Θεωρία Τηλεπικοινωνιακής Κίνησης Ενότητα 5: Μαρκοβιανό σύστημα αναμονής Μ/Μ/s

Σχετικά έγγραφα
Θεωρία Τηλεπικοινωνιακής Κίνησης Ενότητα 10: Προσέγγιση μειωμένου φορτίου

Θεωρία Τηλεπικοινωνιακής Κίνησης Ενότητα 8: Αναδρομικός τύπος Kaufman Roberts

Δίκτυα Επικοινωνίας Υπολογιστών Ενότητα 5: Στοιχεία Θεωρίας Τηλεπικοινωνιακής Κίνησης (Στοιχεία ΘΤΚ)

ίκτυα Επικοινωνίας Υπολογιστών

Θεωρία Τηλεπικοινωνιακής Κίνησης Ενότητα 11: Συστήματα υπερροής

Θεωρία Τηλεπικοινωνιακής Κίνησης Ενότητα 7: Πολυδιάστατη κίνηση

Συστήματα Αναμονής. Ενότητα 6: Θεωρία Ουρών. Αγγελική Σγώρα Τμήμα Μηχανικών Πληροφορικής ΤΕ

Συστήματα Αναμονής. Ενότητα 7: Ουρά Μ/Μ/1. Αγγελική Σγώρα Τμήμα Μηχανικών Πληροφορικής ΤΕ

Συστήματα Αναμονής. Ενότητα 10: Ουρά Μ/Μ/s. Αγγελική Σγώρα Τμήμα Μηχανικών Πληροφορικής ΤΕ

Θεωρία Τηλεπικοινωνιακής Κίνησης Ενότητα 1: Εισαγωγή. Μιχαήλ Λογοθέτης Πολυτεχνική Σχολή Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών

Θεωρία Τηλεπικοινωνιακής Κίνησης

Κβαντική Επεξεργασία Πληροφορίας

Κβαντική Επεξεργασία Πληροφορίας

Θεωρία Τηλεπικοινωνιακής Κίνησης Ενότητα 9: Δίκτυα απωλειών μορφής γινομένου

Βέλτιστος Έλεγχος Συστημάτων

Θεωρία Τηλεπικοινωνιακής Κίνησης

Θερμοδυναμική. Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα. Πίνακες Νερού σε κατάσταση Κορεσμού. Γεώργιος Κ. Χατζηκωνσταντής Επίκουρος Καθηγητής

Εισαγωγή στους Αλγορίθμους

Διοικητική Λογιστική

Συστήματα Αναμονής. Ενότητα 9: Ανέλιξη Γέννησης - Θανάτου. Αγγελική Σγώρα Τμήμα Μηχανικών Πληροφορικής ΤΕ

Ενδεικτικές λύσεις ασκήσεων διαχείρισης έργου υπό συνθήκες αβεβαιότητας

Εισαγωγή στους Αλγορίθμους

Βέλτιστος Έλεγχος Συστημάτων

Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο ΤΕΙ Αθήνας. Βιοστατιστική (Ε) Ενότητα 3: Έλεγχοι στατιστικών υποθέσεων

Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο ΤΕΙ Αθήνας. Βιοστατιστική (Ε) Ενότητα 1: Καταχώρηση δεδομένων

Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο ΤΕΙ Αθήνας. Βιοστατιστική (Ε) Ενότητα 2: Περιγραφική στατιστική

Εισαγωγή στους Η/Υ. Ενότητα 2β: Αντίστροφο Πρόβλημα. Δημήτρης Σαραβάνος, Καθηγητής Πολυτεχνική Σχολή Τμήμα Μηχανολόγων & Αεροναυπηγών Μηχανικών

Λογιστική Κόστους Ενότητα 12: Λογισμός Κόστους (2)

Θεωρία Τηλεπικοινωνιακής Κίνησης Ενότητα 4: Eφαρμογή των τύπων Erlang και Engset

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΙIΙ

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΙIΙ

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΙIΙ

Βέλτιστος Έλεγχος Συστημάτων

Μαθηματικά Διοικητικών & Οικονομικών Επιστημών

Συστήματα Επικοινωνιών

Εισαγωγή στους Υπολογιστές

Λογισμός 3. Ενότητα 19: Θεώρημα Πεπλεγμένων (γενική μορφή) Μιχ. Γ. Μαριάς Τμήμα Μαθηματικών ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑ ΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ

Συστήματα Επικοινωνιών

Μαθηματικά Διοικητικών & Οικονομικών Επιστημών

Δυναμική και Έλεγχος E-L Ηλεκτρομηχανικών Συστημάτων

Καθ. Γιάννης Γαροφαλάκης. ΜΔΕ Επιστήμης και Τεχνολογίας Υπολογιστών Τμήμα Μηχανικών Η/Υ & Πληροφορικής

