background image

Plik:

BO_PP_M_M_1_oo_Analityczne_p_s_[v3].doc   

   

 

 

 

 

 

1

/

19

A. KADZI

ēSKI,

ANALITYCZNE  MODELE  ELEMENTARNEGO  SYSTEMU   OBS

àUGI  M/M/1

B A D A N I A     O P E R A C Y J N E  

ANALITYCZNE  MODELE  ELEMENTARNEGO 

SYSTEMU OBS

àUGI

M/M/1/

’

Materiaáy pomocnicze do wykáadu

adam.kadzinski@put.poznan.pl

POJ

ĉCIE SYSTEMU M/M/1/

f

PRZYK

àADY



Stanowisko diagnostyczne; 



Ma

áy warsztat samochodowy; 



Myjnia samochodowa; 



Automat telefoniczny; 



Gabinet lekarski specjalistyczny; 



Kiosk.

Strumie

Ĕ

zg

áoszeĔ

Poissona

Kolejka

Stanowisko

obs

áugi

f

2

1

Strumie

Ĕ

wyj

Ğciowy

P

O

Plik:

BO_PP_M_M_1_oo_Analityczne_p_s_[v3].doc   

   

 

 

 

 

            

2

/

19

A. KADZI

ēSKI,

ANALITYCZNE  MODELE  ELEMENTARNEGO  SYSTEMU   OBS

àUGI  M/M/1

ZA

àOĩENIA  M/M/1/

f



Strumie

Ĕ zgáoszeĔ jest strumieniem Poissona o intensywnoĞci O , czyli odstĊpy miĊdzy

zg

áoszeniami opisuje rozkáad wykáadniczy o funkcji gĊstoĞci prawdopodobieĔstwa:

 

t

e

t

f

˜



˜

 

O

O





Stanowisko obs

áugowe ma jeden kanaá obsáugi;

Czas obs

áugi zgáoszeĔ opisuje rozkáad wykáadniczy o funkcji gĊstoĞci prawdopodobieĔstwa:

 

W

P

P

W

˜



˜

 

e

f



Kolejka posiada nieograniczon

ą liczbĊ miejsc przeznaczonych na oczekiwanie zgáoszeĔ

(obiektów).

Strumie

Ĕ

zg

áoszeĔ

Poissona

Kolejka

Stanowisko

obs

áugi

f

2

1

Strumie

Ĕ

wyj

Ğciowy

P

O

Plik:

BO_PP_M_M_1_oo_Analityczne_p_s_[v3].doc   

   

 

 

 

 

            

3

/

19

A. KADZI

ēSKI,

ANALITYCZNE  MODELE  ELEMENTARNEGO  SYSTEMU   OBS

àUGI  M/M/1

POSZUKIWANE

ż Stany systemu; 

ż Graf stanów systemu; 

ż Stacjonarne prawdopodobieĔstwa stanów systemu; 

ż ĝrednia liczba zgáoszeĔ w systemie; 

ż ĝrednia liczba zgáoszeĔ oczekujących w kolejce; 

ż ĝrednia liczba obsáugiwanych zgáoszeĔ w systemie. 

Strumie

Ĕ

zg

áoszeĔ

Poissona

Kolejka

Stanowisko

obs

áugi

f

2

1

Strumie

Ĕ

wyj

Ğciowy

P

O

Plik:

BO_PP_M_M_1_oo_Analityczne_p_s_[v3].doc   

   

 

 

 

 

            

4

/

19

A. KADZI

ēSKI,

ANALITYCZNE  MODELE  ELEMENTARNEGO  SYSTEMU   OBS

àUGI  M/M/1

background image

ROZWI

ĄZANIA

ż

Stany systemu 

S

0

 w systemie nie ma zgáoszeĔ,

S

1

 jedno zgáoszenie znajduje siĊ w systemie i nastĊpuje jego obsáuga na pierwszym

i jedynym kanale obs

áugowym, kolejka nie wystĊpuje,

S

2

 dwa zgáoszenia znajdują siĊ w systemie, pierwsze jest obsáugiwane, drugie czeka

w kolejce, 

S

k

k zgáoszeĔ znajduje siĊ w systemie, pierwsze jest obsáugiwane, pozostaáe  1

zg

áoszeĔ oczekuje w kolejce. 

