ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΝΑΜΟΝΗΣ Queuing Systems

Σχετικά έγγραφα
ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΝΑΜΟΝΗΣ Queuing Systems

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΝΑΜΟΝΗΣ Queuing Systems

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΝΑΜΟΝΗΣ Queuing Systems

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΝΑΜΟΝΗΣ Queuing Systems Διαδικασίες Birth-Death, Ουρές Markov:

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΝΑΜΟΝΗΣ Queuing Systems Διαδικασίες Γεννήσεων - Θανάτων Εξισώσεις Ισορροπίας - Ουρές Μ/Μ/1, M/M/1/N Προσομοίωση Ουράς Μ/Μ/1/Ν

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΝΑΜΟΝΗΣ Queuing Systems Επισκόπηση Γνώσεων Πιθανοτήτων (2/2) Διαδικασία Γεννήσεων Θανάτων Η Ουρά Μ/Μ/1

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΝΑΜΟΝΗΣ Queuing Systems

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΝΑΜΟΝΗΣ Queuing Systems

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΝΑΜΟΝΗΣ Ροή Δ - 6 ο εξάμηνο, κωδικός

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΝΑΜΟΝΗΣ Queuing Systems Εισαγωγή (2/2) Επισκόπηση Γνώσεων Πιθανοτήτων (1/2)

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΝΑΜΟΝΗΣ Queuing Systems Μοντέλα Ουρών Markov και Εφαρμογές:

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΝΑΜΟΝΗΣ Queuing Systems

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΝΑΜΟΝΗΣ Queuing Systems Μοντέλα Ουρών Markov και Εφαρμογές:

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΝΑΜΟΝΗΣ Queuing Systems

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΝΑΜΟΝΗΣ Queuing Systems Εκθετική Κατανομή, Στοχαστικές Ανελίξεις Διαδικασίες Απαρίθμησης, Κατανομή Poisson

Ηρώων Πολυτεχνείου 9, Ζωγράφου, Αθήνα, Τηλ: , Fax: URL

Θέμα 1 (20%) (α) Πότε είναι εργοδικό το παραπάνω σύστημα; Για πεπερασμένο c, το σύστημα είναι πάντα εργοδικό.

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΝΑΜΟΝΗΣ Queuing Systems

ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΝΑΜΟΝΗΣ Queuing Systems

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΝΑΜΟΝΗΣ Queuing Systems Άσκηση Προσομοίωσης Στατιστικές Εξόδου Ουράς Μ/Μ/1 - Θεώρημα Burke Ανοικτά Δίκτυα Ουρών Μ/Μ/1 - Θεώρημα Jackson

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΝΑΜΟΝΗΣ Queuing Systems

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΝΑΜΟΝΗΣ Queuing Systems Παράμετροι Συστημάτων Αναμονής Τύπος Little. Β. Μάγκλαρης, Σ. Παπαβασιλείου

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΝΑΜΟΝΗΣ Queuing Systems

ΣΤΟΧΑΣΤΙΚΕΣ ΔΙΕΡΓΑΣΙΕΣ & ΒΕΛΤΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ

Ηρώων Πολυτεχνείου 9, Ζωγράφου, Αθήνα, Τηλ: , Fax: URL

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΝΑΜΟΝΗΣ Queuing Systems

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΝΑΜΟΝΗΣ Queuing Systems Επισκόπηση Αναλυτικών Τεχνικών Θεωρίας Πιθανοτήτων για Εφαρμογή σε Ουρές Αναμονής M/G/1

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΝΑΜΟΝΗΣ Queuing Systems Εισαγωγή

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΝΑΜΟΝΗΣ Queuing Systems

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΝΑΜΟΝΗΣ Queuing Systems Παράμετροι Συστημάτων Αναμονής Τύπος Little

Μοντελοποίηση, Ανάλυση και Σχεδιασμός Στοχαστικών Συστημάτων

p k = (1- ρ) ρ k. E[N(t)] = ρ /(1- ρ).

