-

1

Cs,+D

 

•G-

2 л

Sj (st — с2 )

К Г

 

 

1

0 + i )

 

2 л

 

^/+(1/2)

 

/>1

 

 

 

 

 

т О ( г < ^ ) ,

 

 

 

 

(5.17)

где коэффициенты fj получаются из (5.16).

 

 

 

 

 

Попадание

второго полюса сг вовнутрь Г приводит к появле­

нию

в правой

части (5.17)

дополнительного

слагаемого

ес*' Выч ( Û 2 ( S )

более высокого порядка. Остальные члены

остают­

ся без изменений.

 

 

 

 

 

 

 

 

з) Оба полюса

совпадают с ближайшей точкой ветвления, т. е.

Si =

Ci = c2. В

этом

случае рассматриваем тот же контур,

что и в

случае г). В правой части (5.11)

вычет

имеет

вид

{lj +

/2)е^(;

из (5.16) коэффициенты разложения q2{z)

в

окрестности

точки

нуль не получаются, так как теперь

 

 

 

 

 

 

Я,(г) = К

^ + В,ГТЩ_

,

J

_ =

y

 

 

 

 

 

s r

 

 

 

/3=0

 

 

На подробностях останавливаться не будем. Приведем только ре­ зультат

13 Зак. 64

193

l — W*{t) = e*J

0

0(e<s '-f l ")-

( / - < l / 2 )

Несмотря на то что вычисления здесь кажутся громоздкими, производить их на практике при оценке асимптотики хвостов рас­ пределений для больших значений аргумента намного выгоднее, чем считать все на машине.

Г Л А В А 8. СИСТЕМА С ОТНОСИТЕЛЬНЫМ ПРИОРИТЕТОМ

ПЕРВОГО ТИПА

На практике можно привести много примеров систем, в кото­ рых выбор вызовов на обслуживание производится на основании приоритета (преимущества) одних вызовов перед другими. Боль­ шое число таких систем влечет за собой и существование их раз­ новидностей. Однако большую важность представляют случаи, ког­ да обслуживающий прибор выходит из строя, требуя ремонта (вос­ становления). Поэтому, когда прибор ненадежен, поток выходов прибора из строя имеет как бы «абсолютный» приоритет перед обслуживанием вызовом. В некоторых практических системах с относительным приоритетом в момент выхода прибора из строя выгодно отправлять прерванный вызов обратно в очередь (бункер), тем самым предоставляя возможность вызовам, накопившимся в бункере и имеющим приоритет перед прерванным вызовом, обслу­ живаться раньше прерванного вызова.

Такого рода системы будем называть системами с относитель­ ным приоритетом второго типа, в отличие от систем с относитель­ ным приоритетом первого типа, когда прерванный выходом прибо­ ра из строя вызов сразу же после восстановления прибора продол­ жает свое обслуживание. Это может происходить, например, когда обслуживаемый вызов нельзя снять с прибора (требуется демон­ таж прибора, и восстановление прибора осуществляется с вызовом на нем) или невозможно установить, сколько нужно еще обслужи­ вать прерванный вызов, чтобы закончить его обслуживание, а терять обслуженное время невыгодно и т. д.

§1. Описание систем обслуживания

А.Рассматривается одноканальная система обслуживания с

ожиданием,

в которую поступают

г

потоков

вызовов

Li, . . . , L r .

Будем

предполагать,

что потоки

L i , . . . ,

L,. независимы;

поток

вызовов Lu

является пуассоновый

с параметром au, k=\, г;

дли­

тельность

обслуживания

вызова

потока L k

есть

сл. в. с

ф. р.

Bh{t), k = \,

г.

 

 

 

 

 

 

1 Как и в предыдущих главах, рассматриваются системы с ожиданием.

13*

195

Вызовы потока

Ц называем

вызовами приоритета

k и гово­

рим, что вызовы

приоритета і имеют

относительный

приоритет

перед вызовами приоритета / при

і < / .

 

 

Рассматриваются случаи, когда вызовы одного приоритетного класса

1) обслуживаются в порядке поступления, т. е. по принципу

первым пришел первым

обслужен;

2) обслуживаются в инверсионном порядке, т. е. по принципу

последним пришел первым

обслужен.

