Простейшие системы массового обслуживания

В настоящее время теоретически наиболее разработаны и удобны в практическом применении методы решения простейших систем массового обслуживания. Простейшая система массового обслуживания – это такая система, процесс функционирования которой является марковским случайным процессом, когда вероятность состояния СМО в будущем зависит только от ее состояния в настоящем и не зависит от прошлого.

Простейшая СМО имеет следующие характеристики:

1. Входной поток заявок подчиняется закону Пуассона, т. е. вероятность поступления за время t равно k требований и задается формулой

, (1)

где t – единица времени (сек., мин, ч.); k – количество заявок (требований), поступающих в систему; l – интенсивность потока или среднее число заявок, поступающих в систему в единицу времени.

2. Время обслуживания заявки каждым каналом имеет экспоненциальный закон распределения, т. е. вероятность того, что время обслуживания одного требования не превосходит некоторой величины t, определяется по следующей формуле:

, (2)

где m – интенсивность обслуживания или среднее количество заявок, которое может обслужить канал в единицу времени:

, (3)

где t_обс – среднее время обслуживания одного требования одним каналом.

Таким образом m – есть величина, обратная времени обслуживания.

Простейший (пуассоновский) поток заявок обладает тремя основными свойствами:

1. Ординарности, т. е. невозможности поступления в систему двух и более заявок одновременно.

2. Стационарности – среднее число заявок, поступающих в систему в единицу времени, постоянно. Таким образом, хотя заявки и приходят в случайные моменты времени, в среднем, поток является равномерным и параметр l характеризует среднее число заявок, поступающих в единицу времени.

3. Отсутствием последействия, т. е. количество заявок, уже поступивших в систему, не определяет того, сколько заявок поступит в дальнейшем.

Основной характеристикой простейшей СМО является параметр a, который показывает, какое среднее число каналов необходимо иметь, чтобы обслужить в единицу времени все поступившие заявки. Параметр a рассчитывается по следующей формуле:

. (4)

СМО с n каналами будет эффективно работать, если

, (5)

т. е. a< n. Это означает, что фактическое число обслуживающих каналов должно быть больше среднего числа каналов, необходимых для обслуживания заявок.

Для СМО с ожиданием и неограниченной очередью прежде чем рассчитывать показатели эффективности ее работы, нужно выполнить проверку условия (5). Если данное условие не выполняется, то работу СМО сразу следует считать неэффективной, так как система не успевает обслуживать все поступающие заявки, которые накапливаются в бесконечную очередь.

Таким образом, вид модели СМО зависит от числа каналов n и от допустимой длины очереди m. Обобщенная информация представлена в виде следующей таблицы:

Таблица 1. Классификация систем массового обслуживания