Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги из ГПНТБ / Большие системы и управление

..pdf
Скачиваний:
10
Добавлен:
29.10.2023
Размер:
11.27 Mб
Скачать

ie o

Кандидат технических наук Ю.П. РЫЖОВ,

доктор технических наук, профессор Х.Л. СМОЛИЦКИИ

ПРЕДСТАВИМОСТЬ ПРОЦЕССА ОБСДУЖВАНШ ВЛОЖЕННОЙ ЦЕПЬЮ МАРКОВА

I* ВВЕДЕНИЕ

Известно [ l,2 ,4 ], что процесс обслуживания заявок в одно­ канальной системе массового обслуживания с неограниченной оче­ редью в общем случае не является марковским.

Пусть W ( Т) есть плотность вероятности длины промежутка времени между смежными моментами поступления заявок на обслу­ живание во входном потоке [ з ] :

 

E S U - z p ,

где 6 ( e ) -

дельта-функция;

2 - -

момент поступления L -й^заявки.

Рис.33. Блок-схема одноканальной системы массового обслужива­ ния с очередью

Пусть Ф (0 ) - плотность вероятности длительности обслужи­ вания прибором одной заявки (рис.33). Выходной поток обслужен­ ных заявок

161

x * ( s j = £ $ ( ъ - г ь) ,

L = ~Oo

где

Ъ-~ момент окончания обслуживания I -й заявки. Тогда чис­

ло

заявок в любой момент £ определяется равенством

^*(£) = |[х * (1г)-Х*('г)]о'г .

(I)

- оо

 

Исследование этого немарковского процесса N%^) с

помощью

вложенных цепей Маркова заключается в том, что из всего фазо­ вого пространства процесса Q выбираются только те точки, по­ следовательность которых образует марковскую цепь (рис.34).

Анализ процесса (I) с помощью вложенных цепей Маркова для случая

 

оо

 

0 = 1

= J @Ф(©) с/0 -= оо; W ( r )e £ 7 ,

(2)

^

о

 

где U - класс распределений, образующих простейший входной поток заявок Х*(ч)9 проведен А.Я. Хинчиным -jj]; этот анализ позволяет определить при равновозможном выборе номера I веро­ ятности

Гк = P { / V * U Z+0) = к ) .

(3)

Для ряда технических приложений весьма важными характери­ стиками процесса (I) являются вероятности

162

 

 

P m = p { n * W

= k } >

(4)

где

момент £

выбирается равновероятно

на интервале

(О, Т)

при

Т —- оо .

 

 

 

 

Т. Саати [2] приводит принадлежащее А.Я. Хинчину доказа­

тельство того,

что для случая (2) имеет место равенство

 

 

 

о - Г

 

(5)

означающее представимость процесса-N* ($ )вложенной цепью Мар­ кова, т .е . равносильность с точки зрения описания процесса

N*(z)

в случае (2)

равновозможных выборов номера I

и момен­

та

^ .

 

 

 

 

Ниже рассматривается случай, обратный в некотором смысле

к

(2),

именно

 

 

 

 

Т = - f

= \ T W ( T ) d T ^ « ; Ф ( в ) £ U.

(6)

ЛJ

О

2 . ЕДИНСТВЕННОСТЬ РЕШЕНИЯ

Введем вероятности

Гк = p { n * { i -l- 0 ) = к }

при равновозможном выборе номера L и установим связь между вероятностями гк для вложенной цепи Маркова и вероятностными

Як<4).

 

 

. . . ) при усло­

Сначала найдем вероятности рк ( к ~ 0 ,1 ,2 ,

виях (6) . Для этого

заметим, что вероятность

обслуживания

ровно j заявок

за

время между моментами поступления двух смеж­

ных заявок равна

 

 

 

У

= J

(JT T e ~ V T W ( T ) c t T ,

<8>

где

О

 

 

оо

 

Ь

*

' ° >

Е

У = и

 

 

*

163

Определим элемент рк1 матрицы переходных вероятностей вложенной цепи Маркова как

P{N*(zi+1- 0 ) =£//У*(2 ; - 0 )=к} при Ык.+1,

Pkl '

1

О

п р и 1 > К + 1 ;

/< = 0 , 7 , 2 , 3 , . . .

Можно показать [2] , что

 

 

 

 

ЧкУ

-1 + i1

при

к+ 7 г

г =-

 

п

 

 

 

Рк1 = \

оо

при

1

= 0 ;

(9)

£

Ц:

 

Е

9 ;

 

7

;

 

 

= K+ f

при

 

 

 

 

0

 

1> К+1 •

 

 

( к = о, 1, 2 , 3 , . . .

