Рефетека.ру / Коммуникации и связь

Дипломная работа: Моделі відкритої мережі

Дипломна робота


Моделі відкритої мережі

Реферат


Об'єктом дослідження є відкриті мережі масового обслуговування. Предметом дослідження є стаціонарний розподіл станів мереж обслуговування.

Основною метою роботи є дослідження стаціонарного розподілу мереж масового обслуговування.

Для досягнення поставленої мети вирішуються наступні задачі:

визначається вид рівнянь рівноваги для розглянутих мереж;

перебуває стаціонарний розподіл всіх розглянутих типів мереж масового обслуговування;

для розглянутих моделей мереж масового обслуговування встановлюються достатні умови ергодичності;

доводиться інваріантність стаціонарного розподілу.

У роботі використовувалися методи теорії ймовірностей, теорії випадкових процесів, теорії масового обслуговування.

Для відкритої марковської і полумарковської моделі мережі масового обслуговування із циклічною маршрутизацією встановлюються достатні умови ергодичності й перебувають стаціонарні розподіли.

Всі результати роботи нові і є часткою случаємо наявних результатів по мережах масового обслуговування.

Робота має теоретичний характер. Практична значимість отриманих результатів обумовлена самим об'єктом дослідження. Мережі масового обслуговування є аналітичними моделями реальних мереж. А також практична значимість отриманих результатів дає можливість застосовувати їх до широкого класу задач при проектуванні й експлуатації реальних об'єктів.

Відгук


Інтенсивний розвиток інформаційних технологій послужив стимулом для побудови різноманітних математичних моделей мереж масового обслуговування. Більшу популярність серед дослідників придбала задача встановлення інваріантності стаціонарного розподілу стосовно розподілу часу обслуговування при певних дисциплінах обслуговування. Це пов'язане з тією обставиною, що в реальних мережах розподіл часу обслуговування, як правило, відмінно від показового. Крім того, часто дослідники вводять у мережі негативні заявки, оскільки вони мають різноманітні технічні інтерпретації (наприклад, негативна заявка - антивірусна програма в комп'ютері). Тому що в даній роботі розглядаються саме такі питання, то тема роботи без сумніву актуальна.

У роботі знайдений стаціонарний розподіл станів відкритої мережі масового обслуговування, що складає із трьох вузлів, при експонентних припущеннях з обліком і без обліку наявності в ній негативних заявок. Установлено достатні умови ергодичності. З'ясовано питання про стаціонарний розподіл. Досліджено нелінійні рівняння трафіка для мереж з негативними заявками. Для інверсійної дисципліни обслуговування з вибиванням із приладу заявки при надходженні нової заявки доведена інваріантність стаціонарного розподілу стосовно розподілів обслуговування у вузлах при фіксованих перших моментах цих розподілів.

У роботі є досить повний огляд літератури по темі дослідження й застосовуються строгі математичні методи.

У Висновках приводяться математичні результати.

Результати роботи мають значення для розвитку теорії мультиплікативних мереж масового обслуговування й можуть бути застосовані при експлуатації й проектуванні мереж ЕОМ, мереж передачі даних, інформаційно-обчислювальних мереж і т.д.


Введення


Теорія масового обслуговування надає можливість для адекватного опису й аналізу функціонування таких об'єктів, як телекомунікаційні мережі, мережі передачі даних, локальні мережі, мережі ЕОМ, які одержали широке поширення й розвиток в останні роки. У розвиток теорії мереж масового обслуговування істотний внесок внесли А.А. Боровков, Дж. Джексон, Г.Л. Добрушин, В. А. Ивницкий, Д. Кениг, Ю.В, Малинковский, Г.А. Медведєв, А.Л. Толмачев і багато хто інші.

Відправною крапкою в дослідженні мереж є знаходження стаціонарного розподілу ймовірностей станів. Оскільки більшу частину часу досліджуваний об'єкт проводить у сталому, стаціонарному режимі. Тому дослідження з теорії мереж, які функціонують у стаціонарному режимі, важливі як для теорії, так і для практики. За допомогою стаціонарного розподілу можуть бути знайдені різноманітні показники якості функціонування реальних систем: продуктивність, часи виконання завдань, завантаження й простої приладів і т.д.

Багато досліджень проводилися в припущенні часів обслуговування, хоча на практиці розподіл обслуговування найчастіше відрізняється від показового. Тому досить актуальним представляється доказ інваріантності стаціонарного розподілу станів мереж щодо функціонального виду законів розподілів часів обслуговування.

Основною метою роботи є дослідження стаціонарного розподілу мереж масового обслуговування й доказ інваріантності.


1. Марковська модель мережі із трьома вузлами


Визначення 1.1. Мережею масового обслуговування називається сукупність одночасно й взаємозалежна функціонуючих систем масового обслуговування, у якій циркулюють заявки, що переходять із однієї системи масового обслуговування в іншу.