Δυναμική και Έλεγχος E-L Ηλεκτρομηχανικών Συστημάτων

Γενικά Μαθηματικά Ι. Ενότητα 12: Κριτήρια Σύγκλισης Σειρών. Λουκάς Βλάχος Τμήμα Φυσικής ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ

1 η Διάλεξη. Ενδεικτικές λύσεις ασκήσεων

Γραμμική Άλγεβρα και Μαθηματικός Λογισμός για Οικονομικά και Επιχειρησιακά Προβλήματα

Αερισμός. Ενότητα 1: Αερισμός και αιμάτωση. Κωνσταντίνος Σπυρόπουλος, Καθηγητής Σχολή Επιστημών Υγείας Τμήμα Ιατρικής

Δυναμική και Έλεγχος E-L Ηλεκτρομηχανικών Συστημάτων

Εισαγωγή στους Αλγορίθμους

Λογιστική Κόστους Ενότητα 8: Κοστολογική διάρθρωση Κύρια / Βοηθητικά Κέντρα Κόστους.

Κβαντική Επεξεργασία Πληροφορίας

Ενότητα. Εισαγωγή στις βάσεις δεδομένων

Τίτλος Μαθήματος: Μαθηματική Ανάλυση Ενότητα Β. Διαφορικός Λογισμός

Κβαντική Επεξεργασία Πληροφορίας

Μυελού των Οστών Ενότητα #1: Ερωτήσεις κατανόησης και αυτόαξιολόγησης

Βάσεις Περιβαλλοντικών Δεδομένων

Έλεγχος και Διασφάλιση Ποιότητας Ενότητα 4: Μελέτη ISO Κουππάρης Μιχαήλ Τμήμα Χημείας Εργαστήριο Αναλυτικής Χημείας

Συστήματα Αναμονής. Ενότητα 5: Ανέλιξη Poisson. Αγγελική Σγώρα Τμήμα Μηχανικών Πληροφορικής ΤΕ

Βέλτιστος Έλεγχος Συστημάτων

Θερμοδυναμική. Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα. Πίνακες Νερού Υπέρθερμου Ατμού. Γεώργιος Κ. Χατζηκωνσταντής Επίκουρος Καθηγητής

Μαθηματικά Διοικητικών & Οικονομικών Επιστημών

Τίτλος Μαθήματος: Μαθηματική Ανάλυση Ενότητα Γ. Ολοκληρωτικός Λογισμός

Εφαρμογές των Τεχνολογιών της Πληροφορίας και των Επικοινωνιών στη διδασκαλία και τη μάθηση

Γραμμική Άλγεβρα και Μαθηματικός Λογισμός για Οικονομικά και Επιχειρησιακά Προβλήματα

Γενική Φυσική Ενότητα: Ταλαντώσεις

Φυσική ΙΙΙ. Ενότητα 4: Ηλεκτρικά Κυκλώματα. Γεώργιος Βούλγαρης Σχολή Θετικών Επιστημών Τμήμα Φυσικής

Ιστορία της μετάφρασης

Εφαρμοσμένη Βελτιστοποίηση

Βέλτιστος Έλεγχος Συστημάτων

Βέλτιστος Έλεγχος Συστημάτων

Μαθηματικά Διοικητικών & Οικονομικών Επιστημών

ΟΙΚΟΝΟΜΙΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ

Εισαγωγή στους Αλγορίθμους Φροντιστήριο 1

Διοικητική Λογιστική

Δυναμική και Έλεγχος E-L Ηλεκτρομηχανικών Συστημάτων

Εισαγωγή στην Διοίκηση Επιχειρήσεων

Βέλτιστος Έλεγχος Συστημάτων

Εισαγωγή στους Αλγορίθμους Ενότητα 9η Άσκηση - Αλγόριθμος Prim

Μαθηματικά Διοικητικών & Οικονομικών Επιστημών

Ψηφιακή Επεξεργασία Εικόνων

Δυναμική και Έλεγχος E-L Ηλεκτρομηχανικών Συστημάτων

Διδακτική των εικαστικών τεχνών Ενότητα 3

ΟΙΚΟΝΟΜΙΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ

Μηχανές Πλοίου ΙΙ (Ε)

Μαθηματικά Διοικητικών & Οικονομικών Επιστημών

Διεθνείς Οικονομικές Σχέσεις και Ανάπτυξη

Εισαγωγή στους Αλγορίθμους Ενότητα 10η Άσκηση Αλγόριθμος Dijkstra

ΟΙΚΟΝΟΜΙΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΡΗΤΗΣ

Μαθηματικά Διοικητικών & Οικονομικών Επιστημών

Λογιστική Κόστους Ενότητα 11: Λογισμός Κόστους (1)