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΝΑΜΟΝΗΣ Queuing Systems

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΝΑΜΟΝΗΣ Queuing Systems

Markov. Γ. Κορίλη, Αλυσίδες. Αλυσίδες Markov

ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ

P (M = n T = t)µe µt dt. λ+µ

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΝΑΜΟΝΗΣ Queuing Systems

Ορισµός. (neighboring) καταστάσεων. ηλαδή στην περίπτωση αλυσίδας Markov. 1.2 ιαµόρφωση µοντέλου

Διαδικασίες Markov Υπενθύμιση

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΝΑΜΟΝΗΣ Queuing Systems

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΝΑΜΟΝΗΣ Queuing Systems

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΝΑΜΟΝΗΣ Queuing Systems

Ονοματεπώνυμο: Ερώτημα: Σύνολο Μονάδες: Βαθμός:

Γραπτή Εξέταση στο Μάθημα "ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΝΑΜΟΝΗΣ" 6ο Εξάμηνο Ηλεκτρολόγων Μηχ. & Μηχ. Υπολογιστών Θέματα και Λύσεις. μ 1.

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΝΑΜΟΝΗΣ Ροή Δ - 6 ο εξάμηνο, κωδικός

Μοντελοποίηση, Ανάλυση και Σχεδιασμός Στοχαστικών Συστημάτων

Απλα Συστήματα Αναμονής Υπενθύμιση

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΝΑΜΟΝΗΣ Queuing Systems

Ανάλυση Απόδοσης Πληροφοριακών Συστημάτων

1 + ρ ρ ρ3. iπ i = Q = λ λ i=0. n=0 tn. n! Qn, t 0

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΝΑΜΟΝΗΣ Queuing Systems

Θεωρία Τηλεπικοινωνιακής Κίνησης

Τεχνικές Εκτίμησης Υπολογιστικών Συστημάτων Ενότητα 3: Μοντέλα Θεωρίας Αναμονής

Μοντελοποίηση, Ανάλυση και Σχεδιασμός Στοχαστικών Συστημάτων

Μοντέλα Αναμονής σε Δίκτυα Επικοινωνιών. Ανάλυση Ουρών. Λάζαρος Μεράκος Τμήμα Πληροφορικής &Τηλεπικοινωνιών Πανεπιστήμιο Αθηνών

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

Χρησιμοποιείται για να δηλώσουμε τους διάφορους τύπους ουρών. A/B/C. Κατανομή εξυπηρετήσεων

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

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

Δίκτυα Κινητών και Προσωπικών Επικοινωνιών

Θεωρία Τηλεπικοινωνιακής Κίνησης Ενότητα 2: Θεμελιώδεις σχέσεις

Δίκτυα Τηλεπικοινωνιών. και Μετάδοσης

ΣΤΟΧΑΣΤΙΚΕΣ ΔΙΕΡΓΑΣΙΕΣ & ΒΕΛΤΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ Αίθουσα Νέα Κτίρια ΣΗΜΜΥ Ε.Μ.Π.

Μοντέλα Συστημάτων Αναμονής σε Δίκτυα Επικοινωνιών

DEPARTMENT OF STATISTICS

ΣΤΟΧΑΣΤΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ & ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ 1o Τμήμα (Α - Κ): Αμφιθέατρο 3, Νέα Κτίρια ΣΗΜΜΥ Θεωρία Πιθανοτήτων & Στοχαστικές Ανελίξεις - 5

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

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΥ ΣΧΟΛΗ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΤΗΣ ΔΙΟΙΚΗΣΗΣ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΟΙΚΟΝΟΜΙΑΣ ΚΑΙ ΔΙΟΙΚΗΣΗΣ ΘΕΩΡΙΑ ΟΥΡΩΝ

H επίδραση των ουρών στην κίνηση ενός δικτύου

Ο Π Ε Υ Ελάχιστα γραμμών Ο *maximin (A) Π Ε Υ * minimax (B)

Γ. Κορίλη, Μοντέλα Εξυπηρέτησης

Δίκτυα Τηλεπικοινωνιών. και Μετάδοσης

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


ΣΤΟΧΑΣΤΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ & ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ 1o Τμήμα (Α - Κ): Αμφιθέατρο 3, Νέα Κτίρια ΣΗΜΜΥ Θεωρία Πιθανοτήτων & Στοχαστικές Ανελίξεις - 3

Δίκτυα Επικοινωνιών ΙΙ. Ενότητα 2: Μοντέλα Συστηµάτων Αναµονής σε Δίκτυα Επικοινωνιών