Тогда для стационарного режима обслуживания получаем сле­ дующую бесконечную систему однородных линейных уравнений для определения гк :

СЮ

СО

 

О о

 

Х

 

 

 

Г0 = Е Г- Е

= Е г . ( / - Е сц),

 

 

 

<) = 0

а l=j+1

^=0

в

1=0

 

 

( Ю )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

оа

 

^

•, ( к = 1 , 2 , 3 , . . . ) ,

 

 

Гк = Е

Г-

 

 

У'-к 4

4 ,

 

 

 

 

 

 

которую необходимо решать при нормирующем условии

 

 

 

 

 

 

 

оо

 

 

 

(II)

 

 

 

гк а

О •,

Е

р( = 1.

 

 

Докажем, что задача (10), при условии (II) может иметь не

более одного решения* Действительно, из (II )

следует,

что

ве­

ли решение задачи

существует,

то

среди чисел

г0 , г г , .

.

vK1...

имеются положительные, а тогда из первого уравнения (10) сле­

дует, что г > 0 . Поэтому

величины г

к

=

( к = /,2 ,3 7...)удов-

О

 

 

Го

V

летворяют следующей системе уравнений:

 

 

 

П --

+ 9 / ГГ + ? 2 Р2 +

 

(12)

Чо? , + Я ^ г + ’ -

9о »1+ - ••

164

причем

о о

г к г 0 ; Е г к «= «» •

 

 

 

 

 

 

 

К

 

 

К=7

Л

 

 

 

Если бы существовало два различных решения системы уравне­

ний

(10)

и

( I I ) ,

то

имелось бы два различных решения системы

(12)

v "

и

г ”. Их разность

х ^ г ^ -

г "

удовлетворяла бы

системе

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

х ;= 4 j x i + Я г х г + ' " '

 

 

 

 

 

 

Х2 ~ ЧоХ1+

4l

 

 

? *

 

 

 

 

 

^ 3 =

 

 

 

QoX 2+ * **

и обладала бы свойством

 

 

 

 

 

 

 

 

 

£

 

X ,

£

 

 

 

 

+ Г■к|) = Е

Г +

 

 

К-]

 

К - 1 ( | i

 

 

 

 

к - 1

к-1

 

Из системы (13)

следует,

что

 

 

 

 

 

 

 

 

К | - Я , Ы + Яг Ы + >’ ' ’

 

 

 

 

 

\х г\-

Яо\*,\+

Я, | * г | +

•• * ’

 

 

 

 

 

\*з\~

 

 

 

 

Яо\х г\+' --

 

Суммируя последние

неравенства, приходим к неравенству

N

( ?- Я

о

- 9г) + Ы

(

j

-

Я

о -

Я?г)г + -

+ | я-«1,- . З Д +'"*°-<14)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

<1

 

В силу

К

q - >

0

из неравенства

(14) следует, что

 

1- Е

 

 

 

 

 

о v

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

т .е .

 

 

 

=

 

к = /, 2 , 3 , . . . ?т , е • г к —г*^ .

В силу

( II )

следует,

что

г

(/+

Е

г . ) = 1,

и, таким образом,

г '

=

" .

Отсюда следует

О v

j=1 J 7

 

 

единственность решения задачи.

 

 

 

 

165

 

 

 

 

 

3 . СУЩЕСТВОВАНИЕ РЕШЕНИЯ

 

Нетрудно

видеть,

что

системе

(12)

удовлетворяют величина

гк = о/*(

к =

1 ,2 ,3 ,

. . . )

при условии,

что 0 удовлетворяет

уравнению

[4]

 

 

 

 

 

 

oi = ц (а) = £jo+ qr;oi + ц 2<ы. + • • • +

q K clK+--- = J e

w(rjd7;(15)

 

 

 

 

 

 

О

 

Для выполнения условий г > 0> £ г „< оо необходимо и до-

кк=г д

статочно,

чтобы выполнялись неравенства

0 -

/

.

На плоско­

сти с прямоугольными координатами(ы, у )

график функции у = <${<*)

выпуклый

книзу в

силу

 

>Qg

проходит через

точки- ( 0 , ^ ) ,

(1 ,1 ).

Поэтому этот график пересекает

прямую

у - а

на

отрезке

Л

 

1

в том и только в

том случае,

когда

ItfcrCoO

> ; .

 

О *= ol с

- JLV..jL

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I Ofс / оы*

01 = 1

 

Это означает, что уравнение

(15)

имеет решение ос0

-

^ 0 ^

О

в

том и только в том случае,

когда

выполнено условие

dip(op

= у->/

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ddi

 

или

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Р = у - / .

 

 

 

 

 

<16>

 

При выполнении условия

(16)

инеем

 

= сх *

и,

следо­

 

вательно,

г„ (/ + £

с** ) =

1

. г .е .

г. = / - о! 0 . Отсюда еле-

дует, что

при выполнении условия

(16)

задача имеет единствен­

ное решение

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

гк =

( / - о(0 )°*0

( К =

0, 1 , 2 , 3 , . . . ) ,

(17)

а

при невыполнении условия

(16) решений не имеет.

 

 

 

 

 

 

 

 

4.