Прибор ненадежен как

в свободном, так и в занятом состоя­

нии. Если в момент Т началось обслуживание вызова и его обслу­

живание длится время ~^>Л, то с вероятностью

C(t) прибор выйдет

из строя

в

промежутке [T, T + t);

после этого

прибор восстанав­

ливается

и

время восстановления

есть сл. в. с

ф. p. D(t); если в

некоторый момент Т прибор освободился от вызовов и в течение

времени

t

нет поступлений вызовов, то с вероятностью E(t) прибор

выйдет

из

строя

в

промежутке [7", T + t);

после этого

прибор

вос­

станавливается

и

время восстановления

есть сл. в.

с ф. p.

F(t).

Для прерванного выходом прибора из строя вызова возможны сле­ дующие случаи:

1°. После восстановления прибора прерванный вызов возвра­ щается на прибор и

а) дообслуживается, б) теряется,

с) обслуживается заново, где следует различать идентичное и неидентичное обслуживания заново.

2°. Прерванный вызов после восстановления прибора становит­ ся в очередь первым среди вызовов своего приоритета и после того, как будут обслужены все вызовы более высокого приоритета, по­ ступает на прибор и

а) дообслуживается, б) обслуживается заново.

Б. Под периодом занятости системы понимается длительность промежутка времени, начинающегося с момента поступления в сво­ бодную и исправную систему вызова и кончающегося следующим непосредственно моментом, когда система свободна и исправна.

Таким образом, по определению в период занятости вклю­ чаются промежутки обслуживания вызовов и те промежутки вос­ становлений прибора, выходы которого из строя происходили во

времена включенных в период занятости, обслуживании.

Обозначим через П(£)

ф. р. периода

занятости системы. Пусть

порядок обслуживания

всех вызовов

— инверсионный. Тогда

Tl(t) — ф. р. длительности промежутка

времени, начинающегося с

момента начала обслуживания некоторого вызова

и кончающегося

следующим моментом, когда система

освободится

от

этого

вызова

и вызовов, поступивших после начала

обслуживания

этого

вызова.

В данном случае с вызовом связан период занятости обслужива-

196

нием вызовов, поступивших после начала обслуживания данного вызова, поэтому U(t) — ф. р. периода занятости, связанного с некоторым вызовом.

Пусть Uh{t) — ф. р. периода занятости системы обслужива­ нием вызовов приоритета k и выше (ft-периода), т. е. длительности промежутка времени, начинающегося с момента поступления вы­ зова приоритета k или выше и заставшего систему свободной и

прибор исправным, до следующего момента,

когда

система

свобод­

на от вызовов приоритета k и выше и прибор исправен.

 

 

В случае, если дополнительно известно, что /г-период начи­

нается с обслуживания вызова приоритета

г ' ( г = 1 ,

k),

то

указан­

ную ф. р. будем обозначать через Щ*(0> а с

а м ^-период

называть

ftt-пеоиодом.

 

 

 

 

Ясно, что П ( 0 = П Р ( 0 .

смысле

вызова

на при­

Определим время пребывания в узком

боре как сумму времен, потраченных непосредственно на обслу­

живание этого вызова и на восстановления прибора

после тех поло­

мок прибора, которые произошли во время обслуживания

этого

вызова. Далее нам потребуется функция Hk(t)

ф. р. времени

пребывания

в

узком

смысле

вызова

приоритета

k на приборе.

 

§

2. Одно вспомогательное соотношение

 

Вызов приоритета

і объявляется

красным

с

вероятностью

х Д О ^ Х г ^ І )

и

синим

с дополнительной вероятностью 1—ХІ неза­

висимо от того, какого цвета другие вызовы.

 

 

 

Пусть Ri (х) есть

условная

вероятность того,

что если

после

окончания пребывания на приборе некоторого вызова система ста­ ла свободной, то все вызовы, поступившие в систему до начала периода занятости, окажутся красными, причем из обслуженных за этот период занятости вызовов первым поступил вызов приори­

тета

і.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Л е м м а . Справедливо

 

соотношение

 

 

 

 

 

Ri(x)

=

Ri(xi, . . .

, х г )

=

 

=

- — т Ѵ т т {

- е

<a »fa ( а -

 

-

Ф (° - М + 0 1 1 } .

 

1 — е(0) ф (а)

(

0

 

 

 

 

 

J )

где

 

 

 

 

 

 

 

 

(2.1)

[ах]{

= а{х{

+

...

+ arxr,

[ах]г+1

 

 

== 0;

 

 

 

а = аг

+ ...

