Материал: Прикладные задачи теории массового обслуживания.

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

___ х_

(5.1.5)

пц

Эти формулы получаются из формул (4.4.2), (4.4.3) и (4.4.6) пу­ тем замены величин:

/|д, — величиной (х; h — величиной п;

п — величиной п+т.

(сравните графы на рис. 4.4.1 и рис. 5.1.1). В формулах (5.1.2) и (5.1.3) величина х ф \ .

Для сокращения дальнейших записей введем обозначения:

—

" Р "

I

R (Л, а) + Р (л, а) % ■1—X

 

(5.1.6)

 

 

_________ 1________

при

у.= 1.

R{n, п) + Р(п, п)т

 

 

Заметим, что если нормировочное условие записать в виде

л—1 т

2 ^ * + 2 j°n+r = I» Аг=0 г=0

то величина р будет определяться так:

 

 

1

при

у. ф 1;

1— х” *»

 

 

Я (л — 1, а) + Р (л , а) 1 - х

 

(5.1.7)

Р =

 

 

 

R (r t— 1, н) + Я (л, л) (m -f- 1)

при

/ — 1.

 

 

Из этого, в частности, вытекают следующие равенства:

/ ? ( » - ! ,

*) + Я(л, а) Г^ х-

= /? (« .

=0 +

 

 

 

+ # (я , а )х 1 — — ( ■/ 1) ;

 

 

(5.1.8)

 

 

 

 

R ( n —1,

л) + Я(я, /г)(«г-(-1)=/((л,

«) + ^ (я> п)т, ,

 

в справедливости которых для любых положительных

а и к

и любых положительных целых

п и m можно

непосредственно

убедиться.

 

заявки

равна

вероятности

того,

Вероятность обслуживания

что заявка, поступившая на обслуживание, застанет свободными хотя бы один из каналов или хотя бы одно место в очереди:

л-fm—1

Робе= ^ Pk= ^ Рпфт— 1 р%тР (п, а )= 1 ш/’тр п• (5.1.9) ft=О

1 7 5

С д р у го й стороны :

где

п

т

 

k p ^

n 2 р "*г

 

к=0

г=1

 

среднее число занятых каналов.

 

 

Следовательно, среднее число занятых каналов будет

 

Т = — Ро6с= « (1 - * тРп)-

(5.1.10)

Вероятность того, что канал занят, равна

 

* э . к =

—

(5.1.11)

Вероятность того, что система полностью загружена, равна ве­ роятности того, что в системе заняты все каналы:

т

т

 

 

*п.з = 2

P n +r = ? P { n , а) X

L = £ ^ 1

(5.1.12)

г=0

г=0

 

 

При рассмотрении классической системы массового обслужи­ вания с отказами мы приводили граф состояний для определения времени неполной загрузки системы (см. рис. 4.1.3), который бу­ дет справедлив и для рассматриваемой СМО с ожиданием при определении закона распределения времени неполной загрузки системы.

Поэтому среднее время неполной загрузки СМО с ожиданием

будет равно среднему времени неполной загрузки /н.3, опреде­ ляемому для СМО с отказами [см. (4.1.26)]:,

1 R (n — 1, g)

(5.1.13)

//'J. Р (/?, а )

Рис. 5.1.2

Закон распределения времени полной загрузки системы опре­ деляется графом, который изображен на рис. 5.1.2. Этот граф аналогичен графу, изображенному на рис. 4.3.3, с помощью ко­ торого определялся закон распределения времени полной заня­ тости СМО с отказами и полной взаимопомощью, рассмотренной в § 4.3.

17G

Среднее время полной загрузки СМО с ожиданием определим на основании эргодического свойства [см. (5.1.12) и (5.1.13)]:

Л,з = / н .з - Лп‘3 -

(5.1.14)

1— Лп.з

 

Рассмотрим величину Г„.0 — время наличия очереди в систе­ ме. Это время отсчитывается начиная от момента образования очереди до следующего очередного момента ликвидации очереди. Закон распределения времени наличия очереди в системе опре­ деляется с помощью графа, изображенного на рис. 5.1.3. Соответ-

Рис. 5.1.3

ствующую

этому графу состояний систему

дифференциальных

уравнений

нужно интегрировать при начальных условиях

/5??+1(0) = 1; ph(0 ) = 0 при к ф п + 1.

Функция

распределения вре­

мени наличия очереди определяется из выражения

 

F « . o ( t ) =

p „ { t ) .

 

Среднее время наличия очереди можно найти с помощью гра­ фа состояний, изображенного на рис. 5.1.4. Этот граф с точ­ ностью до обозначений совпадает с графом СМО с отказами и полной взаимопомощью, изображенным на рис. 4.3.1.