Визначення 1.2. Системи масового обслуговування, з яких складається мережа, називають вузлами (полюсами, що обслуговують центрами).

Визначення 1.3. Мережа називається марковської, якщо вона описується марковським процесом.

Нехай є відкрита мережа масового обслуговування, що складає із трьох вузлів, у яку надходить найпростіший потік заявок з параметром Моделі відкритої мережі. Причому, у першу систему масового обслуговування, що входить заявка надходить із імовірністю Моделі відкритої мережі. Часи обслуговування заявок у різних вузлах незалежні, не залежать від процесу надходження заявок і мають показовий розподіл з параметрами Моделі відкритої мережі для Моделі відкритої мережі-ого вузла, де Моделі відкритої мережі - число заявок в Моделі відкритої мережі-ой системі, Моделі відкритої мережі.

Дисципліни обслуговування заявок у системах мережі FCFS. Заявка, що завершує обслуговування в Моделі відкритої мережі-ом вузлі миттєво з імовірністю Моделі відкритої мережі переходить в Моделі відкритої мережі-ий вузол або з імовірністю Моделі відкритої мережі залишає мережа, причому Моделі відкритої мережі Моделі відкритої мережі. .

Матриця переходу має такий вигляд:


Моделі відкритої мережі

Стан мережі описується випадковим процесом


Моделі відкритої мережі,


де Моделі відкритої мережі- число заявок в Моделі відкритої мережі-ом вузлі в момент Моделі відкритої мережі Моделі відкритої мережі. Покажемо, що Моделі відкритої мережі- марковський процес. Стан Моделі відкритої мережі для Моделі відкритої мережі визначається:

числом заявок Моделі відкритої мережіу вузлах у момент Моделі відкритої мережі;

моментами надходжень заявок у кожний вузол після моменту Моделі відкритої мережі;

моментами відходу заявок з кожного вузла після моменту Моделі відкритої мережі.

Лема 1.1 (про “відсутність пам'яті” у показового розподілу).

Якщо Моделі відкритої мережі має показовий розподіл з параметром Моделі відкритої мережі, то при будь-яких Моделі відкритої мережі і Моделі відкритої мережі


Моделі відкритої мережі.


Доказ. По визначенню умовної ймовірності


Моделі відкритої мережіМоделі відкритої мережі.


Моменти зовнішніх надходжень у перший вузол після моменту Моделі відкритої мережі не залежать від передісторії мережі до моменту Моделі відкритої мережі, тому що потік ззовні на перший вузол; моменти надходжень заявок з вузлів на даний вузол після моменту Моделі відкритої мережі в силу "відсутності пам'яті" у показового розподілу часу обслуговування заявок у вузлах (див. лему 1.1) . Аналогічно доводиться, що моменти відходів заявок з вузлів після моменту Моделі відкритої мережі не залежать від передісторії Моделі відкритої мережі до моменту Моделі відкритої мережі. Таким чином, закон розподілу Моделі відкритої мережі для Моделі відкритої мережі визначається розподілом Моделі відкритої мережі. Виходить, Моделі відкритої мережі - марковський процес. [1]

Таким чином, відповідно до визначення 1.3 і вищесказаному, побудована марковська модель відкритої мережі із трьома вузлами.


1.1 Рівняння глобальної рівноваги


Припустимо, що існує стаціонарний розподіл. Складемо рівняння рівноваги для стаціонарних ймовірностейМоделі відкритої мережі, які для мереж називаються глобальними рівняннями рівноваги (балансу).

Зі стану Моделі відкритої мережі мережа може вийти або за рахунок надходження заявки в неї (інтенсивність Моделі відкритої мережі), або за рахунок обслуговування заявки одним з вузлів, наприклад, Моделі відкритої мережі- им (інтенсивність Моделі відкритої мережі). Тому інтенсивність виходу зі стану Моделі відкритої мережі для марковського процесу Моделі відкритої мережі дорівнює Моделі відкритої мережі, де Моделі відкритої мережі - індикаторна функція множини Моделі відкритої мережі. Отже, потік імовірності зі стану Моделі відкритої мережі дорівнює:


Моделі відкритої мережі. (1.1.1)


Увійти ж у стан Моделі відкритої мережі можна або зі стану Моделі відкритої мережі, якщо в мережу надійде заявка, спрямована в перший вузол ( інтенсивність Моделі відкритої мережі), або зі стану Моделі відкритої мережі, якщо заявка завершить обслуговування в другому вузлі й піде з мережі ( інтенсивність Моделі відкритої мережі), або, нарешті, зі станів Моделі відкритої мережі, (Моделі відкритої мережі ,Моделі відкритої мережі ), якщо заявка завершить обслуговування на першому, (другому, третьому) вузлі й перейде відповідно в другий, ( третій, перший) (інтенсивність Моделі відкритої мережі, (Моделі відкритої мережі , Моделі відкритої мережі)). Тому потік імовірності в стан Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі. (1.1.2)


