Материал: Прикладные задачи теории массового обслуживания.

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

В соответствии с графом состояний, изображенным на рис. 4.6.2, плотность распределения времени неполной загрузки системы будет определяться по формуле

/ н . з

( /) =

>• 2

P n - m ( t) = 'i*e-}t (

t > 0 )

,

( 4 . 6 . 3 7 )

 

 

П1= 1

 

 

 

 

 

что и требовалось

показать.

 

будет равно

 

 

Среднее число занятых

каналов

 

 

 

 

 

* = 2

k P k •

 

 

( 4 . 6 . 3 8 )

 

 

 

k=Q

 

 

 

 

Вероятность того,

что

канал занят,

найдем

по

формуле

 

 

 

 

* э , < = —П

 

 

 

( 4 . 6 . 3 9 )

Среднее время занятости канала /З.к по условию равно

 

 

 

 

73, =

—

,

 

 

(4.6.40)

 

 

 

 

м-

 

 

 

 

откуда на основании эргодического свойства среднее время про­ стоя канала можно вычислить так:

7„.к=7.к ‘ ~ Лз-к

(4.6.41)

Л 3.к

Найдем среднее время пребывания заявки в системе. Допу­ стим, что к моменту прихода очередной заявки система была в состоянии xh(k<n). Вероятность этой гипотезы равна р/г. В этом случае очередную заявку начнут обслуживать (п—k) каналов.

Обслуживание будет продолжаться до тех пор, пока для всех (п—k) каналов не кончится время обслуживания, которое осу­

ществляется каждым каналом независимо от других (при этом заявка с некоторой вероятностью может быть и не обслужена; вероятность этого равна (1—р) п~к). Следовательно, обслужива­

ние будет продолжаться до тех пор, пока оно не закончится у того канала, который обслуживает заявку максимальное вре­ мя среди всех п—k каналов. Таким образом, время обслужива­

ния будет определяться из формулы

Г(л_ Л) = шах(Г11 Г2, . . . ? 7V*),

(4.6.42)

где Ti(i= 1, 2, ..., п—k ) — система независимых случайных вели­

чин, распределенных одинаково по показательному закону с па­ раметром |х.

164

Известно [19], что закон распределения максимума (п—k)

независимых одинаково распределенных случайных величин имеет вид

 

/<-*> (0= (« - k) (F i (/))я“ *” 1 • /, (О,

(4.6.43)

где Л (0

(/> -0) —плотность распределения

случайной

 

величины 7\-(г=1, 2, 3 , ... ,

ti —k)\

 

F 1(0 — функция распределения той же слу­

 

чайной величины.

 

Следовательно, плотность распределения максимума (п—k)

случайных величин, распределенных одинаково по показательно­ му закону с параметром р, будет иметь вид

/<«-« (/)= (« - *)(1 -

(* > 0), (4.6.44)

а функцию распределения этого времени можно найти по фор­ муле

/=•<„_*) (0 = (1 - е - » ‘)г- к (t > 0, k < я).

(4.6.45)

Если вновь прибывшая заявка застает все каналы занятыми (вероятность этого равна рп), то она немедленно получает от­

каз, следовательно, плотность распределения времени нахожде­ ния заявки в системе будет равна

/(0) = В (0,

(4.6.46)

где 6 (0 — дельта-функция (см. § 1.5), а функцию распределения найдем по формуле

Ло> (0= 1(0,

(4.6.47)

i

где 1 ( 0 = f b(t)dt —единичная функция.

Таким образом, безусловная плотность распределения време­ ни нахождения заявки в системе будет иметь вид

 

я о = 2 / ( - « ю

л

(* > °)-

(4.б.48)

 

л=о

 

 

 

 

Найдем математическое ожидание времени пребывания заяв­

ки в системе:

 

 

 

 

 

1 = j / / ( o ^

= J < 2 /(»-*>( 0 / v # =

2 М

// (,'_ *) ^ ‘//’

(4-6*49)

_оо

о Л=0

 

*=0

о

 

так как (см. [21])

0.

 

 

 

 

to (/) =

 

 

 

165

Найдем интеграл вида

j tf(n-k) (f) d t = j t(n — k) (1 — е-^У~к~г (1.e-'ltd t=

п —k —1

 

= (rt-k) 2

’лСГ-fc-i ( — 1 )mj t (e-»‘)me-*‘dt--

m = 0

0

m - 0

Исходя из последнего выражения, получим следующую фор­ мулу для среднего времени нахождения заявки в системе:

л—1 п — Р— 1

 

 

 

 

 

2

 

7Z-frrr- (4.6.50)

 

 

Л = 0

 

/л=0

 

(« + I)2

 

 

 

 

 

 

 

С учетом формулы

(4.6.20) выражение для среднего времени на­

хождения заявки в системе окончательно примет вид

 

7 = —

V

—

•

r(g + *>

■

У

(-1 )» С ? _ * _ ,-----------.(4.6.51)

7

,Х

^

k \

 

Г (<1+ л + 1)

^

v

(/л+1)2 к

 

k = 0

 

 

 

 

т = 0

 

 

 

При целом положительном числе а получим

 

 

 

—

1

л—1 p a — 1 л — k — 1

 

 

 

 

 

W+*-l

2

 

 

(4.6.52)

 

 

*

в=11 С“+п

 

 

 

 

т=о

 

 

 

Зная среднее время пребывания заявки в системе, можно найти

среднее число заявок, находящихся

в системе:

1 = П.