г.

 

 

 

Д о к а з а т е л ь с т в о .

Если в некоторый момент (этот момент

можем считать равным нулю) прибор

освободился от вызовов, то

выход прибора из

 

строя

может произойти через случайное время

А, ф. р. которого есть E{t);

после чего прибор

восстанавливается

за случайное время

V , ф. р. которого равна

F(t).

197

Выражение е(о) есть вероятность того, что за время Д «жизни» прибора в свободном состоянии не поступят вызовы сум­ марного пуассонового потока вызовов с параметром o*=ßi + . . . + аг;

—— [1 — е ( а ) 1 —

есть вероятность того, что за время А «жизни»

о

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

прибора в свободном состоянии

поступили

 

вызовы

суммарного

пуассонового потока

вызовов с параметром

а=аі + ... +аг,

причем

первым поступил красный

вызов приоритета і;

 

 

 

 

е (о)ф(а) есть

вероятность того,

что за

время

Л

«жизни»

прибора в свободном

состоянии, ни за время

V последующего

вос­

становления

прибора не поступали вызовы;

 

 

 

 

 

ф ( а _ [ax)t) = f e~(^ax]i)fdF(t)

= J e~a^

f ]

f £(a**f

' < r < V W ( 0

 

Ь

 

о

 

/=і " *;->°

 

 

 

вероятность

того, что за

время

одного

восстановления

прибора

не поступали

вызовы приоритета

выше

і

и поступали

лишь

крас­

ные вызовы приоритета і и ниже;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ф (а — [ax]t) — ф (а — [ах]і+і)

=

 

 

 

 

 

Г

 

 

 

— а. /

 

 

 

 

 

 

 

 

 

е

dF(t).

 

 

 

 

 

 

 

 

о

 

 

 

 

= i e - < W f V

{ a i X i t ) k '1

 

/ = « + 1 * y > 0

вероятность того,

что за время одного восстановления прибора

не поступали вызовы приоритета выше /; поступил хотя бы один

вызов приоритета і; все поступившие вызовы

красные.

Теперь соотношение (2.1), переписанное в виде

Rt (x) : = - ^ - ( 1 - е (а)) +

е (а) [<р (а - [ах],) -

Ф (а - [ах]{+1)] +

а

 

 

+

е(а)ф(а) /?, (*),

 

доказывается следующим образом. Пусть после окончания пребы­ вания на приборе некоторого вызова система стала свободной от вызовов и все вызовы, поступившие в систему до начала периода занятости, оказались красными, причем из обслуженных за этот период занятости вызовов первым поступил на прибор вызов прио-

198

ритета / (вероятность Ri(x)). Для этого необходимо и достаточно, чтобы

либо за время А «жизни» прибора в свободном состоянии по­ ступили вызовы суммарного пуассонового потока вызовов с пара­

метром а=щ

+.. . + аг, при

этом первым

поступил красный

вызов

приоритета /

( в е р о я т н о с т ь - ^ - ( 1 — е (сг));

 

 

либо

 

 

о

 

 

за

время А «жизни» прибора не поступали вызовы

(ве­

роятность

е (а) ) ; за время

последующего

восстановления V

при­

бора не поступали вызовы приоритета выше і; поступил хотя бы

один вызов приоритета і; все поступившие вызовы красные

(веро­

ятность ф (ст—[ах]і) —ф (а—[ах]і + х

) ) ;

за

вре­

либо вызовы не поступали

ни за время А «жизни», ни

мя V его восстановления; (вероятность е(а)ф(о")) далее

все

на­

чиналось сначала (вероятность

Ri(x)).

Справедливость

формулы

(1)

доказана.

З а д а ч а . Доказать

окраской

вызовов справедливость соотношения

Rt M = 2 fe(0)ф(a)1" {"^(1 ~~е(0)) +с(а) [ф(<т ~~[ах]і) ~

п>0

Ф(а — [ а х ] і + 1 ) ] |

иполучить из него утверждение леммы.

§3. Метод вложенных цепей Маркова

А.Упрощение задачи. В системе с относительным приоритетом

первого типа находится уравнение для производящих функций числа вызовов. Если прибор приступил к обслуживанию вызова, то для ожидающих и вновь прибывающих вызовов важно лишь время пребывания вызова на приборе, что позволяет свести задачу для исходной системы обслуживания к той же задаче, но для системы обслуживания с прибором, не отказывающим в периоде занятости. Здесь за ф. р. времени обслуживания вызова приоритета і прини­

мается Hi(t), где Hi(t)

для каждой из рассматриваемых схем по­

лучается из § 3, 4 гл. 3.

