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

Konspekt_Melnika.unlocked

.pdf
Скачиваний:
13
Добавлен:
11.05.2015
Размер:
818.45 Кб
Скачать

ДИАГРАММЫ ИНТЕНСИВНОСТИ ПЕРЕХОДОВ

Они содержат вершины состояний, соединенные дугами переходов. Дугам присваиваются числа, соответствующие интенсивностям переходов, а не вероятностям. При этом дуги переходов состояний отсутствуют. Интенсивность перехода это интенсивность, с которой может увеличиваться или уменьшаться число заявок в системе. Увеличиваться может с интенсивностью λ, а уменьшаться может с интенсивностью μ.

K-1

 

K

K+1

 

 

 

 

 

 

μ

 

μ

 

 

 

Будем понимать под величиной потока вероятности произведение вероятности состояния на интенсивность ухода из этого состояния. Алгебраические уравнения, описывающие работу системы можно записать исходя из законов равенства потоков состояний для вероятностей: суммарный выходной поток всегда равен суммарному входному.

Pk −1λ + Pk +1μ = Pk (λ + μ)

СИСТЕМА M/M/N С БЛОКИРОВКОЙ

При построении системы алгебраических уравнений кроме правила равенства потоков для состояний можно использовать правило равенства потоков вероятностей через сечение диаграммы.

μ1 = w

P0 = p P0λ = P1μ P1λ = P2μ

P2λ = P3μ

P1 = λμ P0 = wp P2 = λμ P1 = w2 p

P3 = λμ P2 = w3 p Pi = wi p

n+2

åPi =1

i=0

p = 1− w+

1− wn 3

СИСТЕМА С ОТКАЗАМИ

λ

μ

n+1

åPi =1

i=0

p =

 

 

1− w

- т.е. отнять одно состояние.

1

wn+2

 

 

МНОГОКАНАЛЬНОЕ СМО С ОТКАЗАМИ M/M/n/0

μ

K1

μ

n

K2

λ

μ

K3

μ интенсивность обслуживания в канале. Если не хватает каналов, то заявка уходит.

λ

λ

 

λ

λ

0

1

2

. . .

n

 

μ

n – максимальное количество заявок.

P0λ = P1μ

P1λ = 2P2 μ

P2λ = 3P3μ

P1 = wp

P =

1

wP =

w2

p

 

 

 

 

2

2

 

1

 

 

2!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P =

1

wP =

w3

p

 

 

 

 

3

3

 

2

 

 

3!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P =

wi

 

p

 

(1)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i

 

i!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

w

i

 

 

 

 

p = [å

 

p]

(2)

i!

 

 

i=0

 

 

 

 

 

Выражения (1) и (2) называются формулами Эрланга. Вероятность того, что заявка, придя в систему получит отказ:

Pотк = Pn = wn p n!

Относительная пропускная способность это вероятность того, что заявка обслужится:

Q =1- Pотк =1- wn p n!

A = λQ - интенсивность выходного потока, т.е. обслуженных заявок. Среднее число занятых каналов:

k = 0× P0 +1× P0 +...+ n× P0

Необходимо узнать, сколько должно работать каналов, чтобы обеспечить интенсивность А:

k = μA

ФОРМУЛА ЛИТТЛА

Эта формула связывает между собой среднее время пребывания заявок в системе (Wc) и среднюю длину очереди (Lc) в этой системе.

Рассмотрим систему массового обслуживания произвольной структуры. Важно: в этой системе очередь не ограничена и предполагается наличие при работе системы наличие стационарного режима (λ/μ>1).

Если система работает длительное время, то λ=μ.

X(t) – количество заявок пришедших в систему к моменту времени t. Y(t) – количество заявок ушедших из системы к моменту времени t.

Нарисуем график:

X(t)

Y(t)

X(t)

Y(t)

4

3

2

1

t1

t2

t3

t4

t5

Z(t)

4

3

2

1

 

 

 

 

 

t1

 

 

t2

t4

t5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t3

 

 

 

 

 

 

 

 

ti – время пребывания заявки в системе

 

Z (t) = Y (t) − X (t) - количество заявок, находящихся в момент времени t в системе.