Δυναμική και Έλεγχος E-L Ηλεκτρομηχανικών Συστημάτων

Μηχανολογικό Σχέδιο Ι

ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑ ΚΑΤΑΝΑΛΩΤΗ

Βέλτιστος Έλεγχος Συστημάτων

ΠΙΝΑΚΕΣ. Θερμοδυναμική 2012 Σελίδα 292

Μεθοδολογία Έρευνας Κοινωνικών Επιστημών Ενότητα 2: ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΗ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΩΝ ΜΑΡΚΕΤΙΝΓΚ Λοίζου Ευστράτιος Τμήμα Τεχνολόγων Γεωπόνων-Kατεύθυνση

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ ΙIΙ Ενότητα 6

Συστήματα Επικοινωνιών

Προγραμματισμός Η/Υ. Βασικές Προγραμματιστικές Δομές. ΤΕΙ Ιονίων Νήσων Τμήμα Τεχνολόγων Περιβάλλοντος Κατεύθυνση Τεχνολογιών Φυσικού Περιβάλλοντος

Εισαγωγή στην Διοίκηση Επιχειρήσεων

Transcript:

Θεωρία Τηλεπικοινωνιακής Κίνησης Ενότητα 5: Μαρκοβιανό σύστημα αναμονής Μ/Μ/s Μιχαήλ Λογοθέτης Πολυτεχνική Σχολή Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών

Συνιστώμενο Βιβλίο: Εκδόσεις : Παπασωτηρίου Θεωρία Τηλεπικοινωνιακής Κινήσεως και Εφαρμογές Μιχαήλ Δ. Λογοθέτη Δεύτερη Έκδοση Το βιβλίο αυτό απευθύνεται κατ' αρχήν σε τηλεπικοινωνιακούς μηχανικούς και μηχανικούς Η/Υ. Δεδομένης όμως της διεισδυτικότητας της Θεωρίας Τηλεπικοινωνιακής Κινήσεως στον γενικότερο επιστημονικό τομέα των μηχανικών, συνιστάται η γνώση του αντικειμένου του βιβλίου αυτού σ' όλους τους Ηλεκτρολόγους/Ηλεκτρονικούς Μηχανικούς και ιδιαιτέρως σε όλους όσους εξειδικεύονται στον τομέα των τηλεπικοινωνιακών δικτύων ή δικτύων υπολογιστών ως διαχειριστές, αναλυτές ή σχεδιαστές. Πρόθεση του συγγραφέα είναι το βιβλίο αυτό να αποτελέσει εγχειρίδιο μελέτης για προπτυχιακούς φοιτητές. Συνιστάται δε ως βασικό υπόβαθρο στους φοιτητές που ενδιαφέρονται να ακολουθήσουν μεταπτυχιακές σπουδές στους προαναφερθέντες τομείς. Copyright 2012 Α. Παπασωτηρίου & ΣΙΑ Ο.Ε. Μιχαήλ Δ. Λογοθέτης 2

Σκοποί ενότητας Περιγραφή και ανάλυση του Μαρκοβιανού συστήματος αναμονής Μ/Μ/s 3

Περιεχόμενα ενότητας Σύστημα αναμονής M/M/s Μέσος χρόνος αναμονής σε σύστημα Μ/Μ/s (Erlang C formula) Κατανομή του χρόνου αναμονής σε σύστημα M/M/s Παραδείγματα 4

Σύστημα αναμονής M/M/s (1) Έστω το σύστημα αναμονής M/M/s του σχήματος με είσοδο Poisson, εκθετικό χρόνο εξυπηρέτησης, s εξυπηρετητές, και άπειρες θέσεις αναμονής, στις οποίες όλες οι κλήσεις παραμένουν μέχρι να εξυπηρετηθούν κατά μέρον όρον επί χρόνον W. L είναι το πλήθος των κλήσεων στην ουρά αναμονής, κατά μέσον όρον ενώ λ και μ είναι ο ρυθμός άφιξης και εξυπηρέτησης, αντίστοιχα. ουρά αναμονής L,W r κλήσεις στο σύστημα λ...... s μ 5

Σύστημα αναμονής M/M/s (2) Στα σχήματα α, β που ακολουθούν, παρατηρούμε τα διαγράμματα μεταπτώσεως των καταστάσεων για το σύστημα Μ/Μ/s. Το διάγραμμα (α) για r < s είναι ισοδύναμο με αυτό του M/M/s(0). Όμως, στο διάγραμμα (β) για r s, όταν s κλήσεις εξυπηρετούνται και οι εναπομείνασες (r s) κλήσεις παραμένουν στην ουρά αναμονής, η πιθανότητα να τερματίσει μια κλήση σε χρόνο Δt, είναι sμδt(ανεξάρτητη του r). λ Δt λ Δt λ Δt λ Δt r-1 r r+1 r-1 r r+1 rμδt (r+1)μδt sμδt sμδt (α) (β) 6

