СМО с очередью

Материал из Циклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Многоканальные системы с ожиданием [11:02]

СМО с очередью — это система массового обслуживания, в которой есть места в очереди и если заявка приходит, в момент, когда все каналы заняты, то она не получает немедленно отказа, а может стать в очередь и ожидать освобождения канала, который её может обслужить.

Описание модели[править]

На вход n-канальной СМО с m-очередью поступает простейший поток заявок с интенсивностью λ.

Интенсивность простейшего потока обслуживания каждого канала μ.

Если заявка застаёт все каналы свободными, то она принимается на обслуживание и обслуживается одним из n каналов.

После окончания обслуживания один канал освобождается.

Если вновь прибывшая заявка застаёт в системе свободным хотя бы один канал, то она принимается на обслуживание одним из свободных каналов и обслуживается до конца.

Если заявка застаёт все каналы занятыми, то она становится в очередь и «терпеливо» ждёт своего обслуживания.

Дисциплина очереди естественная: кто раньше пришёл, тот раньше и обслуживается. Максимальное число мест в очереди m.

Если вновь прибывшая заявка застаёт в очереди m-заявок, то она получает отказ и исключается из обслуживания.

Состояние рассмотренной системы будем связывать с числом заявок, находящихся в системе.

Граф состояний[править]

СМО21.JPG

Рассмотрим множество состояний системы:

S0 — в системе нет ни одной заявки, все каналы свободны;

S1 — в системе имеется одна заявка, она обслуживается одним каналом;

S2 — в системе имеется две заявки, они обслуживаются двумя каналами;

;

Sk — в системе имеется k-заявок, они обслуживаются k-каналами;

;

Sn — в системе имеется n-заявок, они обслуживаются n-каналами, очереди нет;

Sn+1 — в системе имеется (n+1)-заявок, n из них обслуживаются n-каналами, а одна заявка ожидает в очереди;

;

Sn+r — в системе имеется (n+r)-заявок, n из них обслуживаются n-каналами, а r-заявок ожидают в очереди;

;

Sn+m — в системе имеется (n+m)-заявок, n из них обслуживаются n-каналами, а m-заявок ожидают в очереди;

Система дифференциальных уравнений, описывающих поведение системы, имеет вид:

Рассмотрим стационарный режим работы системы (при t → ∞).

Система уравнений принимает вид:

Суммируя в системе уравнения с первого до i-го (i=1,n+m), получаем упрощённый вид системы.

Решим систему относительно p0,p1,…,pn+m.

В результате получаем решение системы:

Основные характеристики системы[править]