Дорівнюючи потоки ймовірності зі стану Моделі відкритої мережі (формула 1.1.1) і в стан Моделі відкритої мережі (формула 1.1.2), одержуємо глобальні рівняння рівноваги


Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі. (1.1.3)


1.2 Відшукання стаціонарних ймовірностей


Складемо рівняння трафіка, використовуючи наступну формулу


Моделі відкритої мережі, (1.2.1)

Моделі відкритої мережі,


де Моделі відкритої мережі - імовірності переходу.

Вирішимо отриману систему рівнянь

Моделі відкритої мережі


Таким чином, рівняння трафіка має єдине позитивне рішення Моделі відкритої мережі, тобто Моделі відкритої мережі. Позитивне в тому розумінні, що Моделі відкритої мережі.

Розглянемо ізольований Моделі відкритої мережі-й вузол, уважаючи, що на нього надходить найпростіший потік заявок інтенсивності Моделі відкритої мережі (див. малюнок 1.2.1).


Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережіМоделі відкритої мережі Моделі відкритої мережі

Малюнок 1.2.1


Він представляє із себе систему, що відрізняється від Моделі відкритої мережі тільки тем, що інтенсивність обслуговування Моделі відкритої мережі залежить від числа заявок у ній Моделі відкритої мережі, Моделі відкритої мережі.

Знайдемо стаціонарний розподіл для такого ізольованого процесу. Граф переходів зобразиться в такий спосіб.


Моделі відкритої мережі Моделі відкритої мережі Моделі відкритої мережі


Рівняння рівноваги для вертикальних перерізів мають вигляд ( на малюнку 1.2.2 воно зображено пунктирною лінією ).


Моделі відкритої мережі, Моделі відкритої мережі, Моделі відкритої мережі,


Тоді

Моделі відкритої мережі.


З умови Моделі відкритої мережі знаходимо, що


Моделі відкритої мережі.


Таким чином, Моделі відкритої мережі, де Моделі відкритої мережі рівні


Моделі відкритої мережі, (1.2.2)

Моделі відкритої мережі, (1.2.3)

Моделі відкритої мережі. (1.2.4)


Стаціонарний розподіл Моделі відкритої мережі існує і єдино, якщо виконується умова ергодичності:


Моделі відкритої мережі і Моделі відкритої мережі (1.2.5)


Теорема 1.2.1.( Розкладання Джексона) Нехай рівняння трафіка (1.2.1) має єдине позитивне рішення Моделі відкритої мережі й виконане умова ергодичності (1.2.5). Тоді фінальні стаціонарні ймовірності станів мережі Джексона мають вигляд

Моделі відкритої мережі, (1.2.6)


де Моделі відкритої мережі визначаються по формулі


Моделі відкритої мережі, (1.2.7)


у якій Моделі відкритої мережі визначається формулою


Моделі відкритої мережі. (1.2.8)


Відповідно до теореми 1.2.1, стаціонарний розподіл представимо у формі добутку множників вузли, що характеризує; кожний множник є стаціонарний розподіл вузла, тобто


Моделі відкритої мережі,


де Моделі відкритої мережі з формули (1.2.2), Моделі відкритої мережі з формули (1.2.3), Моделі відкритої мережі з формули (1.2.4). Таким чином, стаціонарний розподіл має такий вигляд


Моделі відкритої мережі (1.2.9)

=Моделі відкритої мережіМоделі відкритої мережіМоделі відкритої мережіМоделі відкритої мережіМоделі відкритої мережіМоделі відкритої мережі .

1.3 Достатня умова ергодичності


Теорема 1.3.1 (Теорема Фостера).

Регулярна Марковська ланцюг з безперервним часом і рахунковим числом станів ергодична


Моделі відкритої мережі


має нетривіальне рішення Моделі відкритої мережі таке, що Моделі відкритої мережі При цьому існує єдиний стаціонарний розподіл, що збігається з ергодичним. [2, с. 8-14]

Ергодичність досліджуємо відповідно до теореми 1.3.1. Розглянемо умови теореми.

Регулярність треба з того, що Моделі відкритої мережі.


Моделі відкритої мережі, Моделі відкритої мережі, Моделі відкритої мережі.


Відповідно до малюнка 1.1, одержимо:


Моделі відкритої мережі, Моделі відкритої мережі, Моделі відкритої мережі.


Таким чином, регулярність виконується.

Тому що всі стани повідомляються з нульовим, тобто в будь-який стан Моделі відкритої мережіможна перейти з нульового Моделі відкритої мережі й у Моделі відкритої мережі можна перейти з будь-якого стану, шляхом надходження, обслуговування й відходу заявок з мережі.

