36217

Уравнения Колмогорова. Моделирование многоканальной СМО с ограничением на длину очереди

Доклад

Математика и математический анализ

Моделирование многоканальной СМО с ограничением на длину очереди Марковские процессы уравнения Колмогорова Случайный процесс t называется Марковским если его будущее не зависит от прошлого а определяется настоящим т. Примерами Марковских процессов являются при определенных предположениях процессы функционирования СМО.1 СМО может иметь установившийся стационарный режим. Для построения модели стационарного режима СМО положим все производные в системе 11 равными нулю.

Русский

2013-09-21

75.5 KB

58 чел.

Уравнения Колмогорова. Моделирование многоканальной СМО с ограничением на длину очереди

Марковские процессы, уравнения Колмогорова

Случайный процесс (t) называется Марковским, если его будущее не зависит от прошлого, а определяется настоящим, т.е. выполняется требование отсутствия последействия. Примерами Марковских процессов являются при определенных предположениях процессы функционирования СМО.

Введем обозначения.

Пусть S1, S2, ..., Sn, … – возможные состояния марковского процесса с дискретным множеством состояний.

Pi(t) = P{(t) = Si}  вероятность нахождения процесса в момент t в состоянии Si

Pij(t, t + ) = P{ (t + ) = Sj / (t) = Si} – вероятность перехода из Si в Sj за время [t, t + ]. Если эти числа не зависят от t, то процесс называется однородным (стационарным). Поток случайных событий, соответствующих смене состояний процесса будем считать ординарным.

при i j – интенсивность перехода из Si в Sj в момент t.

Графом состояний Марковского процесса называется ориентированный граф G = (V, E), вершинами которого являются состояния процесса, а дуги соответствуют разрешенным переходам из  Si в Sj в случае ij 0, снабженных весами, равными значениям интенсивностей переходов ij. Пример графа Марковского процесса – на рис. 3.3.

Обозначим Г + (Si) и Г (Si) – множества вершин, смежных с Si и таких, что

Иными словами, Г + (Si) – это множество начальных вершин дуг, входящих в Si, а Г (Si) – множество конечных вершин дуг, выходящих из Si.

Теорема 3.2. При сделанных предположениях функции Pi(t), i = 1, ..., n удовлетворяют системе линейных дифференциальных уравнений А. Н. Колмогорова:

для всех i = 1,..., n   (3.11)

и начальным условиям Pi(0) =Piнач .

Отметим одно свойство системы (11). В уравнениях (11) член Pi(t)i k(t) входит со знаком “” в уравнение, соответствующее производной , как вес ребра, иcходящего из Si,  и со знаком “+” – в уравнение, соответствующее производной , как вес ребра, входящего в Sj. Для наглядности запишем это уравнение:

.

Это означает, что, сложив все уравнения (11) получим, что сумма их правых частей (а, следовательно, и левых) равна 0.

Для нестационарного режима это означает, что в любой момент времени выполняется равенство Pj(t) = Pj(0) = const, и если в начальный момент сумма вероятностей равна 1, то это будет выполняться при всех t.

Как было сказано в п. 3.1, СМО может иметь установившийся (стационарный) режим. Необходимым условием его существования является постоянство интенсивностей ij()  = ij. Для построения модели стационарного режима СМО положим все производные в системе (11) равными нулю. В результате получим систему алгебраических уравнений

.                                   (3.15)

В силу свойства уравнений (11), данная алгебраическая система вырождена, т.к. сумма правых частей равна нулю. Чтобы получить невырожденную систему необходимо любое из уравнений (15) заменить условием нормировки:       Pj = 1. Полученные уравнения и будут моделью стационарного режима СМО.

Многоканальная система с ограничением на длину очереди

В систему, содержащую n обслуживающих каналов, поступает простейший поток заявок интенсивности . Если заявка поступает в момент, когда канал обслуживания свободен, а накопитель пуст, то СМО приступает к обслуживанию заявки. Если заявка поступает в момент обслуживания, то заявка становится в очередь и помещается в ячейку накопителя. Если все ячейки заняты, заявка покидает систему не обслуженной. Как только закончится обслуживание заявки, система приступает к обслуживанию заявки из накопителя, ячейка при этом освобождается. Если после окончания обслуживания накопитель пуст, то СМО переходит в состояние ожидания. Поток обслуженных заявок также является простейшим с интенсивностью .

На основании свойства аддитивности простейшего потока, интенсивность обслуживания заявок k каналами равна k. Иными словами, если в данный момент загружено k каналов, то интенсивность освобождения одного занятого канала равна k. Процесс, описывающий изменение состояний СМО, является Марковским с графом, приведенным на рис. 3.4.

