Материал: Прикладные задачи теории массового обслуживания.

Внимание! Если размещение файла нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам

Для вычисления суммы, входящей в выражение (4.3.12), вос­ пользуемся методом дифференцирования рядов:

у лх*=у x - L

**=*— у **=

 

^

^

дъ

(Эх ^

 

* = 0

Л=0

 

k=0

 

д

1 — %n+l

 

1— %Я[/!(1— х) + 1]

(4.3.13)

--X----- ------------= X-------- -—-------------- -

дх

1— X

 

(1 — х)2

 

Следовательно, среднее число заявок, находящихся в систе­ ме, будет равно

у _

1 — х

t l —

Х Я [ п ( 1 — * ) +

1 ]

______ 1 —

Х П [ л ( 1

— У. ) + 1 ]

- (4.3.14)

 

 

 

 

 

 

 

х --------^

 

 

_

1 — х л + 1

 

( 1 — Х ) 2

 

 

(1 — хл +1) (! — х)

 

При х= 1 получим [см. (4.3.10)]

 

 

 

 

 

 

 

 

Z = V

kpk= — -— V

k

 

1

n (n + 1)

 

(4.3.15)

 

= — —

 

 

 

 

 

k=0

*

n + 1 k=0

 

 

/1 + 1

 

 

 

 

Среднее число занятых каналов k определяется так:

 

 

 

 

 

т-

 

1 — хл

при

х

1;

 

 

 

k = n ( l - p 0) =

1 — Хл i 1

 

 

 

(4.3.16)

 

 

 

П2

при

х=

1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Л

+

1

 

 

 

 

Для этой системы вероятность того, что любой отдельный ка­ нал будет занят, равна вероятности того, что все каналы будут заняты:

*з.к = 1- Р о = —

(4.3.17)

п

 

Время простоя канала Тпл< распределено по показательному закону с параметром X, так как граф состояний для определения закона распределения времени Тп.к имеет вид, показанный на

рис. 4.3.2.

Среднее время простоя канала будет равно

Т„.к= 4к-

(4.3.18)

Среднее время занятости канала определяется на основании эргодического свойства:

L = tп . к

Яз.к

(4 .3 . 19)

Яз.к

1

 

130

Закон распределения времени занятости канала определяет­ ся с помощью графа состояний, имеющего вид, указанный на рис. 4.3.3.

Соответствующую этому графу состояний систему дифферен­ циальных уравнений нужно интегрировать при начальных усло­ виях

РЛ0)= 1; РЛ0) = 0 {кф 1).

(4.3.20)

Рис. 4.3.2

Рис. 4.3.3

Вероятность полной загрузки системы равна вероятности того, что в системе обслуживается п заявок:

^П.з---Р п -

(4.3.21)

Закон распределения времени полной загрузки системы Гп.3 будет показательным с параметром лр, так как граф состояний для определения этого закона имеет вид, показанный на рис. 4.3.4.

Рис. 4.3.4

Рис. 4.3.5

Следовательно, среднее время полной загрузки системы будет

= — ,

(4.3.22)

nix

 

откуда (на основании эргодического свойства) среднее время неполной загрузки системы, когда в системе имеется число зая­ вок меньше, чем л, равно

I , з =7 „ . 1

(4.3.23)

Яп.з

Закон распределения времени неполной загрузки системы опре­ деляется с помощью графа состояний, изображенного на рис. 4.3.5.

Систему дифференциальных уравнений, соответствующих это­ му графу состояний, нужно интегрировать при начальных усло­ виях

Рп—\ (0) = 1; /?*(0)=0 (к ф п — 1).

(4.3.24)

131

Среднее время нахождения заявки в системе определяется равенства [см. (4.3.14) и (4.3.15)]:

1

]]

х ф 1;

Л[Л

при

(1 — У/1-*"1) (1 — 7.)

(4-3.25)

п

при

~2Г

У.= 1.

 

 

Расчеты показывают, что функцию распределения времен^ пребывания заявки в системе довольно хорошо можно аппроцси' дмировать выражением

F (0 = [*п.з + гсн.з( 1 — <

\{t)

(4.3.26)

где Яп.з=1— Яц.з — вероятность полной загрузки системы.