Примітка – тут ураховується, що матриця переходів Моделі відкритої мережі неприводима.

Як нетривіальне рішення системи рівнянь із теореми 1.3.1 візьмемо Моделі відкритої мережі. Тоді для ергодичності буде потрібно, щоб Моделі відкритої мережі . Тоді одержимо,


Моделі відкритої мережі,


де


Моделі відкритої мережі,

Моделі відкритої мережі

Останній ряд сходиться по ознаці порівняння, якщо сходиться ряд


Моделі відкритої мережіМоделі відкритої мережі


Умова (1.3.1) і є шукана умова ергодичності. Якщо ця умова буде виконаються, то буде існувати єдиний стаціонарний розподіл, що збігається з ергодичним.


2. Полумарковська модель мережі із трьома вузлами


Нехай є відкрита мережа масового обслуговування, що складає із трьох вузлів, у яку надходить найпростіший потік заявок з параметром Моделі відкритої мережі. Причому, у першу систему масового обслуговування, що входить заявка надходить із імовірністю Моделі відкритої мережі. Часи обслуговування заявок в Моделі відкритої мережі-ом вузлі задані функцією розподілу часу обслуговування Моделі відкритої мережі-им приладом однієї заявки Моделі відкритої мережі, Моделі відкритої мережі . При цьому накладає наступна вимога


Моделі відкритої мережі, Моделі відкритої мережі. (2.1)


Дисципліни обслуговування заявок у системах мережі LCFS PR - заявка, що надходить в Моделі відкритої мережі-ий вузол, витісняє заявку із приладу й починає обслуговуватися. Витиснута із приладу заявка стає в початок черги. Схематично мережа зображена на малюнку 2.1.

Стан мережі описується випадковим процесом


Моделі відкритої мережі,


де Моделі відкритої мережі, Моделі відкритої мережі, Моделі відкритої мережі - залишковий час обслуговування заявки, що коштує в Моделі відкритої мережі-ой позиції.

Примітка. Випадковий процес


Моделі відкритої мережі,


де Моделі відкритої мережі- число заявок в Моделі відкритої мережі-ом вузлі в момент Моделі відкритої мережі Моделі відкритої мережі, не є марковським процесом. Для марковизації процесу включаємо додаткові змінні. Щоб Моделі відкритої мережі був марковським процесом, додаткові змінні візьмемо, як залишкові часи від моменту часу Моделі відкритої мережі до повного завершення відповідних часів. Виходить, процес Моделі відкритої мережі - марковський процес.

Таким чином, з вищесказаного треба, що побудовано полумарковська модель відкритої мережі із трьома вузлами.


2.1 Диференційно-різницеві рівняння Колмогорова


У відповідності методом диференціальних рівнянь і малюнком 2.1, складемо наступні рівняння


Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі, (2.1.1)


де Моделі відкритої мережі, Моделі відкритої мережі.

Скористаємося наступними формулами:


Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі,

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі [7]


Тоді рівняння (2.1.1) запишуться в такий спосіб


Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі (2.1.2)

Моделі відкритої мережі


Зважаючи на те, що деякі події є неможливими (вони дорівнюють нулю), рівняння (2.1.2) приймуть наступний вид


Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі


Розкладання функції Моделі відкритої мережі в ряд Тейлора, має вигляд


Моделі відкритої мережі


де Моделі відкритої мережі - позиція елемента Моделі відкритої мережі й Моделі відкритої мережі відповідно.

Використовуючи розкладання функції Моделі відкритої мережі в ряд Тейлора, перетворимо рівняння (2.1.3)


Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі.


Переносимо Моделі відкритої мережі в ліву частину рівності, потім ділимо обидві частини на Моделі відкритої мережі й спрямовуємо Моделі відкритої мережі, одержимо


Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі (2.1.4)

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі.


Таким чином, рівняння (2.1.4) і є шукані рівняння Колмогорова.


2.2 Пошук рішення диференційно-різницевих рівнянь Колмогорова


Рішенням рівнянь Колмогорова (2.1.4) є:


Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі .


Перевіримо знайдене рішення (2.2.1) безпосередньою підстановкою в рівняння (2.1.4), одержимо


Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі


Таким чином, 0=0, тобто рішення (2.2.1) задовольняє рівнянням (2.1.4).


2.3 Доказ інваріантності стаціонарного розподілу


Згідно 1.2, для марковської моделі мережі із трьома вузлами отриманий вид стаціонарного розподілу, що визначається по формулі (1.2.9). При цьому часи обслуговування заявок мають показовий розподіл з параметрами Моделі відкритої мережі для Моделі відкритої мережі-ого вузла, де Моделі відкритої мережі – число заявок в Моделі відкритої мережі-ой системі, Моделі відкритої мережі. Відповідно до розділу 2, для полумарковської моделі мережі із трьома вузлами, припускаємо, що тривалість обслуговування окремої вимоги розподілена за довільним законом. Нехай Моделі відкритої мережі – функція розподілу часу обслуговування Моделі відкритої мережі-им приладом однієї заявки. Передбачається, що виконується умова, обумовлене формулою (2.1).