ż

Graf stanów systemu 

P

. . .

P

P

P

P

S

2

S

1

S

0

. . .

P

P

S

k+1

S

k

S

k-1

O

O

O

O

O

O

O

STANY

BEZ KOLEJKI

STANY

Z  KOLEJK

Ą

                            Rys. 1. Graf stanów 

Plik:

BO_PP_M_M_1_oo_Analityczne_p_s_[v3].doc   

   

 

 

 

 

            

5

/

19

A. KADZI

ēSKI,

ANALITYCZNE  MODELE  ELEMENTARNEGO  SYSTEMU   OBS

àUGI  M/M/1

ż

Stacjonarne prawdopodobie

Ĕstwa stanów systemu 

1.

P

O

. . .

O

P

S

0

S

1

   

 

 

t

o

t

t

p

t

t

p

t

t

p

'



'

˜

˜



'

˜



˜

 

'



P

O

1

0

0

1

gdzie: o(

't)  prawdopodobieĔstwo, Īe w przedziale 't nastąpi co najmniej dwukrotna zmiana stanu 

systemu; jest bardzo ma

áe i dalej bĊdzie pomijane. 

 

 

 

P

O

˜



˜



 

'



'



t

p

t

p

t

t

p

t

t

p

1

0

0

0

lim

0

o

't

 

 

 

P

O

˜



˜



 

'



'



o

'

t

p

t

p

t

t

p

t

t

p

t

1

0

0

0

0

lim

Plik:

BO_PP_M_M_1_oo_Analityczne_p_s_[v3].doc   

   

 

 

 

 

            

6

/

19

A. KADZI

ēSKI,

ANALITYCZNE  MODELE  ELEMENTARNEGO  SYSTEMU   OBS

àUGI  M/M/1

Wykorzystuj

ąc definicjĊ pochodnej 

 

 

t

t

p

t

t

p

dt

t

dp

t

'



'



 

o

'

0

0

0

0

lim

otrzymuje si

Ċ

 

 

 

P

O

˜



˜



 

t

p

t

p

dt

t

dp

1

0

0

Dla warunków ustalonych: 

 

0

0

 

dt

t

dp

;

 

0

0

p

t

p

 

;

 

1

1

p

t

p

  ;

st

ąd

P

O

˜



˜



 

1

0

0

p

p

oraz

P

O

˜

 

0

1

p

p

,   a gdy przyjmie si

Ċ, Īe

P

O

U   ,  to

U

˜

 

0

1

p

p

(1)

Plik:

BO_PP_M_M_1_oo_Analityczne_p_s_[v3].doc   

   

 

 

 

 

            

7

/

19

A. KADZI

ēSKI,

ANALITYCZNE  MODELE  ELEMENTARNEGO  SYSTEMU   OBS

àUGI  M/M/1

2.

P

. . . 

O

O

P

P

S

0

S

1

S

2

O

 

>

@

 

 

t

t

p

t

t

p

t

t

p

t

t

p

'

˜

˜



'

˜

˜



'

˜





˜

 

'



P

O

P

O

2

0

1

1

1

 

   

 

 

P

O

P

O

˜



˜





˜



 

'



'



t

p

t

p

t

p

t

t

p

t

t

p

2

0

1

1

1

Dla warunków ustalonych: 

P

O

P

O

˜



˜





˜



 

2

0

1

0

p

p

p

Wykorzystuj

ąc równanie (1) 

P

O

P

O

U

˜



˜





˜

˜



 

2

0

0

0

p

p

p

Plik:

BO_PP_M_M_1_oo_Analityczne_p_s_[v3].doc   

   