(4.6.53)

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:

Рп

ап

Г(з + £)

k\

Г(зс 4- п 4- 1) 1

 

п

Р о= 1

/? = 1

где а —— Iх

16G

При а целом положительном числе эти формулы принимают вид

^ = - ^ = L ( 0 < * < « )■ ^а+л

Вероятность обслуживания

* г ,

к=О

где <7 = 1 —р.

В частном случае при р = 1 (^=0)

Ро6с = — -— .

П+ а

Вероятность полной загрузки системы

ъ п.з = Р п =

-

•

 

а + п

 

Среднее время полной загрузки системы

1 ^З.С-- 'Щ

Среднее время неполной загрузки системы

7 _ _ L

* н . з — К

Среднее число занятых каналов

£ = 2 Ьр„

*=0

Вероятность того, что канал занят

‘ГСпК-- k

Среднее время занятости канала

7 3.к = —Iх •

Среднее время простоя канала

^П.К Iх ' ЯЗ.К

167

Среднее время пребывания заявки в системе

 

Л— 1

л—ft—1

 

Г (а + к)

£ (-i)mc"U_i

1

Г(* + л + 1)

(т+1)'2 *

т- О

Вчастности, при а целом положительном числе

л-1 а—1

л—ft—1

Сa+ft+1

1

а

2 ( — l) mC£l»_i

(■W+.l)2

Са-Ьл

т = 0

Среднее число заявок в системе

Т = а .

З а д а ч и и у п р а ж н е н и я

4.6.1.Рассматривается система ПВО с нарушенным управле­

нием Нарушение управления состоит в том, что каждую вле­ тающую в зону обстрела цель обстреливают все свободные к это­ му времени каналы. Обстрел цели каждым каналом длится слу­ чайное время, распределенное по показательному закону с параметром ц. За это время каждый канал поражает цель с ве­ роятностью р независимо от других каналов, принимающих

участие в обстреле. Определить характеристики работы системы,

если параметры системы ПВО следующие: п = 4; к = 4 —— ;

мин

! * = 1 — ; р=0,5.

мин

Р е ш е н и е

Врассматриваемом примере величина

\ л

а= — = 4 — целое число.

и-

Вероятности различных состояний системы будут равны:

р а— 1

1

с г 1

4.

 

р а— 1

10_

W-1

 

JL+1

Ро ' Г*

70 Рг

 

~70 ’

Р2~ '

 

■^а-Ьп

Са

70~

W-f-л

 

 

 

^а+п

 

 

(-а—1

„ _

1

V

35

 

Ръ=-

20

 

70

 

 

Рk

7П

 

 

 

 

 

 

70

 

ft = 0

168

Вероятность поражения налетающего самолета

P o6c= l _

^ 2 Ж = \ - ( Y )42 2*^ = 0,247 .

 

к=0

й=0

Вероятность полной загрузки системы

 

*п.3 = — -— =

0,5.

 

а 4- п

 

Среднее время

полной загрузки

 

 

/п.з= — = 0,25

мин.

 

П[х

 

Среднее время неполной загрузки

 

 

/н.з ~==—-—— 0,25

мин.

Среднее число занятых каналов

 

*= 2 ^ * = 3 , 2. k-0

Вероятность

того, что канал занят:

 

 

 

 

^з.к=— = 0,8.

 

 

 

 

 

П

 

 

Среднее время занятости канала

 

 

 

 

 

/3.K= — = 1

мин.

 

 

 

 

 

и

 

 

Среднее время простоя канала

 

 

 

 

7п,к = —

-~ Яэ-к-= 0,25 мин.

 

 

 

 

I 1

Л З . К

 

 

Среднее время пребывания заявки в системе

 

1 V*

^g+k-l

n—k—l

 

1

 

у /

 

мин.

s

 

 

 

 

0,429

 

с ;а+п

т=0“

“

(т + 1Я

 

k= l

 

 

Среднее

число обстреливаемых

самолетов l = tK=\J5.

4.6.2.

Сравнить по пропускной способности систему ПВО, рас­

смотренную в предыдущем примере, с системой ПВО, работаю­ щей как СМО с отказами и вероятностью успешного обслужива­ ния р (см. § 4.2), если параметры системы /г, X, р, р одинаковы

(такие же как в задаче 4.6.1).

169

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