Σύστημα αναμονής M/M/s (3) Αν υπάρχει σταθερή κατάσταση, τότε από την σχέση ρυθμός εξόδου = ρυθμός εισόδου, έχουμε τις εξισώσεις μονίμου καταστάσεως: (λ+rμ)p r = λp r 1 + (r+1)μp r+1, r < s (1α) (λ+ sμ)p r = λp r 1 +sμp r+1, r s (1β) Λύνοντας τις (1) όμοια με την περίπτωση του συστήματος απωλειών Μ/Μ/s, και θέτοντας α=λ/μ παίρνουμε: Για r < s: Για rs: P P r r r α r! s α s! α s P 0 rs P 0 (2α) (2β) 7

8 Σύστημα αναμονής M/M/s (4) Αν {P r } είναι η κατανομή πιθανότητας στην κατάσταση ισορροπίας του συστήματος, τότε πρέπει να ισχύει (συνθήκη κανονικοποίησης): oπότε: 1 s α s! α r! α P P 1 s 0 r 0 r r s r 0 0 r r Αν α<s το δεύτερο άθροισμα στην αγκύλη συγκλίνει σε: 0 α s s s-α r r 1 1 s 0 r s r 0 α s s s! α r! α P (3)

Σύστημα αναμονής M/M/s (5) Στην προηγούμενη διαφάνεια εξετάσαμε την περίπτωση α<s. Αν αs το άθροισμα αποκλίνει και έχουμε P 0 =0 που σημαίνει ότι η {P r } δεν υπάρχει. Στην πραγματικότητα, όταν δεν χάνεται καμία κλήση σε ένα σύστημα αναμονής, αυτό σημαίνει ότι όλο το προσφερόμενο φορτίο α erl διεκπεραιώνεται. Πάντως, όταν s γραμμές μπορούν να μεταφέρουν μόνο s erl και αs, οι κλήσεις που αναμένουν γίνονται άπειρες και το σύστημα αποκλίνει, και έτσι δεν υπάρχει σταθερή κατάσταση λειτουργίας. Το διεκπεραιούμενο φορτίο ανά εξυπηρετητή, ρ=α/s, καλείται παράγοντας αξιοποίησης (utilization factor) ή απόδοση των trunks (όπως στα συστήματα απωλειών). Γενικώς είναι γνωστό ότι ένα σύστημα αναμονής έχει μια σταθερή κατάσταση αν και μόνο αν ρ<1. 9

Μέσος χρόνος αναμονής σε σύστημα Μ/Μ/s (Erlang C formula) (1) Ως πιθανότητα αναμονής (queuing probability) ορίζεται η πιθανότητα ότι μια κλήση θα περιμένει στην ουρά αναμονής προτού εξυπηρετηθεί και συμβολίζεται με Μ(0), συμβολισμός που δείχνει την πιθανότητα ο χρόνος αναμονής > 0. Μια εισερχόμενη κλήση θα μπει στην ουρά αναμονής αν ο αριθμός των υπαρχουσών κλήσεων δεν είναι μικρότερος από s. Άρα: s α s s! s α r 0 s1 r s M0 P P rs s! s α α α s r! s! s α η οποία είναι γνωστή ως Erlang C formula. r0 α s s (4) 10

Μέσος χρόνος αναμονής σε σύστημα Μ/Μ/s (Erlang C formula) (2) Η (4) γράφεται ως συνάρτηση της Erlang B formula, ως ακολούθως: M E ses 0 (5) s 1 η οποία είναι βολική στους υπολογισμούς. Η (5) προκύπτει από την (4) αν διαιρέσουμε τον αριθμητή και τον παρονομαστή της (4) με τον όρο: s a r r0 r! s 11

Μέσος χρόνος αναμονής σε σύστημα Μ/Μ/s (Erlang C formula) (3) Η μέση τιμή των κλήσεων αναμονής δίνεται από την σχέση: L rs s α s! r sp P r M0 r 0 r0 α s r s α α (6) Επίσης, από τον νόμο του Little, υπολογίζουμε τον μέσο χρόνο αναμονής W ως εξής: W=L/λ=M(0)h/(s α) (7) όπου h=μ 1 είναι ο μέσος χρόνος εξυπηρέτησης και α=λ/μ το προσφερόμενο φορτίο κίνησης. 12

Μέσος χρόνος αναμονής σε σύστημα Μ/Μ/s (Erlang C formula) (4) Το σχήμα που ακολουθεί δείχνει τον μέσο χρόνο αναμονής W/h σε σύστημα αναμονής M/M/s συναρτήσει του λόγου ρ=α/s και για διάφορες τιμές του s. 10 s=1 Μέσος χρόνος αναμονής W/h Mean waiting time W/h 1 0.1 0.01 2 3 4 5 8 10 15 30 50 100 0.001 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 ρ=α/s ρ=a/s 13

