Лекция № 3
По дисциплине “Теория распределение информации»
Лекционные занятия: Модели систем массового обслуживания
Непрерывные цепи Маркова.
Анализ систем массового обслуживания с марковскими потоками требований. Система М/M/1. Анализ
Непрерывные цепи Маркова.
Случайный процесс X(t) с дискретным множеством значений образует непрерывную цепь Маркова, если
.
Будущие состояния зависят от прошлого только через текущее состояние. Для непрерывный цепей Маркова основным также является уравнение Чепмена –Колмогорова, для однородной цепи имеющее вид: .
Здесь матрица H (t) = [ pij(t) ] - матрица вероятностей перехода из состояния i в состояние j в момент времени t, а матрица Q называется матрицей интенсивностей переходов. Ее элементы имеют следующий смысл: если в момент времени t система находилась в состоянии Ei, то вероятность перехода в течение промежутка времени (t,t+Δt) в произвольное состояние Ej задается величиной qij(t)Δt + o(Δt), а вероятность ухода из состояния Ei величиной -qiiΔt + o(Δt).
|
|
Таким образом, интенсивности переходов можно вычислять как соответствующие пределы при стремлении к нулю длительности временного интервала.
Наиболее важным для дальнейшего использования является класс непрерывных цепей Маркова называемых «процессами гибели - размножения»( Birth – death process ). Для таких систем из состояния k возможны переходы только в состояния k, k -1 и k +1 в следующие моменты времени:
· в момент t объем популяции был равен k и в течение времени (t,t+Δt) не произошло изменения состояния
· в момент t объем популяции был равен k -1 и в течение времени (t,t+Δt) родился один член популяции
· в момент времени t объем популяции был равен k +1 и в течение времени (t,t + Δt) погиб один член популяции
Рис. 2 Возможные переходы в состояние Ек.
Диаграмма переходов для дискретных цепей Маркова (Рис 3)
Рис.3 Диаграмма интенсивностей переходов для процесса размножения и гибели.
Овалам здесь соответствуют дискретные состояния, а стрелки определяют интенсивности потоков вероятности (а не вероятности!) переходов от одного состояния к другому.
Имеет место своеобразный «закон сохранения»:
Разность между суммой интенсивностей, с которой система попадает в состояние k и суммой интенсивностей, с которой система покидает это состояние должна равняться интенсивности изменения потока в это состояние (производной по времени).
Применение закона сохранения позволяет получать уравнения для любой подсистемы Марковской цепи типа процесса «гибели-размножения». Особенно эффективным оказывается построение решений в стационарном, установившемся режиме, когда можно полагать что вероятности в произвольный, достаточно отдаленный момент времени, остаются постоянными.
|
|