Відповідно до результату Севастьянова [6] і формулі (2.2.1), стаціонарний розподіл зберігає форму добутку (інваріантне) і при допущених допущеннях.

Таким чином, доведена інваріантність стаціонарного розподілу відкритої мережі масового обслуговування із трьома вузлами.


3. Марковська модель мережі із трьома вузлами й різнотипними заявками


Нехай є відкрита мережа масового обслуговування, що складає із трьох вузлів, у яку надходять два незалежних пуасоновських потоки заявок з Моделі відкритої мережі й Моделі відкритої мережі відповідно. Моменти надходження заявки (однаково з якого потоку) утворять новий потік, що називається суперпозицією або об'єднанням первісних потоків.

Позначимо через Моделі відкритої мережі, Моделі відкритої мережі, Моделі відкритої мережі – імовірності надходження Моделі відкритої мережі заявок за час Моделі відкритої мережі відповідно для потоку з інтенсивністю Моделі відкритої мережі, Моделі відкритої мережі, сумарного потоку. Тому що заявки потоків з Моделі відкритої мережі й Моделі відкритої мережі надходять незалежно друг від друга, то по формулі повної ймовірності одержимо:


Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі, (3.1)


тобто суперпозиція пуасоновських потоків з інтенсивністю Моделі відкритої мережі. [2]

Часи обслуговування заявок у різних вузлах незалежні, не залежать від процесу надходження заявок і мають показовий розподіл з параметрами Моделі відкритої мережі для Моделі відкритої мережі-ого вузла, Моделі відкритої мережі- константа (Моделі відкритої мережі ). Схематично мережа зображена на малюнку 3.1.

Моделі відкритої мережіЗаявки надходять двох типів: позитивні й негативні. Уперше модель уведена в роботі [8]. На малюнку 3.1 позитивні заявки позначені знайомий плюс, а негативні знайомий мінус, Моделі відкритої мережі, Моделі відкритої мережі – потоки на Моделі відкритої мережі-ий вузол, Моделі відкритої мережі– потік з Моделі відкритої мережі-ого вузла, Моделі відкритої мережі. На виході тільки позитивні заявки, далі позитивні заявки розбиваються на позитивні й негативні.

Дисципліни обслуговування заявок у системах мережі визначаються в такий спосіб.

а) Якщо на приладі немає заявок, те негативна заявка, що надходить на прилад, губиться;

б) Якщо на приладі немає заявок, те вступник позитивна заявка починає обслуговуватися;

в) Якщо на приладі заявка позитивна, те негативна заявка, що прийшла, вибиває заявку із приладу й позитивна заявка губиться.

г) Якщо в черзі Моделі відкритої мережі заявок позитивних, те прихожа негативна заявка, витісняє останню (позитивну) заявку й у черзі стає Моделі відкритої мережі заявка (Моделі відкритої мережі -ая позитивна й негативна заявка губиться).

Стан мережі описується випадковим процесом


Моделі відкритої мережі,


де Моделі відкритої мережі – число позитивних заявок у момент Моделі відкритої мережі, відповідно в першому, другому, третьому вузлі. Відповідно до розділу 1 і з огляду на формулу (3.1) Моделі відкритої мережі – марковський процес.

Таким чином, відповідно до визначення 1.3 і вищесказаному, побудована марковська модель відкритої мережі із трьома вузлами й різнотипними заявками.


3.1 Складання рівнянь трафіка


Розглянемо ізольований Моделі відкритої мережі-й вузол (Моделі відкритої мережі ), уважаючи, що на нього надходить потік заявок інтенсивності Моделі відкритої мережі. Граф переходів зобразиться в такий спосіб.

Тоді відповідно до малюнка 3.1.1, одержимо наступні співвідношення

Моделі відкритої мережі, Моделі відкритої мережі, (3.1.1)

де Моделі відкритої мережі.


Відповідно до малюнка 3.1


Моделі відкритої мережі, Моделі відкритої мережі. (3.1.2)


Для марковської моделі мережі із трьома вузлами й різнотипними заявками рівняння трафіка мають такий вигляд:


Моделі відкритої мережі,

Моделі відкритої мережі,

Моделі відкритої мережі,

Моделі відкритої мережі,

Моделі відкритої мережі,

Моделі відкритої мережі.


З огляду на формулу (3.1.2) запишемо ще три рівняння


Моделі відкритої мережі,

Моделі відкритої мережі,

Моделі відкритої мережі.