Μαρκοβιανές Αλυσίδες

Τηλεπικοινωνιακά Ψηφιακά Δίκτυα Ενότητα 2: Θεωρία Κίνησης. Βαρουτάς Δημήτρης Σχολή Θετικών Επιστημών Τμήμα Πληροφορικής και Τηλεπικοινωνιών

ιαστασιοποίηση του Ασύρµατου Μέρους του ικτύου

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

ΣΤΟΧΑΣΤΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ & ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ 1o Τμήμα (Α - Κ): Αμφιθέατρο 4, Νέα Κτίρια ΣΗΜΜΥ Θεωρία Πιθανοτήτων & Στοχαστικές Ανελίξεις - 5

ΔΕΟ13 - Επαναληπτικές Εξετάσεις 2010 Λύσεις

Γραπτή Εξέταση στο Μάθημα "ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΝΑΜΟΝΗΣ" 6ο Εξάμηνο Ηλεκτρολόγων Μηχ. & Μηχ. Υπολογιστών Θέματα και Λύσεις

Διαδικασία Αφίξεων. Ουρά Αναμονής. Μηχανισμός Εξυπηρέτησης. Πηγή Πελατών. Έξοδος. Πειθαρχία

Τεχνικές βασισμένες στα Δίκτυα Αναμονής

Εργαστηριακή Άσκηση Το σύστημα αναμονής M/G/1

Μοντελοποίηση, Ανάλυση και Σχεδιασμός Στοχαστικών Συστημάτων

ίκτυα Κινητών και Προσωπικών Επικοινωνιών Βασικές αρχές των κυψελωτών συστημάτων κινητών επικοινωνιών

Τεχνικές Εκτίμησης Υπολογιστικών Συστημάτων Ενότητα 4: Δίκτυα Συστημάτων Αναμονής

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


Θεωρία Ουρών Αναμονής Queuing Theory

I/O: Λίγη θεωρία ουρών, RAID

ΣΤΟΧΑΣΤΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ & ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ 1o Τμήμα (Α - Κ): Αμφιθέατρο 4, Νέα Κτίρια ΣΗΜΜΥ Θεωρία Πιθανοτήτων & Στοχαστικές Ανελίξεις

Θεωρία Τηλεπικοινωνιακής Κίνησης Ενότητα 11: Συστήματα υπερροής

Θεωρία Τηλεπικοινωνιακής Κίνησης Ενότητα 3: Μαρκοβιανά συστήματα απωλειών

καθ. Βασίλης Μάγκλαρης

Στοχαστικές Ανελίξεις (3) Αγγελική Αλεξίου

Transcript:

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΝΑΜΟΝΗΣ Queuing Systems Η Ουρά Μ/Μ/1/N Σφαιρικές & Τοπικές Εξισώσεις Ισορροπίας Βασίλης Μάγκλαρης maglaris@netmode.ntua.gr 22/3/2017

ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΓΕΝΝΗΣΕΩΝ ΘΑΝΑΤΩΝ (1/4) Birth Death Processes (Επανάληψη) Παραδοχές: o Ανεξαρτησία γεννήσεων-θανάτων o Εξέλιξη της κατάστασης - πληθυσμού n(t) βασισμένη μόνο στο παρόν (Ιδιότητα Markov) Σύστημα Διαφορικών εξισώσεων Διαφορών Κατάσταση ισορροπίας (steady state) Την χρονική στιγμή t το σύστημα καταλήγει σε πληθυσμό n(t) = k Μπορεί να έχουν προηγηθεί οι ακόλουθες μεταβάσεις από την χρονική στιγμή t Δt, Δt 0 : Μία άφιξη στο διάστημα Δt, με πιθανότητα λ k 1 Δt αν k > 0 Μια αναχώρηση, με πιθανότητα μ k+1 Δt αν υπάρχει η k + 1 (σε περίπτωση περιορισμού μέγιστου πληθυσμού K μπορούμε να θεωρήσουμε μ k+1 = 0) Τίποτα από τα δύο, με πιθανότητα 1 (λ k + μ k )Δt αν k > 0 ή 1 λ 0 Δt αν k = 0 Οι εξισώσεις μετάβασης (Chapman - Kolmogorov) προκύπτουν από τον τύπο συνολικής πιθανότητας: P k t = λ k 1 ΔtP k 1 t Δt + μ k+1 ΔtP k+1 t Δt + 1 λ k + μ k Δt P k t Δt P 0 (t) = μ 1 Δt P 1 (t Δt) + (1 λ 0 Δt) P 0 (t Δt) με αρχικές συνθήκες P k 0 και οριακές συνθήκες P k t = 1, t k 2

ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΓΕΝΝΗΣΕΩΝ ΘΑΝΑΤΩΝ (2/4) Στο όριο, Δt 0, P k t P k (t Δt) Δt εξισώσεων διαφορών: Birth Death Processes (Επανάληψη) dp k(t) και προκύπτει το γραμμικό σύστημα διαφορικών dp k(t) dp 0(t) = λ k 1 P k 1 t + μ k+1 P k+1 t λ k + μ k P k t, k > 0 = μ 1 P 1 t λ 0 P 0 t με αρχικές συνθήκες P k 0 και οριακές συνθήκες P k t = 1, t k Όταν t και κάτω από ορισμένες συνθήκες το σύστημα συγκλίνει σε σταθερή κατάσταση. Το μεταβατικό φαινόμενο παρέρχεται για καταστάσεις n t = k απείρως επισκέψιμες - positive recurrent, ξεχνιέται η αρχική συνθήκη P k 0 και οι πιθανότητές P k t συγκλίνουν στις οριακές πιθανότητες P k > 0 : Για t, dp k(t) = 0, P k t P k > 0 : Εργοδικές Οριακές Πιθανότητες Σημείωση: Ισχύει η εργοδική ιδιότητα και οι οριακές πιθανότητες μπορούν να προσεγγισθούν σαν P k = lim { T k } όπου T T T k είναι το σχετικό συνολικό χρονικό διάστημα T k όταν n t = k σε μεγάλο χρονικό ορίζοντα T μιας καταγραφής της ανέλιξης n t σε ισορροπία. Οι εργοδικές οριακές πιθανότητες προκύπτουν από τις γραμμικά ανεξάρτητες Εξισώσεις Ισορροπίας: λ k + μ k P k = λ k 1 P k 1 + μ k+1 P k+1, k > 1 λ 0 P 0 = μ 1P 1 P 0 + P 1 + + P k + = 1 3

ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΓΕΝΝΗΣΕΩΝ ΘΑΝΑΤΩΝ (3/4) Birth Death Processes (Επανάληψη) Εφαρμογή σε Απλή Ουρά Μ/Μ/1 Αφίξεις Poisson με μέσο ρυθμό λ αφίξεις/sec: λ k = λ, k = 0,1,2,3, Χρόνοι εξυπηρέτησης εκθετικοί με μέση τιμή E s = 1 μ sec: μ k = μ, k = 1,2,3, ρ = λ < 1 Erlang (συνθήκη για οριακή ισορροπία εργοδικότητα) μ H εξέλιξη των πιθανοτήτων P n t = k = P k (t) προκύπτει από το σύστημα διαφορικών εξισώσεων: dp k(t) dp 0(t) = λp k 1 t + μp k+1 t λ + μ P k t, k > 0 = μp 1 t λp 0 t με αρχικές συνθήκες P k 0 και οριακές συνθήκες k=0 P k t = 1 t 0 Στο όριο t, dp k(t) = 0, P k t P k > 0, τις εργοδικές πιθανότητες που προκύπτουν από τις εξισώσεις ισορροπίας: λp 0 = μp 1 ή P 1 = λ μ P 0 = ρp 0 λ + μ P 1 = λp 0 + μp 2 ή P 2 = ρ 2 P 0 και γενικά P k = ρ k P 0, k > 0 P 0 + P 1 + + P k + = 1 = P 0 1 + ρ + ρ 2 + ρ 3 + Εφόσον 0 < ρ < 1 η άπειρη δυναμοσειρά 1 + ρ + ρ 2 + ρ 3 + 1 1 ρ P 0( 1 1 ρ ) = 1 και P 0 = 1 ρ, P k = 1 ρ ρ k, k > 0 Μέσο μήκος ουράς Μ/Μ/1 σε ισορροπία: E n t kp k = ρ k=1 1 ρ 4

ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΓΕΝΝΗΣΕΩΝ ΘΑΝΑΤΩΝ (4/4) Birth Death Processes (Επανάληψη) Χρονική Εξέλιξη Πιθανοτήτων Κατάστασης Απλής Ουράς Μ/Μ/1 ρ = λ = 0.5 Erlangs μ Αρχικές Συνθήκες: P 0 0 = 1, P k 0 = 0 Οριακές Εργοδικες Πιθανότητες: lim 0(t) = P 0 = 1 ρ = 0.500 t lim 1(t) = P 1 = t 1 ρ ρ = 0.250 lim 2(t) = P 2 = t 1 ρ ρ 2 = 0.125 5

ΟΥΡΑ Μ/Μ/1 (Επανάληψη) Αφίξεις Poisson με μέσο ρυθμό λ αφίξεις/sec: λ k = λ = γ, k = 0,1,2,3, Χρόνοι εξυπηρέτησης εκθετικοί με μέση τιμή E s = 1 sec: μ μ k = μ, k = 1,2,3, ρ = u = λ < 1 Erlang (συνθήκη για οριακή ισορροπία εργοδικότητα) μ Οι εργοδικές πιθανότητες προκύπτουν από τις εξισώσεις ισορροπίας: E[n t ] λp = μp 0 1 ή P 1 = λ P μ 0 = ρp 0 λ + μ P 1 = λp 0 + μp 2 ή P 2 = ρ 2 P 0 και P k = ρ k P 0, k > 0 P 0 + P 1 + + P k + = 1 = P 0 1 + ρ + ρ 2 + ρ 3 + Με 0 < ρ < 1 η άπειρη δυναμοσειρά συγκλίνει, P 0 1 1 ρ = 1 P 0 = 1 ρ, P k = 1 ρ ρ k, k > 0 και P n t > 0 = 1 P 0 = ρ Μέση κατάσταση συστήματος Μ/Μ/1 σε ισορροπία: E T ρ E n t = kp k = ρ 1 ρ k=1 Μέσος χρόνος καθυστέρησης: Τύπος Little E T = E n t γ = E n t λ = 1/μ 1 ρ Μέσο μήκος ουράς & μέσος χρόνος αναμονής Μ/Μ/1: E n q t = E n t ρ, E W = E T 1/μ 6 ρ

ΕΞΙΣΩΣΕΙΣ ΙΣΟΡΡΟΠΙΑΣ (1/3) Birth-Death Process: Διάγραμμα Πιθανοτήτων Μεταβάσεων σε χρόνο Δt 0 προς n t = k Εξισώσεις Μετάβασης (Chapman - Kolmogorov): P k t = λ k 1 ΔtP k 1 t Δt + μ k+1 ΔtP k+1 t Δt + 1 λ k + μ k Δt P k t Δt, k 1 P 0 (t) = μ 1 Δt P 1 (t Δt) + (1 λ 0 Δt) P 0 (t Δt) Birth-Death Process: Διάγραμμα Ρυθμών Μεταβάσεων μεταξύ Εργοδικών Καταστάσεων Εξισώσεις Ισορροπίας: λ k + μ k P k = λ k 1 P k 1 + μ k+1 P k+1 για k 1 και λ 0P 0 = μ 1P 1 Σχετικές Πιθανότητες Μεταβάσεων k k + 1, k (k 1): P[k (k + 1)/μετάβαση] = λ k /(λ k + μ k ), P[k (k 1)/μετάβαση] = μ k /(λ k + μ k ) Dwell Time - Χρόνος Παραμονής στην n t = k μέχρι την επόμενη μετάβαση Εκθετική τυχαία μεταβλητή d k με μέσο 1/(λ k + μ k ) : Η μικρότερη δύο ανεξάρτητων εκθετικών τυχαίων μεταβλητών μέχρι (1) την επόμενη άφιξη με μέσο 1/λ k ή (2) την ολοκλήρωση εξυπηρέτησης με μέσο 1/μ k d k = min x, y, F dk τ = P d k τ = 1 P d k > τ = 1 e (λ k+μ k )τ διότι P d k > τ = P x > τ, y > τ = P x > τ P y > τ = e λkτ e μkτ = e (λ k+μ k )τ