Пример 3.2. Пусть m = 1; n = 1, т.е. система имеет 1 обслуживающий канал и накопитель с 1 ячейкой. Граф состояний имеет вид, как на рис. 3.5.

Система дифференциальных уравнений Колмогорова для данной системы имеет вид

                                         (3.16)

 

Для построения модели стационарного режима СМО положим все производные в системе (16) равными нулю. В результате получим систему алгебраических уравнений

.                                           (3.17)

Данная система вырождена, т.к. сумма правых частей равна нулю. Чтобы получить невырожденную систему необходимо любое из уравнений (17), например второе заменить условием нормировки: Pj = 1. Получим следующую систему

.                                                     (3.18)

При = получаем P0 = P1 = P2 = 1/3, т.е. третья часть заявок получает отказ, хотя интенсивности поступления заявок и обслуживания равны, и есть возможность ожидания одной заявки в очереди. На основании полученных значений Рj можно, пользуясь материалом п. 3.1 и таблицей 3.1 распределений вероятностей, можно вычислить все характеристики данной СМО.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

2155. Решение практических задач при бурении и освоении скважин 17.5 MB
  Анализ геологической информации о разрезе проходимых скважиной пород. Обоснование выбора бурового промывочного раствора, технология его приготовления и очистки. Буровой инструмент и режимы бурения скважин. Обоснование рабочего интервала производительности буровых насосов, гидродинамические расчеты при бурении скважин.
2156. Введение в теорию механических колебаний 4.36 MB
  Общие задачи и содержание теории. Составление механической модели. Линейные системы с одной степенью свободы при отсутствии трения. Способы составления дифференциальных уравнений движения. Влияние нелинейно-вязкого трения при гармонической вынуждающей силе.
2157. Технический анализ рынка ценных бумаг 13.9 MB
  Методы анализа финансовых рынков. Постулаты технического анализа. Теория Доу. Графики технического анализа. Правила построения и анализа трендовых моделей. Осцилляторы: принципы построения расчетов.
2158. Свеклоуборочные машины 1.35 MB
  Цель работы: овладеть знаниями по устройству, технологическому процессу и регулировкам корнеуборочной машины КС-6Б. Устройство и принцип работы лабораторной установки.
2159. Теоретические вопросы генной инженерии 408.38 KB
  Трансгенные организмы. Особенности трансформации у про – и эукариот. Банки генов. Особенности репликации ДНК у про – и эукариот. Доказательства полуконсервативного способа репликации ДНК. Губки и кишечнополостные как низшие многоклеточные. Сочетание в их строении и физиологии архаичных и ароморфных черт. Сравнительная характеристика пищеварительной системы в различных типах беспозвоночных. Основные направления ее эволюции.
2160. Прикладная теория цифровых автоматов 4.51 MB
  Общая постановка задачи синтеза комбинационных схем. Особенности синтеза многоуровневых схем. Интерпретация основных понятий теории вероятностей на основе теории множеств. Равномерное распределение непрерывной случайной величины. Характеристики СМО с абсолютными приоритетами. Однопросмотровый, двухпросмотровый и многопросмотровый ассемблеры. Объекты ядра в ОС Windows. Базовый логический элемент транзисторно-транзисторной логики.
2161. Теория химии. Органическая и неорганическая химия и методика ее преподавания 3.36 MB
  Расчетные химические задачи, их типы. Внеклассная работа по химии, её принципы, формы, направления. Политехнизация знаний по химии. Общая характеристика разбавленных растворов неэлектролитов. Производные карбоновых кислот: соли, галогенангидриды, ангидриды, эфиры, амиды и их взаимные переходы. Механизм реакции этерификации.
2162. Фізика. Теорія и практика фізичних процессів 9.24 MB
  Порівняйте основні властивості біполярних і польових транзисторів з ізольованим затвором. Обґрунтуйте переваги використання транзисторів інтегральних мікросхем з бар`єром Шотткі. Проаналізуйте умови стаціонарної генерації випромінювання напівпровідникових лазерів. Як зміниться критична густина струму, якщо ширина робочого тіла інжекційного лазера зміниться вдвічі.
2163. Технологические процессы в машино-строении 8.29 MB
  Элементы теплофизики металлургических и литейных процессов. Метод точечных источников тепла. Выравнивание температуры в неограниченном стержне. Оценка потерь тепла через стены шахтной печи при стационарном теплообмене с окружающей средой. Кинематические и геометрические параметры способов обработки резанием. Силы при фрезеровании торцово коническими прямозубыми фрезами.