- •Тема 6. Элементы теории массового обслуживания
- •6.1. Компоненты и классификация моделей массового обслуживания
- •6.2. Одноканальная смо с отказами
- •6.3. Одноканальная смо с ожиданием и ограниченной очередью
- •6.4. Одноканальная смо с ожиданием и неограниченной очередью
- •6.5. Многоканальная смо с отказами
- •6.6. Многоканальная смо с ожиданием
6.2. Одноканальная смо с отказами
Простейшей
одноканальной моделью с
вероятностными входным потоком и
процедурой обслуживания является
модель, характеризуемая показательным
распределением как длительностей
интервалов между поступлениями
требований, так и длительностей
обслуживания. При этом плотность
распределения длительностей интервалов
между поступлениями требований имеет
вид
где λ — интенсивность поступления
заявок в систему (среднее число заявок,
поступающих в систему за единицу
времени).
Плотность
распределения длительностей
обслуживания:
,
где
–
интенсивность обслуживания, tоб –
среднее время обслуживания одного
клиента.
Пусть система
работает с отказами. Можно определить
абсолютную и относительную пропускную
способность системы.
Относительная пропускная способность
равна доли обслуженных заявок относительно
всех поступающих и вычисляется по
формуле:
.
Эта величина равна вероятности Р0того,
что канал обслуживания свободен.
Абсолютная
пропускная способность (А) — среднее
число заявок, которое может обслужить
система массового обслуживания в единицу
времени:
.
Вероятность
отказа в обслуживании заявки будет
равна вероятности состояния «канал
обслуживания занят»:
.
Данная
величина Ротк может
быть интерпретирована как средняя доля
необслуженных заявок среди
поданных.
Пример. Пусть
одноканальная СМО с отказами представляет
собой один пост ежедневного обслуживания
для мойки автомобилей. Заявка —
автомобиль, прибывший в момент, когда
пост занят, — получает отказ в обслуживании.
Интенсивность потока автомобилей λ 1,0
(автомобиль в час). Средняя продолжительность
обслуживания — tоб=1,8
часа.
Требуется определить в установившемся
режиме предельные значения:
относительной пропускной способности q;
абсолютной пропускной способности А;
вероятности отказа Ротк;
Сравнить фактическую пропускную
способность СМО с номинальной, которая
была бы, если бы каждый автомобиль
обслуживался точно 1,8 часа и автомобили
следовали один за другим без
перерыва.
Решение
Определим интенсивность потока
обслуживания:
.
Вычислим относительную пропускную
способность:
q =
.
Величина q означает,
что в установившемся режиме система
будет обслуживать примерно 35% прибывающих
на пост автомобилей.
Абсолютную пропускную способность
определим по формуле: А=λ×q=1×0,356=0,356.
Это означает, что система способна
осуществить в среднем 0,356 обслуживания
автомобилей в час.
Вероятность отказа:
Ротк=1-q=1-0,356=0,644.
Это означает, что около 65% прибывших
автомобилей на пост ЕО получат отказ в
обслуживании.
Определим
номинальную пропускную способность
системы:
Аном=
(автомобилей
в час).
Оказывается,
что Аном в
раза
больше, чем фактическая пропускная
способность, вычисленная с учетом
случайного характера потока заявок и
времени обслуживания.
6.3. Одноканальная смо с ожиданием и ограниченной очередью
Рассмотрим
теперь одноканальную СМО с ожиданием.
Система массового обслуживания имеет
один канал. Входящий поток заявок на
обслуживание поток имеет интенсивность
λ. Интенсивность потока обслуживания
равна μ (т. е. в среднем непрерывно занятый
канал будет выдавать μ обслуженных
заявок). Длительность обслуживания —
случайная величина, подчиненная
показательному закону распределения.
Заявка, поступившая в момент, когда
канал занят, становится в очередь и
ожидает обслуживания.
Рассмотрим систему с ограниченной
очередью.
Предположим, что независимо оттого,
сколько требований поступает на вход
обслуживающей системы, данная система
(очередь + обслуживаемые клиенты) не
может вместить более N-требований
(заявок), из которых одна обслуживается,
а (N-1)
ожидают, Клиенты, не попавшие в ожидание,
вынуждены обслуживаться в другом
месте и такие заявки теряются. Наконец,
источник, порождающий заявки на
обслуживание, имеет неограниченную
(бесконечно большую) емкость.
Обозначим
-
вероятность того, что в системе
находится n заявок.
Эта величина вычисляется по
формуле:
Здесь
-
приведенная интенсивность потока.
Тогда вероятность того, что канал
обслуживания свободен и в системе нет
ни одного клиента, равна:
.
С учетом этого можно обозначить
Определим характеристики одноканальной
СМО с ожиданием и ограниченной длиной
очереди, равной (N-1):
вероятность
отказа в обслуживании
заявки:
Pотк=РN=
относительная
пропускная способность
системы:
абсолютная
пропускная способность:
А=q∙λ;
среднее
число находящихся в системе
заявок:
среднее
время пребывания заявки в
системе:
;
средняя
продолжительность пребывания клиента
(заявки) в очереди:
Wq=Ws-
1/μ;
среднее
число заявок (клиентов) в очереди (длина
очереди):
Lq=λ(1-PN)Wq.
Рассмотрим пример одноканальной СМО с
ожиданием.
Пример.Специализированный
пост диагностики представляет собой
одноканальную СМО. Число стоянок для
автомобилей, ожидающих проведения
диагностики, ограниченно и равно 3, то
есть (N—
1)=3. Если все стоянки заняты, т. е. в очереди
уже находится три автомобиля, то очередной
автомобиль, прибывший на диагностику,
в очередь на обслуживание не становится.
Поток автомобилей, прибывающих на
диагностику имеет интенсивность λ=0,85
(автомобиля в час). Время диагностики
автомобиля распределено по показательному
закону и в среднем равно
=1,05
час.
Требуется определить
вероятностные характеристики поста
диагностики, работающего в стационарном
режиме.
Решение
Интенсивность потока обслуживаний
автомобилей:
Приведенная интенсивность потока
автомобилей определяется как отношение
интенсивностей λ и μ, т.е.
Вычислим вероятности нахождения п заявок
в
системе:
P1=r∙P0=0,893∙0,248=0,221;
P2=r2∙P0=0,8932∙0,248=0,198;
P3=r3∙P0=0,8933∙0,248=0,177;
P4=r4∙P0=0,8934∙0,248=0,158.
Вероятность отказа в обслуживании
автомобиля:
Pотк=Р4=r4∙P0≈0,158.
Относительная пропускная способность
поста диагностики:
q=1–Pотк=1-0,158=0,842.
Абсолютная пропускная способность
поста диагностики
А=λ∙q=0,85∙0,842=0,716
(автомобиля в час).
Среднее
число автомобилей, находящихся на
обслуживании и в очереди (т.е. в системе
массового обслуживания):
Среднее время пребывания автомобиля в
системе:
часа.
Средняя продолжительность пребывания
заявки в очереди на
обслуживание:
Wq=Ws-1/μ=2,473-1/0,952=1,423
часа.
Среднее число
заявок в очереди (длина
очереди):
Lq=λ∙(1-PN)∙Wq=0,85∙(1-0,158)∙1,423=1,02.
Работу рассмотренного поста диагностики
можно считать удовлетворительной, так
как пост диагностики не обнаруживает
автомобили в среднем в 15,8% случаев
(Ротк=0,158).