 

 

 

 

            

8

/

19

A. KADZI

ēSKI,

ANALITYCZNE  MODELE  ELEMENTARNEGO  SYSTEMU   OBS

àUGI  M/M/1

background image

St

ąd

P

O

P

O

U

P

˜





˜

˜

˜

 

0

0

2

1

p

p

p

a gdy 

P

O

U  

mamy

»

¼

º

«

¬

ª





˜

˜

 

1

0

2

P

P

O

U

p

p

a dalej 

»

¼

º

«

¬

ª





˜

˜

 

1

1

0

2

P

O

U

p

p

St

ąd zaleĪnoĞü na prawdopodobieĔstwo stacjonarne   przedstawia zaleĪnoĞü

:

2

p

2

0

2

U

˜

  p

p

(2)

Plik:

BO_PP_M_M_1_oo_Analityczne_p_s_[v3].doc   

   

 

 

 

 

            

9

/

19

A. KADZI

ēSKI,

ANALITYCZNE  MODELE  ELEMENTARNEGO  SYSTEMU   OBS

àUGI  M/M/1

3.

P

P

. . .

O

O

O

O

P

P

S

1

S

2

S

3

. . .

 

>

@

 

 

t

t

p

t

t

p

t

t

p

t

t

p

'

˜

˜



'

˜

˜



'

˜





˜

 

'



P

O

P

O

3

1

2

2

1

 

   

 

 

P

O

P

O

˜



˜





˜



 

'



'



t

p

t

p

t

p

t

t

p

t

t

p

3

1

2

2

2

Dla warunków ustalonych: 

P

O

P

O

˜



˜





˜



 

3

1

2

0

p

p

p

st

ąd:

P

O

P

P

O

˜





˜

 

1

2

3

p

p

p

Plik:

BO_PP_M_M_1_oo_Analityczne_p_s_[v3].doc   

   

 

 

 

 

            

10

/

19

A. KADZI

ēSKI,

ANALITYCZNE  MODELE  ELEMENTARNEGO  SYSTEMU   OBS

àUGI  M/M/1

Wykorzystuj

ąc równania 

(1)

 i 

(2)

P

O

U

P

P

O

U

˜

˜





˜

˜

 

0

2

0

3

p

p

p

,

a gdy 

P

O

U   , mamy: 

1

1

1

1

2

0

2

0

3





˜

˜

 

¸

¹

·

¨

©

§





˜

˜

 

U

U

P

O

U

p

p

p

St

ąd zaleĪnoĞü na prawdopodobieĔstwo stacjonarne   przedstawia zaleĪnoĞü:

3

p

3

0

3

U

˜

  p

p

(3)

Na podstawie zale

ĪnoĞci (1),(2) i (3), moĪna zauwaĪyü, Īe obowiązuje zaleĪnoĞü rekurencyjna: 

U

˜

 



k

k

p

p

1

a st

ąd

U

U ˜

˜

 



k

k

p

p

0

1

(4)

i

1

0

1





˜

 

k

k

p

p

U

(5)

Plik:

BO_PP_M_M_1_oo_Analityczne_p_s_[v3].doc   

   

 

 

 

 

            

11

/

19

A. KADZI

ēSKI,

ANALITYCZNE  MODELE  ELEMENTARNEGO  SYSTEMU   OBS

àUGI  M/M/1

Porz

ądkując wykonane obliczenia moĪna zapisaü, Īe:

°

°

°

°

°

¿

°

°

°

°

°

¾

½

˜

 

˜

 

˜

 

˜

 

˜

 

˜

 













1

0

1

0

1

0

1

3

0

3

2

0

2

0

1

k

k

k

k

k

k

p

p

p

p

p

p

p

p

p

p

p

p

U

U

U

U

U

U

(6)

Plik:

BO_PP_M_M_1_oo_Analityczne_p_s_[v3].doc   

   

 

 

 

 

            

12

/

19

A. KADZI

ēSKI,

ANALITYCZNE  MODELE  ELEMENTARNEGO  SYSTEMU   OBS

àUGI  M/M/1

background image

Oczywi

Ğcie obowiązuje tu równieĪ warunek, Īe:

1

0

 

¦

f

 

i

i

p

(7)

Wykorzystuj

ąc równania (6) i (7) moĪna zapisaü, Īe:

1

 

 

 

 

0

2

0

0

0

 



˜





˜



˜







k

p

p

p

p

U

U

U

a st

ąd

1

geometr.

ciagu 

 

nieskoncz.