О с н о в н ы е р а с ч е т н ы е ф о р м у л ы

Вероятность того, что занято ровно k каналов:

 

1 — уПП

при у. Ф

1;

Ри=

 

 

 

1

 

при у.=

1,

 

 

 

п + 1

 

где

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

nv-

 

 

 

Вероятностъ обслуживания заявки

 

 

 

 

1 —

 

при

Ъ ф \\

 

1

---- У .'1 т 1

 

 

 

Р обе 1^

Рп=

п

 

при

У.— 1.

 

 

Л+ 1

 

 

 

 

 

 

Среднее число заявок, находящихся в системе:

ц1

 

+ 1]

при у. Ф 1;

(1 - * )(1 - * « п,

 

 

 

 

п

 

 

 

 

 

т

 

 

 

при

х = 1 .

 

 

 

 

* Эта формула получается при сохранении в аппроксимированной функ­

ции F (0 величины скачка

при t=0 и математического ожидания таким же,

как и для функции F(t).

 

 

 

 

 

132

Среднее число занятых каналов

т -

1 — У .п

при X Ф 1;

1

---- У .П - г

1

/12

при х= 1.

/2+1 Вероятность того, что канал занят:

Т

Вероятность того, что система полностью загружена:

 

уП-- уЛ-И

При

х Ф 1;

 

1— ХЛт1

 

^П.З---Рп---

 

 

 

1

 

при

х= 1.

 

 

 

/2+1

 

 

 

 

 

Среднее время полной загрузки системы

 

1

 

 

 

 

^з.е :— “/2IX

 

 

Среднее время неполной загрузки системы

“7 _Т 1

лп.з

•

 

/н.З-- :/з.С

 

 

Среднее время нахождения заявки в системе

1\

За д а ч и и у п р а ж н е н и я

4.3.1.Указать, какая система имеет большую пропускную способность: 1) система массового обслуживания с отказами и без взаимопомощи или 2) система массового обслуживания с отказами и полной взаимопомощью, если параметры обеих си­

стем (л, Я, р) одинаковы (я> 1). Р е ш е к и е

Очевидно, введение взаимопомощи должно привести к увели­ чению абсолютной и относительной пропускной способности си­ стемы и формального доказательства можно было бы и не при­ водить. Однако методические приемы, употребленные при доказательстве, помогут нам решать другие задачи.

133

Перейдем к решению задачи. Покажем, что если

РобеО)

R(n— 1, з)

 

R (л, а)

P i t

1— Xя

1 _ %Л+1 ’

где

а

 

то Робе !> Роес, т. е. СМО с отказами и взаимопомощью име^т

большую пропускную способность, чем СМО с отказами и б^3 взаимопомощи.

Рассмотрим три различных случая:

Случай 1.

х = —п = 1

( а = й ) .

 

 

Докажем, что

 

 

 

 

 

 

 

 

т. е.

P i t > Робе,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

л

^

R ( n ~

1,

л)

 

 

п + 1

 

R(n,

п)

 

 

 

Перепишем это неравенство в виде:

 

 

 

л

ч.

R ( n , л) — Р

(л,

п)

 

л + 1 ^

 

R ( n ,

п)

 

 

 

откуда

 

 

 

 

 

 

 

 

n.R{n, /г)> (/г-И )[/?(я ,

п) — Р(п,

п)\

и

 

 

п )> Р (п ,

 

 

(й + 1 ) Р ( и,

/г),

 

тогда

 

 

 

 

 

 

 

 

(я+1)Р(я,

я ) = 2 Р ( я ,

» ) > V P ( i , й),

 

 

k=0

 

 

А’ -О

 

 

 

 

п

Р (п> п

 

 

так как каждый член

суммы

^

«роме последнего,

 

 

 

к=0

 

 

 

 

 

 

 

 

п

 

 

 

 

 

больше каждого члена

суммы ^

 

 

и)

[см.

(1-5.24)], а пс-

следние члены сумм равны.

 

*=о

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

134

Источник: https://tut-files.ru/previewfile/83058