 

 

 

Нас интересует среднее значение числа заявок, находящихся в системе на протяжении работы в этой

системе.

 

 

 

 

 

1

T

Z (t)dt = L

 

 

 

 

 

 

T

ò

 

 

 

 

 

 

c

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Интеграл площадь фигуры под графиком функции J. В нашем случае для каждой заявки это прямоугольник. Длина время пребывания заявки в системе, высота единица.

Lc = T1 åti ×1 = λλT åti

λT - количество заявок пришедших в систему.

Lc = λWc

Lоч = λWоч - 2ая формула Литтла.

ОДНОКАНАЛЬНАЯ СМО С НЕОГРАНИЧЕННОЙ ОЧЕРЕДЬЮ М/M/1/∞

λ <1

μ- т.е. все заявки, пришедшие в очередь, будут обслужены. Вероятности состояний будут конечны.

 

 

 

 

l

 

 

 

 

 

 

l

 

 

 

 

 

 

 

l

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

2

 

 

 

 

. . .

 

 

 

i

 

 

 

i+1

. . .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m

 

 

m

 

 

 

 

 

 

 

 

m

 

P0λ = P1μ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P1λ = P2μ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P1 = wp

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P = w2 p

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P = wi p

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

åPi

=1

=> åwi p =1=> påwi =1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y=0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i=0

 

 

i=0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Последняя сумма сумма геометрической прогрессии.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

s =

 

 

b1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

- q

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

p =1− w

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вероятности будут убывать. Т.е. у нас самая большая вероятность вероятность простоя.

 

Среднее число заявок в системе

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Lc = å

 

iPi =å

i(1-ϖ ) = (1-ϖ )å

iϖ i = ω(1-ϖ )å

iϖ i−1

=ϖ (1-ϖ )å

d

i ) =

 

 

 

 

 

 

i=0

 

 

 

i=0

 

 

i=0

 

 

i=0

 

 

 

 

 

 

i=0 dϖ

 

=ϖ (1-ϖ )

d

å

i ) =ϖ (1-ϖ )

d

 

ϖ

=ϖ (1-ϖ )

1

 

 

=

ϖ

 

 

dϖ

dϖ 1-ϖ

(1-ϖ )

2

1-ϖ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i=1

 

 

 

 

 

W =

Lc

 

=

 

ϖ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

c

 

 

 

λ

 

 

 

λ(1-ϖ )

- среднее время пребывания заявок в системе.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Среднее число заявок в очереди Это среднее число заявок, находящихся в системе минус среднее число заявок находящихся под обслуживанием.

Lоч = Lc - Lобс

Под обслуживанием может находится 0 заявок с вероятностью p, а 1 заявка с вероятностью 1-p.

Lобс

=1(1- p) + 0× p =1- p

 

 

 

 

L =

 

 

w

- (1

- p) =

 

 

w

 

- w =

 

w2

1

- w

1

- w

1

- w

оч

 

 

 

 

 

Wоч

=

 

 

w2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

λ(1- w)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

nλμ <1

N-канальная СМО с НЕОГРАНИЧЕННОЙ ОЧЕРЕДЬЮ M/M/n/∞

l

l

 

l

 

l

l

 

0

1

2

. . .

n-1

n

n+1

. . .

 

 

m

 

2m

 

 

nm

 

Для этой системы условие стационарности: .

nμ далее остается постоянно, т.к. число каналов ограничено.

Pnλ = Pn+1nμ Pn+1 = wn Pn Pn+1λ = Pn+2nμ Pn+2 = (wn )2 Pn pn+i = (wn )i pn

Найдем суммарную вероятность для всех состояний, имеющих номера больше, чем n.

 

 

 

 

 

w

 

 

 

 

 

 

w

 

 

 

 

w

n+i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

å pn+i =å(

)i

pn =pn å(

)i

=

 

 

p

 

 

 

 

 

 

 

 

n

n

i

×n!