 

Пусть Bi(t)=...

=

Br(t)=B{t).

Если нас интересует общее число ожидающих вызовов в системе, то какой вызов в данный момент обслуживается (т. е. какого приоритета обслуживаемый вызов) не имеет значения. Следовательно, не имеет значения и порядок обслу­ живания поступающих вызовов. Считаем, что вызовы суммарного потока (сум­ марный поток пуассоновый с параметром о > 0 ) обслуживаются в порядке своего поступления. Итак, задача нахождения производящей функции числа вызовов в системе свелась к аналогичной задаче для системы обслуживания с одним поступающим потоком вызовов и ненадежным в свободном состоянии прибором.

Стационарная производящая функция

Р(г) числа вызовов, ожидающих

начала обслуживания в моменты окончания

обслуживания каждого вызова,

равна

 

199

P(z) = — J

 

P(0)h(o-oz)

( | z | < 1),

(3.1)

ft Jo — oz) — z

 

 

 

p ( 0 ) s

n - g ^ i l

[i-c(g)T(g)]

 

 

1— с ( о ) - ; - я е (а) ф1

асреднее число ожидающих вызовов равно

 

 

 

Р'(\)=

 

a2ft„

 

 

 

1

 

 

 

о"2ср3 e (а)

,

 

 

 

 

 

 

 

 

-

 

+

 

 

 

 

 

 

- г а / г і -

 

 

(3-2)

 

 

 

 

ѵ '

 

2(1 — 0 / 1 !)

 

1

2

1 - е ( а ) - ; - а

с (а) <рх

 

 

 

 

 

Рассмотрим

теперь

случай,

когда 5; (О

различны ( t = l , /•)•

 

 

 

 

Б. Обозначения. В каждый

момент очередь в системе будем характеризовать

вектором k— (k\,...,

kr),

где fe,- число

вызовов приоритета і в системе. Если

х=(хі,...,

Хг)

и k=(k\,...,

 

kr)

 

— два

вектора размерности г, то

полагаем

xk=z(xkl,

. . .

,

х)г).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Через

pin(k)

—Pin(ki,

• • •,

kr)

обозначим

вероятность

того, что я-й вызов

(нумерация производится в порядке обслуживания)

является вызовом

приорите­

та

і и, покидая

прибор

 

(после

окончания

пребывания на

приборе),

оставляет

в

системе

очередь типа

k = ( A i , . . . ,

kr);

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рщ{х)=

 

£

 

Pinih,

 

...kr)x\\

 

 

. . .

,xkrr=

Y,Pin(k)xk

 

(3.3)

 

 

 

 

 

ft,>0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k^tO

 

 

 

 

 

 

 

 

 

kr>-0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

вероятность, что я-й

вызов является

вызовом

приоритета і

и, покидая

систему,

не оставляет

в ней синих

вызовов;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

рп

(х) =

£

Рш (х)

 

 

 

 

(3.4)

вероятность

того, что я-й вызов,

покидая

 

систему

(после

окончания

 

пребы­

вания на приборе), не оставляет

в ней синих

вызовов;

 

 

 

 

 

обозначим через

Р(и'хо^)

 

значение

Р(х)

при

фиксированных первых і и

последних j

координатах. Именно

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Х^

. . . — Xi

 

U, Xf-

 

— • * • — Xf — V,

 

 

 

hi(a—ах)

— вероятность

того,

что за

время

пребывания

на приборе

вызова

приоритета і в систему не поступят синие

 

вызовы. Так же

можно найти

веро­

ятность того, что за время пребывания

на приборе вызова приоритета

і

в

систе­

му не поступят

синие

вызовы

приоритета

і

(именно

я , ( а ; — а ^ ) ) .

 

 

 

 

В. Условие существования стационарного распределения. Ана­

логично

§ 5 гл. 4 показывается,

что условием существования

ста­

ционарного распределения

служит

неравенство

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а^п+

 

. . . +

a r ß r l < l ,

 

 

 

(3.5)

и при его выполнении

существуют

ненулевые

пределы

 

 

 

 

 

 

 

 

pt(k)

=

\\mpin(k),

 

V

 

Vptk=l,

 

 

 

 

200

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