При χ≠1 получаем

Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle p_0=\frac{1}{1+\frac{\rho}{1!}+\frac{\rho^2}{2!}+\ldots+\frac{\rho^{n-1}}{(n-1)!}+\frac{\rho^n}{n!}\cdot\frac{1-\chi^{m+1}}{1-\chi}},p_i=\frac{\rho^i}{i!}p_0,\forall i\in N_n,p_{n+i}=\chi^ip_n,\forall i\in N_m,}
Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle \bar s=\rho\left(1-\chi^mp_n\right),\bar r=\frac{1-(m+1)\chi^m+m\chi^{m+1}}{\left(1-\chi\right)^2}\chi p_n,\bar l=\bar s+\bar r=\rho\left(1-\chi^mp_n\right)+\frac{1-(m+1)\chi^m+m\chi^{m+1}}{\left(1-\chi\right)^2}\chi p_n,}
Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle \bar k=\rho\left(1-\chi^mp_n\right),q=1-\chi^mp_n, A=\lambda\left(1-\chi^mp_n\right),}
Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle p_\text{прост.}=p_0, p_\text{отк.}=\chi^mp_n, p_\text{обсл.}=1-\chi^mp_n, }
Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle p_\text{п.загр.}=\frac{1-\chi^{m+1}}{1-\chi }p_n, p_\text{н.загр.}=1-\frac{1-\chi^{m+1}}{1-\chi}p_n, p_\text{н.очер.}=\frac{1-\chi^m}{1-\chi}\chi p_n, p_\text{1зан.}= \chi\left(1-\chi^mp_n\right), p_\text{1прост.}=1-\chi\left(1-\chi^mp_n\right), }
Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle \bar t_\text{н.очер.}=\frac{\chi\left(1-\chi^m\right)}{\lambda\left(1-\chi\right)}=\frac{1-\chi^m}{n\mu\left(1-\chi\right)},\bar t_\text{н.загр.}=\frac{1+\frac{\rho}{1!}+\frac{\rho^2}{2!}+\ldots+\frac{\rho^{n-1}}{(n-1)!}}{n\mu\frac{\rho^n}{n!}},}
Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle \bar t_\text{п.загр.}=\frac{1-\chi^{m+1}}{n\mu\left(1-\chi\right)},\bar t_\text{1зан.}=\frac{1}{\mu}+\frac{\chi^2\left(1-\chi^m\right)^2}{\lambda\left(1-\chi\right)^2}p_n=\frac{1}{\mu}+\frac{\chi\left(1-\chi^m\right)^2}{n\mu\left(1-\chi\right)^2}p_n,\bar t_\text{1прост.}=\bar t_\text{1зан.}\cdot\frac{1-\chi\left(1-\chi^mp_n\right)}{\chi\left(1-\chi^mp_n\right)},}
Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle \bar t_\text{прост.}=\bar t_\lambda=\frac{1}{\lambda},\bar t_\text{обсл.}=\frac{1-\chi^mp_n}{\mu},\bar t_\text{очер.}=\frac{1-(m+1)\chi^m+m\chi^{m+1}}{n\mu\left(1-\chi\right)^2}p_n,\bar t_\text{сист.}=\bar t_\text{обсл.}+\bar t_\text{очер.}=\frac{1-\chi^mp_n}{\mu}+ \frac{1-(m+1)\chi^m+m\chi^{m+1}}{n\mu\left(1-\chi\right)^2}p_n.}

При χ=1 получаем

Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle \chi=1\Leftrightarrow \lambda=n\mu\Leftrightarrow\rho=n,}
Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle p_0=\frac{1}{1+\frac{\rho}{1!}+\frac{\rho^2}{2!}+\ldots+\frac{\rho^n}{n!}+m\frac{\rho^n}{n!}},p_i=\frac{\rho^i}{i!} p_0 ,\forall i\in N_n, p_{n+i}= p_n=\frac{\rho^n}{n!}p_0,\forall i\in N_m,}
Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle \bar s=\rho(1-p_n),\bar r=\frac{m(m+1)}{2}p_n,\bar l=\bar s+\bar r=\rho(1-p_n)+\frac{m(m+1)}{2}p_n,}
Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle \bar k=\bar s=\rho(1-p_n), q=1-p_n, A=\lambda(1-p_n),}
Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle p_\text{прост.}=p_0, p_\text{отк.}=p_n, p_\text{обсл.}=1-p_n,}
Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle p_\text{п.загр.}=(m+1)p_n, p_\text{н.загр.}=1-(m+1)p_n, p_\text{н.очер.}=mp_n, p_\text{1зан.}=1-p_n, p_\text{1прост.}=p_n, }
Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle \bar t_\text{н.очер.}=\frac{m}{\lambda}, \bar t_\text{п.загр.}=\frac{m+1}{n\mu},\bar t_\text{н.загр.}= \frac{1-(m+1)p_n}{n\mu p_n},}
Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle \bar t_\text{1зан.}=\frac{1}{\mu }+\frac{m^2}{\lambda}p_n, \bar t_\text{1прост.}=\left(\frac{1}{\mu}+\frac{m^2}{\lambda }p_n\right)\cdot\frac{p_n}{1-p_n}, }
Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle \bar t_\text{прост.}= \bar t_\lambda=\frac{1}{\lambda},\bar t_\text{обсл.}= \frac{\rho(1-p_n)}{\lambda}=\frac{1-p_n}{\mu}, \bar t_\text{очер.}= \frac{m(m+1)}{2\lambda}p_n, \bar t_\text{сист.}=\frac{1-p_n}{\mu}+\frac{m(m+1)}{2\lambda}p_n.}

Другие СМО[править]

Литература[править]

  • Овчаров Л. А. Прикладные задачи теории массового обслуживания, «Машиностроение» — М., 1969