Материал: Прикладные задачи теории массового обслуживания.

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

откуда по формулам обращения для преобразований Лапласа

получим

 

т —1

 

т—,

 

V" п (Л-о

Рп-т it) =

— ——------- 'r l

P I (rt — / ) x

 

П (X + и(л — *))

1

-m—^

/=0

 

 

 

(-1)'wem'M

X £ (_ \)ie№

1

-J^o X-hfx(n —У) (m — j)\

m\ (K+ {x (n — m)) 0 < /г с < /г . (4.6.12)

Вероятность /?о(0 найдем из условия

л— 1

(4-6ЛЗ)

m=0

Рассмотрим стационарный режим работы при t— мэо. В этом

случае получим следующие выражения для вероятностей со­ стояний:

 

m — 1

(л —о

 

 

fimx П

 

Нт j0„_m (/) = р„_т = ------ — ------------ (0 < /га < га),

(4.6.14)

/ со

т

 

 

 

П (Х + (1(л— 0)

 

 

1= 0

 

 

 

Итр,, (0 = / »

, = " -----

(4.6.15)

 

*—~

А+

 

Обозначим, как прежде,

 

 

 

-£- =

а

(4.6.16)

и разделим числитель и знаменатель выражения (4.6.14) на ве­ личину !^1|.

 

т—1

а— "' —

а

П (л — 0

=

 

- (0 < гаг < га). (4.6.17)

П

(а + (п — I))

П (а + (л —/))

1=0

 

/=0

Обратим внимание на то, что последнее выражение справедливо и для гаг = 0, в чем можно непосредственно убедиться (см. (4.6.15)].

Дальнейшие преобразования связаны с введением гаммафункции Г (JC) . Напомним ее свойства:

г (х + 1)

при

. п

------ -

л > 0 ,

Г (х)

 

(4.6.18)

га! — Г (га -j-1)

при

га=1, 2, 3, . . .

159

С учетом выражения (4.6.18) вероятность рп-т [см. (4.6.17)]

будет иметь вид

ап\

Г (a -f п — т)

(О <

т <

п).

(4.6.19)

Р п— т

Г (а + п + 1)

(п — /и)!

 

 

 

 

Если обозначить число занятых каналов k = n—т,

то формулу

(4.6.19) можно будет

записать так:

 

ал!

Г (а + k)

(4.6.20)

k\

( 0 < Л < л ) .

' Г(а + л + 1 )

 

Вероятность ро найдем из условия

 

 

р0= 1 - 2 > -

(4-6.21)

 

А = 1

 

Если а является целым положительным числом, то формула (4.6.20) упрощается [см. (4.6.18)]:

ра—1

Р/г

ал!

(а + k

— 1)!

( 0 < А < я ) ,

(4.6.22)

А!

(а +

л)!

 

'л+П

 

 

 

 

 

 

где

Cmп П\

т\ (п — т)\

Можно убедиться в том, что формула (4.6.22) справедлива для любого целого числа k (£=0, 1, 2, ..., п), т. е. что

a—1

2 еа -г k—1= С“+„. к=0

Вычисление вероятностей ри удобно проводить с помощью таблиц биномиального распределения В (п, т, р)

В (п, т, р)=С?ртдп- т

(4.6.23)

где

<7— 1 — Р\

т < п.

Действительно:

Cm __

В ("■"■т )

В ( л, т, —

п '•— '

(4.6.24)

 

(т)"

*(”•”• т)

Таблицы биномиального распределения можно найти в [23].

160

о т к у д а

 

а—1

В ( а + k — 1, а — I, ——^

/V

«+» -!_

\_______________ 2J

Я ^/i —А + 1, n — k 4-1,

 

 

В ^7 + /7, 3,

 

(4.6.25^

Напомним, что последнее выражение справедливо только при целом положительном а. Если а не целое, то при большом чис­

ле каналов n(/i>10) можно приближенно провести линейную интерполяцию: сначала найти решение для [а] — целой части а,

а затем для числа 1а]+'1 и после этого линейно интерполировать на величину а.

Найдем различные характеристики работы системы. Для оп­ ределения вероятности обслуживания проведем следующие рас­ суждения. Выдвинем гипотезу о том, что к моменту поступления

очередной заявки

система находилась в состоянии

хк.