Κατανομή του χρόνου αναμονής σε σύστημα Μ/Μ/s (1) Για την εκτίμηση της κατανομής του χρόνου αναμονής, υποθέτουμε ως πειθαρχία στην ουρά αναμονής την FIFO (First In First Out). Μαρκάρουμε αυθαίρετα μια κλήση ως κλήση υπό παρακολούθηση (δοκιμαστική κλήση). Υπολογίζουμε πρώτα την πιθανότητα q j ότι πριν από την δοκιμαστική κλήση αναμένουν ήδη j κλήσεις. Με άλλα λόγια υπολογίζουμε τη δεσμευμένη πιθανότητα q j, ότι j κλήσεις αναμένουν στην ουρά, δεδομένου ότι η κλήση δοκιμής αναμένει: q j = P s+j / M(0)=(1 ρ)ρ j, j= 0,1,... (8) Η (8) είναι μια γεωμετρική κατανομή (geometric distribution) (ρ=α/s <1). 14

Κατανομή του χρόνου αναμονής σε σύστημα Μ/Μ/s (2) Έστω ότι η αρχή μέτρησης του χρόνου είναι η χρονική στιγμή άφιξης της δοκιμαστικής κλήσης. Δεδομένου ότι ο χρόνος εξυπηρέτησης ακολουθεί την εκθετική κατανομή, αν s κλήσεις εξυπηρετούνται, η πιθανότητα να τερματίσει μια κλήση σε χρόνο [t, t+δt] είναι sμ Δt. Επομένως, η πιθανότητα P k (t) να τερματίσουν k κλήσεις εντός του χρονικού διαστήματος (0,t] ακολουθεί την κατανομή Poisson με μέση τιμή sμt. Αφού η δοκιμαστική κλήση εισέρχεται προς εξυπηρέτηση, μετά από τις j κλήσεις αναμονής, η πιθανότητα Q j (t) ότι η δοκιμαστική κλήση θα αναμένει περισσότερο χρόνον από t, δεδομένου ότι j κλήσεις αναμένουν πριν απ αυτήν, εκφράζεται από το άθροισμα της κατανομής Poisson: Q j j k0 P k ( t) e st j k0 ( st) k! k (9) 15

Κατανομή του χρόνου αναμονής σε σύστημα Μ/Μ/s (3) H συμπληρωματική συνάρτηση κατανομής του χρόνου αναμονής Μ(t) (δηλ. η πιθανότητα ο χρόνος αναμονής να ξεπεράσει τον χρόνο t) υπολογίζεται βάσει του θεωρήματος της ολικής πιθανότητας, ως εξής: M t j -sμ t Q j t q j 1 ρ ρ e Χρησιμοποιώντας την ταυτότητα: j0 j0 r0 r f j k 0 ( st) k! r,k fr k,k k0 r0 k0 k (9α) έχουμε τελικά: Μ(t) =M(0)e (1 ρ)sμt (10) 16

Κατανομή του χρόνου αναμονής σε σύστημα Μ/Μ/s (4) Στην περίπτωση που έχουμε το μοντέλο με ουρά αναμονής RSO (Random Service Order τυχαία σειρά εξυπηρέτησης), η ακριβής λύση προσεγγίζεται από την Η 2 (υπερεκθετική κατανομή): Μ(t) = 0.5 M(0) [r 1 e r1(s α)t/h +r 2 e r2(s α)t/h ] (11) όπου: α r1 1, r2 1r1 2s α 2s 17

Κατανομή του χρόνου αναμονής σε σύστημα Μ/Μ/s (5) Πειθαρχίες όπως FIFO, RSO, LIFO όπου οι κλήσεις της ουράς αναμονής εξυπηρετούνται ανεξάρτητα από τον χρόνο εξυπηρέτησής τους, είναι γνωστές ως αμερόληπτες πειθαρχίες (non biased disciplines). Για όλες τις αμερόληπτες πειθαρχίες, ο μέσος χρόνος αναμονής δίνεται από την (7). Προτεραιότητες όπως η SSTF (Shortest Service Time First πρώτα εξυπηρετούνται κλήσεις με τον μικρότερο χρόνο εξυπηρέτησης) εξαρτώνται από τον χρόνο εξυπηρέτησης και είναι γνωστές ως μεροληπτικές πειθαρχίες (biased disciplines) για τις οποίες η (7) δεν ισχύει. 18