Рис. 5.1.4

Следовательно:

1— у.1*

1 — у.т 1

Рп+г

1

 

( * = 1 ).

 

 

 

 

 

т + 1

 

 

 

 

 

 

Таким образом, среднее время наличия очереди^ (т. е. среднее

время пребывания системы в группе

состояний .vn+i,

*n+m)

определяется по формуле

 

 

1 — ът

 

 

1— Я

1

(5.1.15)

 

Т

 

 

Рп

1 — У-

 

 

 

 

 

177

Для нахождения среднего времени занятости канала прове­ дем следующие рассуждения. Допустим, что к моменту оконча­ ния обслуживания заявки в рассматриваемом канале в системе нет очереди.

Вероятность этой гипотезы обозначим

/?Н.О== 1 ' р н . 0 1

где Рн.о — вероятность наличия очереди в системе.

Если в системе очереди нет к моменту окончания обслужи­ вания, то среднее время занятости канала будет равно 1 / JLI. Если

к моменту окончания обслуживания в системе будет очередь (ве­ роятность этой гипотезы р в . о), то среднее время занятости кана­

ла будет равно — + /н.0- Применяя формулу полного матема-

тического ожидания, можно найти среднее время занятости ка­ нала:

/з.к= (1 — Рн.о) —

-\-Рн.о(— + /н.о)=— +

P H J » . O.

(5.1.16)

Н-

 

\ И

)

V-

 

 

Вероятность наличия очереди определяется по формуле

 

тп

 

ш

 

 

 

 

Рн.о=2_1 Pn+r =

2 j Pn*r — Pn*

 

'

(5.1.17)

г=1

 

г=1

 

 

 

 

Среднее время простоя канала найдем

из выражения

 

 

 

Я з . к 1

 

 

 

(5.1.18)

Ат.К-- А

 

 

 

1 --Яз.К

Рассмотрим другие характеристики очереди. К таким харак­

теристикам относится прежде всего среднее число завок г, на­

ходящихся в очереди и ожидающих обслуживания, которое оп­ ределяется из следующего выражения [см. (5.1.3), (5.1.6) и (4.3.13)]:

m

1 —

[ m ( \

— у . ) 4 - 1 ]

(5.1.19)

r = Yi ГРп+г=Рп%

( l - 7

(*¥=1).

r=l

. ) 2

 

 

 

 

При х = 1 это выражение примет вид

 

7 = 2 rfP("- « )= р />(». ») . ” (” +' >

■ ± а± И .

(5.1.20)

Г=1

 

 

 

В этом выражении р определяется из второго равенства в фор­ муле (5.1.6).

178

Найдем закон распределения времени пребывания заявки в очереди Гон, для чего найдем вероятность того, что это время

больше некоторого фиксированного

интервала t, т. е. найдем

P { T 04> f ) V >

0).

Буд^м рассматривать только стационарный режим работы. Вы­ двинем гипотезу, состоящую в том, что система находится в со­ стоянии хк (& = 0, 1, 2, п + т). Тогда по формуле полной

вероятности

п + т

Р(Т0Ч> П = 2 РкР(То.>*\хк),

(5.1.21)

*=0

 

где P(T04> t\x h) — условная вероятность пребывания в очереди в течение времени, большого, чем t, при усло­

вии, что к моменту поступления очередной заявки система находилась в состоянии JC/t.

Очевидно, вероятность P(T04> t \хк)=0 при k<n, так как

в этом случае есть свободные каналы и заявка немедленно при­ нимается на обслуживание. Кроме того, вероятность Р(?оч>1\*п+?п) =0, так как в этом случае заявка получает отказ

и тоже в очередь не становится. Следовательно:

/и—1

 

/ >(Г0Ч>

/ ) = 2

Pn+rP(T04> i \ x n+r).

(5.1.22)

 

 

 

г=0

 

 

(m-r)

 

 

г заявокВ очереди

cm

 

мест в очереди

 

 

i--------А-------- ,

 

_______

ш

 

t—1Ы •• н—101—|0нч

 

m

Каналы

••• 1—101—101- LTJ

обслуживания

ТП ^

г + /

Т

Г-1

 

1

 

0

Вновь построившая

 

С Ю

 

заявка

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 5.1.5

 

 

Вероятность того, что время ожидания в очереди Точ будет боль­ ше, чем t, при условии, что перед данной заявкой имеется оче­ редь, в которой стоят г заявок (г = 0, 1, 2, ..., m— 1) (см. рис. 5.1.5) равна вероятности того, что за время t будет обслу­

жено не более г заявок, при этом обслуживание производят всея каналов. При наличии очереди, когда все п каналов заняты, по­

179

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