Таким чином, рівняння трафіка мають такий вигляд


Моделі відкритої мережі. (3.1.3)

Моделі відкритої мережі, (3.1.4)

Моделі відкритої мережі, (3.1.5)

Моделі відкритої мережі, (3.1.6)

Моделі відкритої мережі, (3.1.7)

Моделі відкритої мережі, (3.1.8)

Моделі відкритої мережі, (3.1.9)

Моделі відкритої мережі, (3.1.10)

Моделі відкритої мережі, (3.1.11)


Підставимо формулу (3.1.9) в (3.1.5) і (3.1.6), формулу (3.1.10) в (3.1.7) і (3.1.8), а формулу (3.1.11) в (3.1.3) і (3.1.4). Тоді рівняння трафіка запишуться в такий спосіб

Моделі відкритої мережі, (3.1.12)

Моделі відкритої мережі, (3.1.13)

Моделі відкритої мережі, (3.1.14)

Моделі відкритої мережі, (3.1.15)

Моделі відкритої мережі, (3.1.16)

Моделі відкритої мережі. (3.1.17)


3.2 Знаходження рішень рівнянь трафіка


Позитивність рішення рівнянь трафіка для досить загальної моделі доведена в роботі [9].

Для знаходження рішень рівнянь трафіка складемо рівняння відносно Моделі відкритої мережі. Для цього перетворимо формулу (3.1.12), перенесемо все в ліву частину й приведемо до загального знаменника


Моделі відкритої мережі. (3.2.1)


Тому що Моделі відкритої мережі, те формула (3.2.1) прийме наступний вид


Моделі відкритої мережі. (3.2.2)


Підставляючи формулу (3.1.14) і (3.1.15) в (3.1.16) маємо

Моделі відкритої мережі.


Приводимо до загального знаменника


Моделі відкритої мережі. (3.2.3)


Підставимо формулу, отриману з формули (3.1.13) відрахуванням формули (3.1.12), одержимо Моделі відкритої мережі, у формулу (3.2.3), одержимо


Моделі відкритої мережі,

Моделі відкритої мережі. (3.2.4)


Позначимо Моделі відкритої мережій Моделі відкритої мережі, тоді


Моделі відкритої мережі. (3.2.5)


Відповідно до формул (3.1.16) і (3.1.17)


Моделі відкритої мережі. (3.2.6)


З огляду на формулу (3.2.6) і (3.2.5), одержимо

Моделі відкритої мережі. (3.2.7)


Підставимо формули (3.2.5) і (3.2.6) у формулу (3.2.2), маємо


Моделі відкритої мережі. (3.2.8)


Тому що Моделі відкритої мережі, те формула (3.2.8) прийме наступний вид


Моделі відкритої мережі.


Розкриваючи дужки й приводячи подібні члени, запишемо формулу (3.2.9) у вигляді


Моделі відкритої мережі


Таким чином, отримане рівняння (3.2.10) квадратне, тобто


Моделі відкритої мережі, (3.2.11)


де коефіцієнти Моделі відкритої мережі, з огляду на позначення Моделі відкритої мережі й формулу (3.2.10), визначаються в такий спосіб


Моделі відкритої мережі, (3.2.12)

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі, (3.2.13)

Моделі відкритої мережі. (3.2.14)

Для рівняння (3.2.11) знайдемо дискримінант, з огляду на формули (3.2.12), (3.2.13), (3.2.14), маємо


Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі.


Для одержання рішення рівняння (3.2.11) повинне виконаються наступна умова Моделі відкритої мережі, а це можливо тоді, коли


Моделі відкритої мережі.


Відповідно до формули Моделі відкритої мережі, одержимо


Моделі відкритої мережі,


тобто


Моделі відкритої мережі. (3.2.15)


Відповідно до малюнка 3.1, формула (3.2.15) є умову ергодичності. Якщо ця умова не виконується, то немає стаціонарного розподілу.

З огляду на формули (3.2.12), (3.2.14), (3.2.15) одержимо, що Моделі відкритої мережі, Моделі відкритої мережі. Відповідно до зворотної теореми Вієта, якщо Моделі відкритої мережі - корінь рівняння (3.2.11), те виконуються наступні співвідношення

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі


Тому що Моделі відкритої мережі, те одне з корінь позитивний і один негативний.

Таким чином, рівняння (3.2.11) має одне позитивне рішення. Тобто система рівнянь трафіка (3.1.12) - (3.1.17) має позитивне рішення.


3.3 Рівняння рівноваги


У відповідності, з малюнком 3.1 складемо рівняння рівноваги


Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі (3.3.1)

Моделі відкритої мережі.

3.4 Визначення виду стаціонарного розподілу


Стаціонарний розподіл представимо у формі добутку множників вузли, що характеризує; кожний множник є стаціонарний розподіл вузла, тобто


Моделі відкритої мережі.