Παραδείγματα (1) Παράδειγμα 1 Θεωρούμε ένα σύστημα αναμονής στο οποίο οι κλήσεις που φτάνουν εξυπηρετούνται από 3 τηλεφωνήτριες. Ο μέσος χρόνος εξυπηρέτησης των κλήσεων είναι 18sec. Αν υποθέσουμε ότι οι κλήσεις φτάνουν στο σύστημα με ρυθμό 400 κλήσεις/ώρα να υπολογιστούν: α) Το ποσοστό των κλήσεων που θα ευρεθούν στην ουρά αναμονής. β) Ο μέσος χρόνος αναμονής όλων των κλήσεων. γ) Ο μέσος χρόνος αναμονής των κλήσεων όταν γνωρίζουμε ότι θα καθυστερήσουν. δ) Το ποσοστό των κλήσεων που θα καθυστερήσουν περισσότερο από 30 sec, ως προς όλες τις κλήσεις καθώς και ως προς εκείνες τις κλήσεις που καθυστερούν (περιμένοντας στην ουρά αναμονής). 19

Παραδείγματα (2) Λύση Το φορτίο κίνησης που προσφέρεται στο σύστημα αναμονής ισούται με: κλήσεις α λh 400 18 sec=2 erl ώρα α) Το ποσοστό των κλήσεων στην ουρά αναμονής υπολογίζεται ως εξής: 1 s s1 r s s3, a2 α s α α s M(0) 0.44 s! (s α) r0 r! s! sα β) Ο μέσος χρόνος αναμονής όλων των κλήσεων στο σύστημα ισούται με: W M(0) h s α 0.44 18 3 2 8sec 20

Παραδείγματα (3) γ) Ο μέσος χρόνος αναμονής των κλήσεων όταν γνωρίζουν ότι θα καθυστερήσουν προκύπτει ότι είναι: W 1 W M(0) 3 18sec δ) Το ποσοστό των κλήσεων που θα καθυστερήσουν περισσότερο από 30 sec επί όλων των κλήσεων θα υπολογιστεί από την σχέση: Αντίθετα το ποσοστό των κλήσεων που θα καθυστερήσουν περισσότερο από 30 sec ως προς μόνον τις κλήσεις που καθυστερούν θα είναι ίσο με e 5/3, αφού θα πρέπει να διαιρέσουμε με Μ(0) την προηγούμενη σχέση. 18 2 α 5 (1 )sμ t s 3 M(t) M(0)e M(30) 0.44e 21

Παραδείγματα (4) Παράδειγμα 2 Σε σύστημα αναμονής Μ/M/1 με άπειρες θέσεις στην ουρά αναμονής, ο ρυθμός άφιξης είναι λ=20 κλήσεις/ώρα και ο ρυθμός εξυπηρέτησης μ=27 κλήσεις/ώρα. Υπολογίστε: (a) Τον συνολικό χρόνο T παραμονής των κλήσεων στο σύστημα κατά μέσον όρο. (b) Τον συνολικό αριθμό N των κλήσεων στο σύστημα κατά μέσον όρο. (c) Τον μέσο χρόνο W παραμονής των κλήσεων στην ουρά αναμονής. (d) Το μέσο μήκος L της ουράς αναμονής. (e) Τα T, N, W, L αν αυξηθεί ο ρυθμός των αφίξεων κατά 5 κλήσεις/ώρα. (f) Τα T, N, W, L αν μειωθεί ο ρυθμός εξυπηρέτησης κατά 5 κλήσεις/ώρα (λ=20 κλήσεις/ώρα). (g) Τι παρατηρείτε στα αποτελέσματα των (e) και (f); 22

Λύση Παραδείγματα (5) Κατ αρχήν παρατηρούμε ότι: α=λ/μ =20/27=0.74 erl<1 erl. (a) Ο συνολικός χρόνος παραμονής των κλήσεων στο σύστημα προκύπτει από την διαφορά του ρυθμού άφιξης από τον ρυθμό εξυπηρέτησης, ως εξής: T 1 T 1 1 hour 8.6min 27 20 7 Βάσει τύπων, σχέση (4), για s=1 Μ(0) = α, και από σχέση (6) h / W 1 (1 / ) ( ) 1 ( ) 1 Οπότε: T = W + h = W + 1/μ T ( ) ( ) (b) N T /( ) 20 / 7 2.9 23

Παραδείγματα (6) (c) (d) 60 W T 1/ 8.6 6.4min 27 20 L W 6.4 2.1 60 (e) T 1 T 1 27 25 1 2 hour 30min N T ( 25/60)*30 12.5 W T 1 1 1 ( ) W T 60 1/ 30 27 27.8min L W 25 60 27.8 11.6 24

Παραδείγματα (7) (f) T 1 T 1 22 20 1 2 hour 30min N T ( 20 / 60 ) * 30 10 W L T 60 1/ 30 22 W 20 60 27.3 27.3min 9.1 (g) Παρατηρούμε ότι μόνο ο συνολικός χρόνος παραμονής των κλήσεων στο σύστημα δεν άλλαξε. 25