ΕΞΙΣΩΣΕΙΣ ΙΣΟΡΡΟΠΙΑΣ (2/3) Απείρως επισκέψιμες καταστάσεις s = n(t) positive recurrent states: Με μη μηδενικές εργοδικές πιθανότητες P n t = k = P k t P k > 0, k = 0,1,2, Σε μεγάλο χρονικό διάστημα παρατήρησης T ισορροπούν οι αριθμοί μεταβάσεων από και προς την κατάσταση s : #{ΜΕΤΑΒΑΣΕΩΝ ΠΡΟΣ ΤΗΝ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ s} = #{ΕΚΤΟΣ ΤΗΣ s} Σφαιρική Ισορροπία, Global Balance Equations Σε μεγάλο χρονικό διάστημα παρατήρησης T ισορροπούν οι αριθμοί μεταβάσεων μεταξύ δύο (όχι αναγκαστικά γειτονικών) καταστάσεων s 1 και s 2 : #{ΜΕΤΑΒΑΣΕΩΝ s 1 s 2 } = #{ΜΕΤΑΒΑΣΕΩΝ s 2 s 1 } Τοπική Ισορροπία, Local Balance Equations Λόγω εργοδικότητας σε μεγάλο χρονικό διάστημα παρατήρησης Τ, με Τ 1 και Τ 2 τους συνολικούς χρόνους παραμονής στις s 1, s 2 : (1) #{ΜΕΤΑΒΑΣΕΩΝ s 1 s 2 } = T 1 r 1,2 (2) #{ΜΕΤΑΒΑΣΕΩΝ s 2 s 1 } = T 2 r 2,1 Όπου r 1,2 και r 2,1 οι μέσοι ρυθμοί μετάβασης από s 1 s 2 και s 2 s 1 T Λόγω ισορροπίας: (1) = (2) και r 1,2 lim 1 T T = r T 2,1 lim 2 T T r 1,2 P 1 = r 2,1 P 2 Local Balance Equations ή

ΕΞΙΣΩΣΕΙΣ ΙΣΟΡΡΟΠΙΑΣ (3/3) Σχηματική Απεικόνιση Εξισώσεις Ισορροπίας στην Εργοδική Κατάσταση Χρόνος Παρατήρησης Δείγματος n(t): Τ

ΟΥΡΑ Μ/Μ/1/Ν (1/2) Συστήματα Μ/Μ/1/Ν με ρυθμούς άφιξης και ρυθμούς εξυπηρέτησης εξαρτώμενους από τον αριθμό των πελατών στο σύστημα (από την παρούσα κατάσταση του συστήματος) (State Dependent M/M/1/Ν Queues) λ k μ k Local Balance Equation λ 0 P = μ 0 1P 1 λ k 1 P k 1 = μ k P k k = 1, 2, N Global Balance Equation λ k + μ k λ 0 P = μ 0 1P 1 P = λ k k 1P k 1 + μ k+1 P k+1 k = 1,, N Κανονικοποίηση Εργοδικών Πιθανοτήτων P 0 + + P Ν = 1

ΟΥΡΑ Μ/Μ/1/N (2/2) Σταθεροί μέσοι ρυθμοί αφίξεων (γεννήσεων) λ k = λ, Poisson, k = 1,2,, N Σταθεροί μέσοι ρυθμοί εξυπηρέτησης (θανάτων) μ k = μ, k = 1,2,, N Εκθετικοί ανεξάρτητοι χρόνοι εξυπηρέτησης s, E(s) = 1/μ Εργοδικές πιθανότητες καταστάσεων P k = ρ k P 0, k = 0,1,2,, N P + P 0 1 + + P N 1 + P N = 1 ρ = λ/μ Erlangs (η Μ/Μ/1/N είναι πάντα ευσταθής γιατί υπερβολικό φορτίο δεν προωθείται) Αντικαθιστώντας με τον τύπο πεπερασμένου αθροίσματος γεωμετρικής προόδου: P 0 = 1 ρ, 1 ρn+1 ρ 1 P 0 = 1 N + 1, ρ = 1 Χρησιμοποίηση Εξυπηρετητή (Server Utilization) U = 1 P 0 Ρυθμαπόδοση (throughput) γ = λ(1 P N ) = μ(1 P 0 ) = μu Πιθανότητα απώλειας P blocking = P N Στάσιμος Εργοδικός μέσος όρος πληθυσμού κατάστασης N E n t E k = kp k = ρ 1 N + 1 ρν + Nρ N+1 k=1 1 ρ 1 ρ N+1 Νόμος του Little: E(T) = E(k)/γ = E(k)/[λ(1 P N )]