Стаціонарний розподіл Моделі відкритої мережівузла має вигляд


Моделі відкритої мережі,


де


Моделі відкритої мережі, Моделі відкритої мережі.


Таким чином, стаціонарний розподіл має такий вигляд


Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі. (3.4.1)


Позначимо через


Моделі відкритої мережі, Моделі відкритої мережі, Моделі відкритої мережі.

Тоді в цих позначеннях формула (3.4.1) запишеться в наступному виді


Моделі відкритої мережі. (3.4.2)


Підставляючи формулу (3.4.2) у рівняння рівноваги (3.3.1), одержимо


Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі (3.4.3)

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі.


Розділимо обидві частини рівняння (3.4.3) на Моделі відкритої мережі, одержимо


Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі (3.4.4)

Моделі відкритої мережі.


Через Моделі відкритої мережі запишемо рівняння трафіка (3.1.12) – (3.1.17)

Моделі відкритої мережі, (3.4.5)

Моделі відкритої мережі, (3.4.6)

Моделі відкритої мережі, (3.4.7)

Моделі відкритої мережі, (3.4.8)

Моделі відкритої мережі, (3.4.9)

Моделі відкритої мережі. (3.4.10)


Тому що Моделі відкритої мережі, (Моделі відкритої мережі ), те одержимо наступні співвідношення


Моделі відкритої мережі, (3.4.11)

Моделі відкритої мережі, (3.4.12)

Моделі відкритої мережі. (3.4.13)


Розглянемо всілякі випадки числа заявок у марковської моделі мережі із трьома вузлами й різнотипними заявками. Тобто наступні випадки


1) Моделі відкритої мережі, Моделі відкритої мережі, Моделі відкритої мережі;

2) Моделі відкритої мережі, Моделі відкритої мережі, Моделі відкритої мережі;

3) Моделі відкритої мережі, Моделі відкритої мережі, Моделі відкритої мережі;

4) Моделі відкритої мережі, Моделі відкритої мережі, Моделі відкритої мережі;

5) Моделі відкритої мережі, Моделі відкритої мережі, Моделі відкритої мережі;

6) Моделі відкритої мережі, Моделі відкритої мережі, Моделі відкритої мережі;

7) Моделі відкритої мережі, Моделі відкритої мережі, Моделі відкритої мережі;

8) Моделі відкритої мережі, Моделі відкритої мережі, Моделі відкритої мережі;


Підставляючи значення Моделі відкритої мережі в рівняння (3.4.4), з огляду на рівняння (3.4.5) – (3.4.13), перевіримо, задовольняє стаціонарний розподіл (3.4.1) рівнянням рівноваги (3.3.1). Розглянемо кожний з випадків 1) - 8) окремо.

Розглянемо перший випадок Моделі відкритої мережі, Моделі відкритої мережі, Моделі відкритої мережі


Моделі відкритої мережі.


Відповідно до формули (3.4.6) Моделі відкритої мережі, формулі (3.4.8) Моделі відкритої мережі, Моделі відкритої мережі, формулі (3.4.10) Моделі відкритої мережі, формулі (3.4.9) Моделі відкритої мережі, одержимо


Моделі відкритої мережі,

Моделі відкритої мережі.

Відповідно до формули (3.4.5) Моделі відкритої мережі, формулою (3.4.12) Моделі відкритої мережі, формулою (3.4.13) Моделі відкритої мережі. З формул (3.4.9), (3.4.10) Моделі відкритої мережі, тоді маємо


Моделі відкритої мережі,

Моделі відкритої мережі.


Відповідно до формули (3.4.9) Моделі відкритої мережі, формулі (3.4.10) Моделі відкритої мережі. З формул (3.4.7) і (3.4.8) Моделі відкритої мережі, одержимо


Моделі відкритої мережі,

Моделі відкритої мережі.


А це є формула (3.4.11), тобто випадок 1) виконується.

Розглянемо другий випадок Моделі відкритої мережі, Моделі відкритої мережі, Моделі відкритої мережі


Моделі відкритої мережі

Моделі відкритої мережі,

Відповідно до формули (3.4.5) Моделі відкритої мережі, формулі (3.4.6) Моделі відкритої мережі, формулі (3.4.8) Моделі відкритої мережі, Моделі відкритої мережі, формулі (3.4.10) Моделі відкритої мережі, формулі (3.4.10) Моделі відкритої мережі. З формул (3.4.5) і (3.4.6) Моделі відкритої мережі. Розкриємо дужки й перенесемо все в праву частину, одержимо


Моделі відкритої мережі.


Відповідно до формули (3.4.13) Моделі відкритої мережі, формулою (3.4.12). З формул (3.4.9), (3.4.10) Моделі відкритої мережі, тоді


Моделі відкритої мережі.