Παραδείγματα (8) Παράδειγμα 3 Σε σύστημα αναμονής με έναν εξυπηρετητή και μία θέση στην ουρά αναμονής, Μ/Μ/1(1), ο ρυθμός άφιξης των κλήσεων είναι λ, ενώ ο ρυθμός εξυπηρέτησης είναι μ. Το σύστημα (ουρά αναμονής και εξυπηρετητής) μπορεί να είναι άδειο (κατάσταση 0), ή να έχει μία κλήση υπό εξυπηρέτηση (κατάσταση 1), ή να είναι γεμάτο (κατάσταση 2), δηλ. μία κλήση υπό εξυπηρέτηση και μία κλήση στην θέση αναμονής. Έστω P 0, P 1 και P 2 οι πιθανότητες μονίμου καταστάσεως. Το διάγραμμα μεταπτώσεων των καταστάσεων του συστήματος έχει ως εξής: 26

Παραδείγματα (9) (a) Γράψτε τις εξισώσεις τοπικής ισορροπίας. (b) Μέσω των εξισώσεων του ερωτήματος (a) να υπολογίσετε τις πιθανότητες P 0, P 1 και P 2. (c) Να υπολογιστούν: η μέση τιμή των κλήσεων στην ουρά αναμονής, L, και η μέση τιμή των κλήσεων σ όλο το σύστημα, N. (d) Βρείτε την μέση τιμή του ρυθμού άφιξης των κλήσεων που γίνονται δεκτές στο σύστημα, λ eff (effective arrival rate). (e) Βρείτε την μέση τιμή του χρόνου παραμονής των κλήσεων στην ουρά αναμονής, W, και στο σύστημα, Τ. (f) Υπολογίστε την απόδοση η του εξυπηρετητή. (g) Να υπολογίσετε (πάλι) τις πιθανότητες P 0, P 1 και P 2 χρησιμοποιώντας μόνο τις εξισώσεις σφαιρικής ισορροπίας για κάθε κατάσταση n (n=0,1 και 2). 27

Παραδείγματα (10) Λύση (a) Οι εξισώσεις τοπικής ισορροπίας, «ρυθμός ανόδου» = «ρυθμός καθόδου», ισχύουν μόνο μεταξύ γειτονικών καταστάσεων. Έχουμε δύο ζευγάρια γειτονικών καταστάσεων: (0,1) και (1, 2). Για τo ζεύγος (0,1) οι εξισώσεις είναι: λ P 0 = μ P 1 Για τo ζεύγος (1,2) οι εξισώσεις είναι: λ P 1 = μ P 2 28

Παραδείγματα (11) (b) λp 0 = μp 1 P 0 =2P 1 P 1 =0.5P 0 (1) λp 1 = μp 2 P 1 = 2P 2 P 2 = 0.5P 1 Λόγω της (1): P 2 = (0.5) 2 P 0 = 0.25P 0 (2) Αλλά: P 0 +P 1 +P 2 =1 P 0 +0.5P 0 +0.25P 0 =1 (1+0.5+0.25)P 0 = 1 1.75P 0 = 1 P 0 = 1 / 1.75 P 0 = 57.14% Από (1):P 1 =28.57% Από (2):P 2 =14.29% (c) Στην κατάσταση 0 του συστήματος αλλά και στην 1, έχομε 0 κλήσεις στην ουρά αναμονής, ενώ στην κατάσταση 2 έχομε 1 κλήση στην ουρά αναμονής. Από τον ορισμό της μέσης τιμής έχομε:l= 0*P 0 +0*P 1 +1*P 2 =0.1429 κλήσεις. Η κατάσταση του συστήματος εκφράζει πόσες κλήσεις έχουμε στο σύστημα. Η μέση τιμή Ν των κλήσεων στο σύστημα, από το ορισμό πάλι της μέσης τιμής είναι: N=0*P 0 +1*P 1 +2P 2 =0.2857+2*0.1429 N=0.5715 κλήσεις. 29

Παραδείγματα (12) (d) Λόγω των περιορισμένων θέσεων στην ουρά αναμονής, μόνον ένα ποσοστό των κλήσεων που φτάνουν στο σύστημα θα γίνει δεκτό. Όταν το σύστημα είναι γεμάτο (κατάσταση 2), τότε οι κλήσεις που φθάνουν, χάνονται. Για να βρούμε το λ eff από τον ρυθμό άφιξης λ θα αφαιρέσουμε αυτή την περίπτωση. Δηλαδή: λ eff = λ λp 2 = 1 0.1429 = 0.8571. (e) Από τον νόμο του Little: W=L/λ eff = 0.1429 / 0.8571 =0.1667 Από την επέκταση του νόμου του Little: Τ=Ν/λ eff = 0.5715 / 0.8571 =0.6667 (f) Η απόδοση η (=α c /s) του εξυπηρετητή δεδομένου ότι είναι ένας μόνον, ισούται με την διεκπεραιουμένη κίνηση α c : η = α c = λ eff / μ = 0.8571 / 2 = 0.42855 30