 

 

 

 

 

 

 

 

i=1

 

wn

i=1

 

 

 

 

 

 

i=1

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

pn

=

p

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

p = [1+ w +

w2

 

+

 

w3

 

+...+

wn

 

+

 

 

wn+1

 

 

]

 

 

 

 

 

 

2

 

3!

 

n!

 

 

n!(n - w)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Параметры системы:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

λ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

1.

Среднее число занятых каналов системы:

 

 

 

 

 

μ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

wi+1 p

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Lоч = år × Pn+r =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n× n!(1-

w

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r =1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

)

 

 

2.

Средняя длина очереди:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

.

3.

Среднее время пребывания заявок в системе:

Lc = Lоч + w .

W

=

Lоч

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

оч

 

 

λ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пример:

μ=0.5

2

λ=0.9

μ=0.5

λ=0.45

λ=0.45

μ=0,5 λ=0,9

Исследуем одну из одноканальных систем. 1.

w =

 

0,45

= 0,9

 

 

 

 

 

 

0,5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

p0

=1- w = 0,1

 

 

 

 

 

 

L

 

=

 

 

w2

=

0,81

= 8,1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

оч

 

 

 

1- w

 

 

 

 

 

0,1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

W

 

 

=

Lоч

=

 

 

8,1

=18

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

оч

 

 

 

 

 

λ

 

 

 

 

 

0,45

 

 

 

 

 

 

2.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

λ

 

 

0,9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

w =

 

=

 

=1,8

 

 

 

 

 

 

 

μ

0,5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

p0

= [1+1,8 +

 

(1,8)2

+

(1,8)3

]−1

= 0,0526

 

2

 

 

2(2 -1,8)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

L

 

=

 

1,83

×0,0526

= 7,67

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1,8

 

 

 

 

оч

 

 

 

 

2×2!(1-

 

)2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7,67

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

W

 

=

 

= 8,52

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

оч

 

 

 

 

0,9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЭРЛАНГА. МЕТОД ЭТАПОВ.

Если взять простейший поток событий, оставить в нем каждое k-ое событие, то получим поток Эрланга k- ого порядка.

t

t

f (t) = λ(λt)k−1 e−λt

(k -1)!

λ интенсивность исходного потока. f(t) – функция плотности распределения.

m = λk - математическое ожидание.

σ = λk - среднеквадратичное отклонение.

Коэффициент вариации: σm = 1k

Поток Эрланга формируется таким образом, что интервалы являются суммой интервалов простейшего потока. При k→∞ фактически этот поток все ближе подходит к регулярному потоку.

Если еще одновременно с просеиванием делать масштабирование будем получать нормированный поток Эрланга λ* = kλ .

ИНТЕНСИВНОСТЬ

Функция плотности распределения потока f *(t) = kλ(kλt)k e−λkt .

(k 1)!

Мат. ожидание: m* = λ1 для нормирования потока.

~

 

 

 

 

 

 

 

σ

- ср. квадратичное для нормирования потока Эрланга.

 

 

 

 

~

 

 

 

 

 

 

 

σ = σ - для реального процесса это делается выбором λ и k.

 

 

 

1

~

1

 

 

 

 

 

 

 

= m => λ =

~

 

 

 

 

 

 

λ

 

 

 

 

 

 

 

m

 

 

 

 

 

 

 

 

 

~2

 

 

~

~

 

Выбирается k таким образом, чтобы k =

m

 

 

 

 

, тогда у потока Эрланга

m

и σ

будут совпадать с

 

~

 

 

 

 

σ

 

 

 

 

реальным процессом.

Поток Эрланга обладает последействием. Интервалы становятся все больше и больше связаны друг с другом. Поэтому замена потоком Эрланга (распределением) нельзя просто заменить реальное распределение.

μ

1

2

. . .

r

Пока заявка не прошла все r этапов обслуживания заявка не обслуживается. Обслуживание процессов производится поэтапно. Закон распределения показательный.

Интервал времени обслуживания он складывается из интервалов времени на каждом этапе (r). Подобрав λ, k заменяем реальное распределение распределением Эрланга с тем же m и σ.

Аналитическая модель непрерывная Марковская модель.