Відповідно до формули (3.4.11) Моделі відкритої мережі, Моделі відкритої мережі,формулі (3.4.12) Моделі відкритої мережі. З формул (3.4.7) і (3.4.8) Моделі відкритої мережі, одержимо


Моделі відкритої мережі.


Моделі відкритої мережі, тобто випадок 2) виконується.

Аналогічно виконуються 3) - 8).

Таким чином, випадки 1) – 8) перетворюються у вірну рівність. Тобто стаціонарний розподіл (3.4.1) є рішення рівняння рівноваги (3.3.1), якщо виконується умова ергодичності Моделі відкритої мережі, Моделі відкритої мережі.


Висновок


У роботі проведене дослідження відкритих марковских і полумарковских мереж масового обслуговування із трьома вузлами й циклічною маршрутизацією.

Отримано наступні основні результати:

Для марковської моделі мережі із трьома вузлами, записані рівняння рівноваги (формула 1.1.3), отримана достатня умова ергодичності (формула 1.3.1) і знайдена стаціонарний розподіл (формула 1.2.9).

Для полумарковської моделі мережі із трьома вузлами, визначений вид диференційно-різницевих рівнянь Колмогорова (формула 2.1.4), знайдений стаціонарний розподіл (формула 2.2.1) і доведена інваріантність (див. 2.3).

Для марковської моделі мережі із трьома вузлами й різнотипними заявками, складені рівняння рівноваги (формула 3.3.1), знайдений стаціонарний розподіл (формула 3.4.1) і отримана достатня умова ергодичності (формула 3.2.15).

Результати роботи можуть бути застосовані при проектуванні й експлуатації мереж передачі даних, інформаційно-обчислювальних мереж, мереж ЕОМ і багатьох інших технічних об'єктів.


Список використаних джерел


Малинковський Ю.В. Теорія масового обслуговування. – К., 2003

Буриков А.Д., Малинковський Ю.В., Маталицкий М.А. Теорія масового обслуговування. – К., 2004

Івченко Г.И., Каштанів В.А., Коваленко И.Н. Теорія масового обслуговування. – К., 2004

Прохоров А.В., Ушаков В.Г., Ушаков Н.Г. Задачі по теорії ймовірностей: Основні поняття. Граничні теореми. Випадкові процеси. – к., 2003

Кениг Д., Штоян Д. Методи теорії масового обслуговування// Під ред. Г.П. Климова. – К., 2001

Гнеденко Б.В., Коваленко І.М. Введення в теорію масового обслуговування. – К., 2003

Ширяев О.М. Імовірність. – К., 2005

Gelenbe E. Product Form Queueing Networks with Negative and Positive Customers // J. Appl. Probab. - 1991. - V. 28. - P. 656 - 663.

Gelenbe E., Shassberger R. Stability of Product-Form G-networks // Probab. in Eng. and Inform. Sci. - 1992. - No. 6. - P. 271 - 276.


Додаток 1. Список опублікованих робіт


Гарбуза И.В. Марковська й полумарковська моделі відкритої мережі із трьома вузлами// Матеріали V міжнародної межвузовской науково-технічної конференції студентів, магістрантів і аспірантів «Дослідження й розробка в області машинобудування, енергетики й керування 2005» Гомель, 2005 р.

Гарбуза И.В. Стаціонарний розподіл і його інваріантність для моделі відкритої мережі із трьома вузлами// Творчість молодих'2005 Збірник наукових праць студентів і аспірантів Гомельського Державного університету ім. Ф. Скорини. Гомель, 2005 р.

Похожие работы:

  1. • Паритет купівельної спроможності (РРР) та методи ...
  2. • Категорні властивості просторів ймовірнісних мір та ...
  3. • Технологічний проект овочевого цеху дієтичної їдальні ...
  4. • Валютні операції банку та валютні ризики
  5. • Операції банків с банківськими металами
  6. • Проектування екологічних мереж Ратнівського району
  7. • Стратегія управління валютними ризиками банку
  8. • Розрахунки обов"язкових економічних нормативів ...
  9. • Основи меліорації та ландшафтознавства
  10. • Проектування циліндричного одноступінчатого редуктора
  11. • Товарно-грошовий ринок в Україні
  12. • Валютні операції банку (на прикладі діяльності АКБ ...
  13. • Депозитні операції, принципи технічного аналізу та ...
  14. • Управління валютними операціями банку
  15. • Захист вітчизняного виробника
  16. • Соціально-орієнтована ринкова економіка як оптимальна ...
  17. • Напрями та проблеми інтеграції України у світовий економічний ...
  18. • Прояв агресії в кризові періоди
  19. • Джерела фінансування виробничих інвестицій ...
Рефетека ру refoteka@gmail.com