 

suma

1

2

0

0

1





»

»

»

»

¼

º

«

«

«

«

¬

ª











 





q

a

k

p

U

U

U

gdzie: a

0

 pierwszy wyraz niesko

Ĕczonego ciągu geometrycznego, 

q

 iloraz niesko

Ĕczonego ciągu geometrycznego. 

Dalej mo

Īna wiĊc zapisaü, Īe:

1

1

0

1

1

1

1





»

¼

º

«

¬

ª



 

»

¼

º

«

¬

ª





 

U

U

U

p

co daje ostatecznie zale

ĪnoĞü postaci: 

U



  1

0

p

(8)

Plik:

BO_PP_M_M_1_oo_Analityczne_p_s_[v3].doc   

   

 

 

 

 

            

13

/

19

A. KADZI

ēSKI,

ANALITYCZNE  MODELE  ELEMENTARNEGO  SYSTEMU   OBS

àUGI  M/M/1

Wykorzystuj

ąc równania 

(6)

  i 

(8)

  mo

Īna napisaü równania 

(9)

  wyra

Īające prawdopodobieĔstwa

stacjonarne stanów systemu M/M/1/

f postaci: 

°

°

°

°

°

¿

°

°

°

°

°

¾

½

˜



 

˜



 

˜



 

˜



 

˜



 

˜



 













1

1

1

1

3

3

2

2

1

1

1

1

1

1

  

1

k

k

k

k

k

k

p

p

p

p

p

p

U

U

U

U

U

U

U

U

U

U

U

U

(9)

Plik:

BO_PP_M_M_1_oo_Analityczne_p_s_[v3].doc   

   

 

 

 

 

            

14

/

19

A. KADZI

ēSKI,

ANALITYCZNE  MODELE  ELEMENTARNEGO  SYSTEMU   OBS

àUGI  M/M/1

ż

ĝrednia liczba zgáoszeĔ w systemie M/M/1/f

Korzystaj

ąc  z  zaleĪnoĞci  na  wartoĞü  oczekiwaną  zmiennej  losowej  typu  dyskretnego,  Ğrednią

liczb

Ċ zgáoszeĔ w systemie moĪna obliczyü wg formuáy:

¦

f

 

˜

 

0

sys

i

i

p

i

L

Rozpiszmy powy

Īszą formuáĊ bardziej szczegóáowo do postaci: 

,

,

,







˜





˜



˜



˜

 



˜



˜



˜

U

U

U

U

U

U

1

1

2

1

1

0

sys

2

2

1

0

k

k

p

k

p

p

p

L

oraz uwzgl

Ċdnijmy zaleĪnoĞü (9): 





 

1

 

 

1

2

1

1

2

sys





˜

˜







˜

˜





˜

˜

 

U

U

U

U

U

U

k

k

L

Plik:

BO_PP_M_M_1_oo_Analityczne_p_s_[v3].doc   

   

 

 

 

 

            

15

/

19

A. KADZI

ēSKI,

ANALITYCZNE  MODELE  ELEMENTARNEGO  SYSTEMU   OBS

àUGI  M/M/1

Mo

Īna zauwaĪyü, Īe powyĪszą zaleĪnoĞü moĪna zapisaü w postaci: 

i

i

d

d

L

U

U

U

U 1

1

sys

¦

f

 

˜



˜

 

           lub

U

U

U

U

U

U



 



f

 

