Методы теории массового обслуживания: основные понятия и определения, примеры СМО
При решении многих задач оптимальной организации торговли, бытового обслуживания, складского хозяйства и т.п. часто используется интерпретация производственной структуры как системы массового обслуживания (СМО), т.е.системы в которой с одной стороны, постоянно возникают запросы на выполнение каких-либо работ, а с другой стороны происходит постоянное удовлетворение этих запросов.
Всякая СМО включает 4 элемента:
1) источник требований (ИТ);
2) входящий поток требований;
3) система обслуживания, которая включает в себя:
· очередь,
· обслуживающее устройство (каналы обслуживания);
4) выходящий поток требований.
Требованием называется каждый отдельный запрос на выполнение какой-либо работы. Поступив в обслуживающую систему, требование (заявка) на обслуживание присоединяется к очереди других ранее поступивших требований и ждет обслуживания. Блок обслуживания выбирает очередное требование и начинает его обслуживать. После завершения обслуживания обслуживающая система приступает к обслуживанию следующего требования. Этот цикл работы СМО многократно повторяется.
К основным характеристикам СМО относятся:
· среднее число заявок находящихся в системе;
· среднее число заявок в очереди (ее длина);
· средняя продолжительность пребывания клиента в системе;
· средняя продолжительность пребывания клиента в очереди;
· среднее количество занятых средств обслуживания;
· среднее время обслуживания;
· вероятность отказа в обслуживании и др.
Для классификации СМО используется ряд признаков:
1. В зависимости от условий ожидания начала обслуживания различают:
· СМО с отказами (потерями) – требования получившие отказ (каналы заняты) теряются;
· СМО с ожиданием - требования становятся в очередь и ожидают обслуживания, такие СМО делятся на:
o СМО с ограниченной длиной очереди;
o СМО с неограниченной длиной очереди;
o СМО с ограниченным временем ожидания.
2. По числу каналов обслуживания различают два вида СМО:
· одноканальные;
· многоканальные.
3. По месту нахождения источника требования (ИТ) СМО делятся на два вида:
· разомкнутые – ИТ вне системы;
· замкнутые – ИТ в составе системы.
4. По дисциплине обслуживания (в зависимости от порядка выбора заявок на обслуживание) выделяют:
· СМО с приоритетом – вначале обслуживаются заявки с более высоким приоритетом;
· СМО без приоритета – приоритет в обслуживании заявок отсутствует.
Методы и модели исследования СМО можно разделить на
· аналитические;
· статистические.
Аналитические методы позволяют получить характеристики СМО как функции её параметров, но применимы эти методы к ограниченному кругу задач теории массового обслуживания (ТМО).
Простейший поток требований
В настоящее время достаточно хорошо разработана ТМО применительно к простейшему (Пуассоновскому) потоку заявок на обслуживание.
Для простейшего потока частота поступления требований в систему подчиняется закону Пуассона, то есть вероятность поступления за время t ровно k требований задается формулой , где λ – параметр потока (число т поступающих в единицу времени).
Основные свойства простейшего потока:
Ординарность – практическая невозможность одновременного поступления двух и более требований.
Стационарность – означает, что среднее число требований (математическое ожидание) поступающих в систему в ед. времени (λ=const) не меняется во времени.
Отсутствие последействия – число требований, поступивших в систему до момента времени t не определяет того, сколько требований поступит в систему за промежуток времени от t до t + Δt.
Время обслуживания требований в системе
Важной характеристикой СМО является время обслуживания одного требования в системе. Оно является случайной величиной и может быть описано законом распределения.
Наиболее часто рассматривается как случайная величина (СВ), которая подчиняется экспоненциальному закону распределения.
Для этого закона функция распределения вероятности имеет вид: , т.е. вероятность того, что время обслуживания не превосходит некоторой величины t, определяется формулой , где μ – параметр экспоненциального закона распределения времени обслуживания требований в системе – т.е. величина, обратная среднему времени обслуживания одного требования , т.е. .