Παραδείγματα (13) (g) Εφαρμόζουμε σε κάθε κατάσταση, τις εξισώσεις σφαιρικής ισορροπίας «ρυθμός εισόδου» = «ρυθμός εξόδου» Για n=0: Για n=1: Για n=2: μp 1 =λp 0 2P 1 =P 0 (1) λp 0 +μp 2 =λp 1 +μp 1 P 0 +2P 2 =P 1 +2P 1 λp 1 =μp 2 P 1 =2P 2 (3) P 0 +2P 2 = 3P 1 (2) 31

Παραδείγματα (14) Όμως οι 3 αυτές εξισώσεις σφαιρικής ισορροπίας με τους 3 αγνώστους (P 0, P 1, P 2 ) δεν είναι ανεξάρτητες μεταξύ τους. Γι αυτό αντικαθιστούμε την μία (όποια μας βολεύει) π.χ. την (2) με την P 0 +P 1 +P 2 =1. Έτσι, αντικαθιστώντας σ αυτή τις (1) και (3) 2P 1 + P 1 + 0.5P 1 =1 3.5P 1 =1 P 1 =1 / 3.5 P 1 =28.57% Από (1) P 0 =57.14% Από (3) P 2 =14.29% 32

Τέλος Ενότητας

Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στo πλαίσιo του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα Πανεπιστημίου Πατρών» έχει χρηματοδοτήσει μόνο την αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους. 34

Σημειώματα 35

Σημείωμα Ιστορικού Εκδόσεων Έργου Το παρόν έργο αποτελεί την έκδοση 1.00. 36

Σημείωμα Αναφοράς Copyright Πανεπιστήμιο Πατρών, Μιχαήλ Λογοθέτης. «Θεωρία Τηλεπικοινωνιακής Κίνησης. Μαρκοβιανό σύστημα αναμονής Μ/Μ/s». Έκδοση: 1.0. Πάτρα 2015. Διαθέσιμο από τη δικτυακή διεύθυνση: https://eclass.upatras.gr/courses/ee772/ 37

Σημείωμα Αδειοδότησης Το παρόν υλικό διατίθεται με τους όρους της άδειας χρήσης Creative Commons Αναφορά, Μη Εμπορική Χρήση Παρόμοια Διανομή 4.0 [1] ή μεταγενέστερη, Διεθνής Έκδοση. Εξαιρούνται τα αυτοτελή έργα τρίτων π.χ. φωτογραφίες, διαγράμματα κ.λ.π., τα οποία εμπεριέχονται σε αυτό και τα οποία αναφέρονται μαζί με τους όρους χρήσης τους στο «Σημείωμα Χρήσης Έργων Τρίτων». [1] http://creativecommons.org/licenses/by nc sa/4.0/ Ως Μη Εμπορική ορίζεται η χρήση: που δεν περιλαμβάνει άμεσο ή έμμεσο οικονομικό όφελος από την χρήση του έργου, για το διανομέα του έργου και αδειοδόχο που δεν περιλαμβάνει οικονομική συναλλαγή ως προϋπόθεση για τη χρήση ή πρόσβαση στο έργο που δεν προσπορίζει στο διανομέα του έργου και αδειοδόχο έμμεσο οικονομικό όφελος (π.χ. διαφημίσεις) από την προβολή του έργου σε διαδικτυακό τόπο Ο δικαιούχος μπορεί να παρέχει στον αδειοδόχο ξεχωριστή άδεια να χρησιμοποιεί το έργο για εμπορική χρήση, εφόσον αυτό του ζητηθεί. 38

Διατήρηση Σημειωμάτων Οποιαδήποτε αναπαραγωγή ή διασκευή του υλικού θα πρέπει να συμπεριλαμβάνει: το Σημείωμα Αναφοράς το Σημείωμα Αδειοδότησης τη δήλωση Διατήρησης Σημειωμάτων το Σημείωμα Χρήσης Έργων Τρίτων (εφόσον υπάρχει) μαζί με τους συνοδευόμενους υπερσυνδέσμους. 39

Σημείωμα Χρήσης Έργων Τρίτων Το Έργο αυτό κάνει χρήση του ακόλουθου έργου: Εικόνες/Σχήματα/Διαγράμματα/Φωτογραφίες/Πίνακες [1] Μιχαήλ Λογοθέτης, Θεωρία Τηλεπικοινωνιακής Κινήσεως και Εφαρμογές, 2 η έκδοση, Παπασωτηρίου, 2012 40