¦

˜



˜

 

1

1

1

sys

0

1

q

a

i

i

d

d

L

co prowadzi w efekcie ko

Ĕcowym do zaleĪnoĞci (10): 

¸

¹

·

¨

©

§



˜



˜

 

U

U

U

U

U

1

)

1

(

sys

d

d

L

po obliczeniu pochodnej:

2

sys

1

1

1

U

U

U



˜



˜

 

L

U

U



 

1

sys

L

(10)

Plik:

BO_PP_M_M_1_oo_Analityczne_p_s_[v3].doc   

   

 

 

 

 

            

16

/

19

A. KADZI

ēSKI,

ANALITYCZNE  MODELE  ELEMENTARNEGO  SYSTEMU   OBS

àUGI  M/M/1

background image

ż

ĝrednia liczba zgáoszeĔ oczekujących w kolejce systemu M/M/1/f

ĝrednia  liczba  zgáoszeĔ  w  kolejce  zostanie  obliczona  jako  róĪnica Ğredniej  liczby  zgáoszeĔ  w 

systemie i 

Ğredniej liczby zgáoszeĔ obsáugiwanych, wg zaleĪnoĞci:

obs

sys

oczek

L

L

L



 

(11)

Plik:

BO_PP_M_M_1_oo_Analityczne_p_s_[v3].doc   

   

 

 

 

 

            

17

/

19

A. KADZI

ēSKI,

ANALITYCZNE  MODELE  ELEMENTARNEGO  SYSTEMU   OBS

àUGI  M/M/1

ż

ĝrednia liczba zgáoszeĔ obsáugiwanych w systemie M/M/1/f

Korzystaj

ąc  z  zaleĪnoĞci  na  wartoĞü  oczekiwaną  zmiennej  losowej  typu  dyskretnego,  Ğrednią

liczb

Ċ  zgáoszeĔ  obsáugiwanych  w  systemie  dysponującym  jednym  kanaáem  obsáugowym,  moĪna

obliczy

ü wg formuáy:

¦

 

˜

 

1

0

obs

obs

i

i

p

i

L

Po rozpisaniu powy

Īszej zaleĪnoĞci otrzymuje siĊ:

obs

obs

1

0

obs

1

0

p

p

L

˜



˜

 

      ale

¦

f

 

 

1

1

obs

k

k

p

p

co skutkuje w nast

Ċpującym zapisie: 

U

U

U

-

1

-

1

nego

geometrycz

ciagu

nego

nieskonczo

 

suma

1

0

obs

obs

0

˜

f

 

¦



˜

 

k

k

p

p

L

i zale

ĪnoĞcią koĔcową (12) 

U

 

obs.

L

(12)

Plik:

BO_PP_M_M_1_oo_Analityczne_p_s_[v3].doc   

   

 

 

 

 

            

18

/

19

A. KADZI

ēSKI,

ANALITYCZNE  MODELE  ELEMENTARNEGO  SYSTEMU   OBS

àUGI  M/M/1

ż

ĝrednia liczba zgáoszeĔ oczekujących w kolejce systemu M/M/1/f  cd.

Teraz mo

Īna powróciü do wyznaczenia Ğredniej liczby zgáoszeĔ oczekujących w kolejce. Korzysta 

si

Ċ przy tym z zaleĪnoĞci (10), (11) i (12): 

,

U

U

U

U

U

U

U







 





 

1

   

    

1

2

(12)

 

zal.

(10)

 

zal.

oczek

L

otrzymuj

ąc w koĔcu formuáĊ (13) postaci: 

U

U



 

1

2

oczek.

L

(13)

Plik:

BO_PP_M_M_1_oo_Analityczne_p_s_[v3].doc   

   

 

 

 

 

            

19

/

19

A. KADZI

ēSKI,

ANALITYCZNE  MODELE  ELEMENTARNEGO  SYSTEMU   OBS

àUGI  M/M/1