Рассмотрим 2 системы: M/Er/1/∞: будем определять состояние системы, как общее число этапов

обслуживания, через которые должны пройти все заявки, находящиеся в данный момент в системе. k – заявок. Предположим в системе k заявок и заявка, которая обслуживается каналом, находящемся на i-м этапе

обслуживания.

Тогда общее количество этапов, через которые должны пройти заявки до полного их обслуживания равно: d = (k 1)r + (r i +1)

r-iосталось этапов для i-ой заявки.

+1 – этап, на котором обслуживается заявка.

Диаграмма интенсивности переходов:

 

λ

λ

0

1

2

. . .

r-1

r

. . .

2r

. . .

 

 

 

 

 

 

rμ

 

rμ

 

 

rμ

 

 

 

Т.к. процесс не является процессом размножения и гибели, при составлении системы мы воспользуемся классическим положением:

åвход.поток = åвыход.поток

ìïP0λ = P1rμ

íPi + μr) = Pi+1 (rμ),i =1,r -1

ïîPi + rμ) = Pi+1rμ + Pir λ,i ³ r

Т.к. система не ограничена, то ее всегда можно ограничить из соображений точности.

От вероятностей Pi можно перейти к Pi* - вероятности нахождения i заявок в очереди (системе).

kr

Pk* = åPj

j=(k −1)r+1

СИСТЕМА СИММЕТРИЧНАЯ СИСТЕМЕ M/Er/1/∞

Er/M/1/∞

Для того, чтобы построить аналитическую модель, мы будем предполагать, что заявка поступает в системе поэтапно:

Поступ. ус-во

. . . и

rλ

rλ

rλ

 

 

очередь

Будем определять состояния в данный момент времени общим числом этапов поступления в этой системе. Если в системе уже находится k заявок, а очередная находится на i-м этапе поступления, то:

j = rk + i −1

Диаграмма интенсивности переходов для этой системы:

 

 

 

 

 

 

0

1

2

. . .

r-1

r

r+1

. . .

2r

. . .

 

 

 

 

 

 

 

 

μ

 

 

μ

 

 

μ

 

 

Система алгебраических уравнений:

ìïP0= P ×r ×μ, для _ 0 - го _ состояния

íPi = Pi−1+ Pi+r μ,i =1,r -1 ïîPi (μ + ) = Pi−1+ Pi+r ,i ³ r

Pk* - вероятность нахождения в данный момент времени k заявок.

r (k +1)1

Pk* = åPj

j=kr

Все это делается для того, чтобы свести немарковский процесс к Марковскому (который описан показательным законом распределения).

ГИППЕРЭРЛАНГОВСКОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ. Hr.

R

k

λ

(k λ t)ki 1

 

f (t) = åPi

i

i

i i

e−λikiti

 

(ki -1)!

i=1

 

 

Метод замены реального распределения Hr называется методом вложенных Марковских цепей. Hr – это смесь распределения Эрланга (несколько распределений с λ и k) и формирование интервала, включающего в смесь с вероятностью Pi и в результате поток становится сложным и описывается этим распределением.

НЕМАРКОВСКИЕ СМО

Это СМО, в которых потоки событий приводят к изменениям состояний системы отличны от простейших. Для таких систем встроенного математического аппарата нет, но есть частичные результаты.

1.СМО M/G/n/0

Если нуля нет, то система с отказом. G – поток общего вида.

Для систем этого вида справедливы результаты, полученные для системы M/M/n.

2.СМО M/G/1/∞

Одноканальные СМО с неограниченной очередью. Поток не является простым. Если на вход этой системы простейший поток заявок с интенсивностью λ, а время обслуживания имеет значение t = μ1 и коэффициент

вариации ν μ = Qm , то среднее число заявок в очереди в этой системе может быть определено, как:

w2 (1+ν 2 )

Lоч = - μ

2(1 w)

w =

1

 

 

 

 

μ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

w2

(1+ν 2 )

 

А среднее число заявок в системе L =

 

μ

+ w

 

 

 

 

c

2(1- w)

 

 

 

 

 

Используя формулу Литла можно получить средне время пребывания в очереди и в системе: wоч, wc.

3.СМО G/G/1/∞.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]