СВЯЗЬ МЕВДУ ВЕРОЯТНОСТЯМИ г^И

рк

 

 

 

Известно

[ I , з } 9 что плотность

вероятности длины промежут­

ка

времени

от

произвольного момента

^

до момента поступления

ближайшей заявки определяется выражением

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

оо

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X ( Т )

= Л | W ( х )

dec.

 

 

 

 

 

т

166

Тогда

вероятность

hK того,

что за

время ( г L,- у б у д ет

обслу­

жено ровно

к

заявок,

равно

 

 

 

 

 

 

 

h K = 1

 

e~v T % { Т )

d T .

(18)

 

 

 

 

Jо

К •

 

 

 

 

Перебирая все возможные способы образования в момент £ ров­

но к

заявок

( к =

0 ,1 ,2 ,3 ,

. . . ) , приходим к следующим форму­

лам,

определяющим

р н через

г к

:

 

 

 

 

 

 

ОО

CKJ

h: ,

 

 

 

 

 

Po = ^

n ^ Lн

 

 

 

 

 

®

 

 

 

 

 

 

 

1=0

L

 

 

 

(19)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рк ~ Е ^* + к - , Л;

( к = /, 2 , 3 . . . ) ,

 

Подставляя значения

из

(17) в формулы (19) для

к ^ J

найдем

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

J

i=0

о

Учитывая (18) и (15), найдем, что интеграл в последнем ра­

венстве

равен

р

,

и поэтому

 

 

 

 

Рк

р о - о О о ' о ! =

Из равенства

ро = 7 -

5Z

р к легко находим

 

 

 

 

Р о =

/ - р '

На основании вышеизложенного следует:

Iv При замене немарковского процесса вложенной цепы> Мар­

кова в ряде случаев целесообразно дополнительно исследовать

вопрос о том, в какой степени

вложенная цепь позволяет опреде­

лить вероятности

р к соответствующих состояний процесса для

произвольного момента времени.

2 .

При условии (6)

относительное время загрузки прибор

одноканальной

системы массового обслуживания с неограниченной

167

очередью р0 не зависит от вида плотности вероятностей време­ ни между смежными заявками во входном потоке, а определяется только его математическим ожиданием при постоянном среднем вре­ мени обслуживания*

3. В частном случае

Ф ( 0 ) е и * W ( T ) e U

получаем о/0=р , откуда следует, что при этом условии выбор произвольного номера I поступающей заявки равносилен равнове­ роятному выбору момента времени ^ на интервале (О, Т ) при 7“—

Рис*35* Зависимость вероятностей рн от коэффициента загрузки Р Данные статистической модели показаны звездочками

Статистическое моделирование процесса УУ*(^) на ЭВМ М-20 для случая (6) при условии

W(т) = б(т-т)

сдостаточной степенью точности согласуются с аналитическим ре­ шением (рис.35).

168

ЛИТЕРАТУРА

1. X и н ч и н А.Я., Математическая теория массового обслу­ живания, Труда Математического института им. Стеклова, т.49, 1955.

2. С а а т и Т .. Элементы теории массового обслуживания, "Советское радио", 1965.

3 . С е д я к и н Н.М., Элементы теории случайных импульс­ ных потоков, "Советское радио", 1965.

4 . К л и м о в Г.П ., Стохастические системы обслуживания, Физматгиз, 1966.

/

169

Р А З Д Е Л 1У

НЕКОТОРЫЕ ВОПРОСЫ ТЕОРИЙ АВТОМТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

Кандидат физико-матем. наук А.А. ПОТАПЕНКО

О ВОЗМОЖНОСТИ АВТОНОМНОГО ДЕМПФИРОВАНИЯ ИНЕРЦИАЛЬНЫХ НАВИГАЦИОННЫХ СИСТЕМ

В настоящей работе показывается возможность получения демп­ фированной инерциальной системы с произвольным периодом» инва­ риантной по отношению к маневрированию объекта без использова­ ния внешней информации.

Будем считать Землю шаром» центр которого неподвижен отно­ сительно абсолютного пространства. Предположим, что относитель­ но Земли движется некоторый объект, на котором установлена сво­ бодная в азлщте гироплатформа, причем точка ее подвеса во все время движения находится на постоянном удалении от центра Зем­ ли, а плоскость гироплатформы в начальный момент перпендикуляр­ на к вертикали места*). Свяжем с платформой правую ортогональ­ ную декартову систему координат Оху г , начало которой помеще­

но

в точку

подвеса платформы, ось 0 г

направлена по вертикали мес­

та

вверх,

а оси Ох и Оу представляют

собой горизонтальные оси

свободной в азимуте системы координат. Последнее обстоятельст­ во позволяет свести рассмотрение движения всей платформы к рас­ смотрению каждого канала в отдельности [I] ♦ Поэтому в нижесле­ дующем изложении будет подразумеваться одномерная инерциальная система, основанная на использовании гироскопической модели

маятника

М.

Шулера.

*) Здесь

предполагается, что вертикаль места точки подвеса

и ускорение

силы тяжести а в этой точке лежат на прямой, соеди­

няющей эту

точку с центром Земли.

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