Вероят­

ность этой гипотезы будет рк. В этом случае

очередную

посту­

пившую заявку

будет

обслуживать

(п—k) каналов

и

вероят­

ность ее обслуживания будет равна

1 — (1 — р)п~к. Следователь­

но, полная вероятность обслуживания заявки будет

 

 

 

 

k

 

 

п

 

 

р обс=£ ( 1_ ( 1 _ /?У'-*)/,* = 1 -< 7 п

£

 

(4.6.26)

 

 

k=0

 

 

*=0

 

 

где <7 = 1 — р.

 

 

 

 

 

 

 

В частном случае, когда вероятность р= 1:

 

 

 

Ро б е

1

Рп

X

П

_J__

 

(4.6.27)

1

/1 + 3

1+ *

 

 

 

 

77JJL + X

 

 

Сравнивая эту формулу с формулой

(4.5.8), можно заметить, что

при р= \ рассматриваемая система и система с отказами и слу­

чайным распределением заявок имеет одинаковую пропускную способность.

Вероятность того, что система будет полностью загружена,

определим из формулы

 

-н.з = А, = — ;—

(4.6.28)

а + п

 

(эта формула справедлива для любого а > 0 ). Время полной за­ грузки системы распределено по показательному закону с па­ раметром /гц, следовательно, среднее время полной загрузки сис­ темы будет

t

пц

161

откуда среднее время неполной загрузки системы можно найти из выражения

п

7„.з=7п.з -

Jtjj,з

а + "

= т ~

(4-6.29)

 

^

л

 

X-f я

Для отыскания закона распределения времени неполной за­ грузки системы составим граф состояний подсистемы X, пока­

занный на рис. 4.6.2.

Л

Рис. 4.6.2

Систему дифференциальных уравнений, соответствующих это­ му графу состояний, нужно интегрировать при условии, что в мо­

мент t= 0, система находится в состоянии хп-и т. е.

 

Р„-1 (0) = 1; р„(0)=0 ( к Ф п - \ ) .

(4.6.30)

Покажем, что время простоя системы в этом случае также распределено по показательному закону с найденным выше па­

раметром Л= ~ ~ tн.з.

Выпишем систему дифференциальных уравнений, соответст­

вующих графу состояний подсистемы X, изображенной на

рис. 4.6.2:

- ( Ж я - 1 ) р ) Я - 1 W;

d p " - f - { t ) =

- (X + ( г а - о т ) ц ) ~ Р п - т ( 0 +

at

 

—

(от— 2 ,3 ,..., га). t

162

Преобразование Лапласа для этой системы уравнений при на­ чальных условиях (4.6.30) будет иметь вид

(s + X -f (/г — 1) а) Рп—1(5) = S]

(5-J-X-[- (/г — т) а) Рп-т (s)=

 

(4.6.3—)

=={Р'

Ш~Ь 1) )^Рп—т+ 1($) (/П = 2,

3, . . .

|

Решая последовательно эти уравнения, получим

 

Р п - \ (^)— ■5 + X4- (л — 1) »х

 

 

 

т — 1

 

(4.6.33)

 

1 П (л — /)

 

 

 

 

~Рп-т( 0 =

—------- — ----------- ("1=

2, з ........л).

 

 

П (S - f I + (л - |) а )

 

 

 

/ = 1

 

 

Можно убедиться, что сумма изображений всех этих вероят­ ностей состояний имеет вид

7 -1

п S 1 П (л — /)

5] Рп—т(5):

т- 1

+ £

i

= -^ -.(4 .6 .34)

5 + Х + (л — 1);х ' "

S + 1

^=2 П (s;+ х + (л — i) [*)

1=1

Следовательно, оригинал для этой суммы равен

£ -х/. (4.6.35)

Преобразование Лапласа является линейной однородной опе­ рацией, для которой выполняется свойство суперпозиции:

если

/ ( 0 = 2 //(о

/=1

и fi(s)

 

е с т ь

и з о б

р а ж е н и е

ф

у н к ц

и и -

/ Д О ,

т о

/ ( s

е с т ь

и з о б р а ж е н и е

ф у н к ц и и

/

( 0 -

 

/= 1

с у м

С л е д о в а т е л ь н о ,

н о с т е й

> Д 0 , . . . , P n - \ ( f ) б у д е т

р а в н а

 

 

 

 

 

 

 

П

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

J

 

 

 

 

(4.6.36)

 

 

 

 

 

т= 1

 

 

 

 

 

 

163

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