Научная статья на тему 'Моделирование управляемых многоканальных систем массового обслуживания'

Моделирование управляемых многоканальных систем массового обслуживания Текст научной статьи по специальности «Математика»

CC BY
92
33
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Область наук
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Моделирование управляемых многоканальных систем массового обслуживания»

МОДЕЛИРОВАНИЕ УПРАВЛЯЕМЫХ МНОГОКАНАЛЬНЫХ СИСТЕМ

МАССОВОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ

И.А. Русинов, к.т.н. (Государственная морская академия им. адмирала Макарова, г. Санкт-Петербург)

Применение существующих моделей массового обслуживания во многих случаях не является целесообразным, так как указанные модели неадекватно описывают процессы обслуживания в реальных условиях функционирования.

Так, классическая теория обслуживания предусматривает исследование многоканальной системы, где число приборов 8 равно числу каналов. В зависимости от вида систем массового обслуживания (СМО) каждый канал либо обслуживается независимо от других каналов (СМО без взаимопомощи), либо каналы обслуживают все свободные приборы или часть свободных приборов (СМО с полной или частичной взаимопомощью).

Интенсивность потока обработки грузов каждого канала равна Вероятности обслуживания одной заявки зависят от числа работающих каналов обслуживания. Результирующая интенсивность обслуживания в п-м состоянии определяется на основе принципа линейной суперпозиции, то есть равна суммарной интенсивности всех приборов обслуживания и кратна расчетной интенсивности одного прибора

Кроме того, процесс обслуживания считается непрогнозируемым и неуправляемым, то есть администратору СМО неизвестно число заявок, которые в ближайшее время поступят в систему, и он не может в зависимости от состояния СМО менять интенсивности приборов обслуживания.

В реальных условиях функционирования различных СМО процессы обслуживания не адекватны указанным допущениям.

В работе рассматривается СМО, управляемая администратором. Администратор определяет дисциплину очереди и дисциплину обслуживания, а также производит распределения ресурсов между отдельными каналами. Когда очередь заявок существенно возрастает, администратор может привлечь дополнительные ресурсы, тем самым существенно увеличивая интенсивность обслуживания отдельных каналов.

В этом случае интенсивность обслуживания может меняться в зависимости от состоянии системы. Результирующая интенсивность обслуживания в состоянии Еп=гп^0, где коэффициент интенсивности обслуживания гп может быть как целым, так и дробным числом. Если заняты все каналы, то есть п>э, то предполагается, что гп=еопз1 (обычно Гп=Гтах).

Обозначим вероятность нахождения системы в состоянии Еп в момент времени 1 через Рп(0, то-

(1)

гда всем состояниям системы будет соответствовать стохастический вектор:

Рт(1)=[Ро(е),Р1(е),Р2(1).....^, 0<Рп(1)< 1, п=0,1,2,3...

Первые п+1 уравнений, описывающих СМО в стационарном режиме, можно представить в виде:

ХР0 = Г1^0Р1 ;

ХРп-1 = (Х+Г1^0 )Рп + Гп+1^0Рп+1 ,

где X - интенсивность потока заявок.

Рассмотрим, какими свойствами должна обладать матрица интенсивностей, чтобы в СМО протекали марковские процессы. Для этого необходимо, чтобы все потоки событий, переводящие систему из одного состояния в другое, были пуас-соновскими (простейшими), то есть элементы матрицы интенсивностей не изменялись во времени. Таким образом, коэффициенты гп (п=1,2,3...) могут принимать любые целые или дробные положительные значения, но должны оставаться постоянными величинами. Такая матрица интенсив-ностей обычно называется простейшей матрицей, а соответствующий случайный процесс - простейшим марковским процессом.

Нормировочное условие можно записать следующим образом:

Рп

■у8 у

+-

/

0 ПГп ПГп

=1,

(2)

где ■=— - приведенная плотность потока зая-М-0

вок.

Вторая сумма (2) представляет сумму членов

геометрической прогрессии. Отсюда:

8-1 у8 8

Р0=х-

+

у

0Пг Ш1-

1=0 п=1 Г

у

(3)

)

Выражение (3) является наиболее общим выражением для вероятности того, что все каналы свободны. В зависимости от дисциплины обслуживания (без взаимопомощи, с полной или частичной взаимопомощью, а также в случаях, когда интенсивность обслуживания отдельными каналами меняется в зависимости от состояния системы) значение коэффициентов Г1, а следовательно, и элементов матрицы интенсивностей и переходов, будет меняться. Соответственно, будут меняться и выражения для вероятностей состояний

Г

V тах У

й=0

п=1

п=1

системы. Но все они могут рассматриваться как частные случаи выражения (3).

Можно показать, что среднее число заявок в очереди и в системе будет определяться выражениями:

- у*

а = £ (п - 8)РП=-

ПГ1(Гтах -У)2

-Р«;

(4)

ЙУ = X пРп = а+8-£(8-ПЬ^-Р« . (5)

п=8+1 п=« ^П^Г

п=1

Среднее время ожидания заявки в очереди и среднее время прибытия заявки в СМО имеет вид:

т = а=р«

у

Р

Х ХПг.(Ггаах-V)2 Ц«8ПГ((1-Ф)2 1=1 1=1 1 Г я

8-£(8-п)Рп

п=«

8-£(8-п)Рп

- п а 8 1

тЕ=—=—■+—■+— ^ ^ ^ А*

=Т +1

ож ^

(6)

(7)

Предлагаемые модели управляемой СМО были использованы для идентификации процессов обработки контейнерных грузов, а также для оптимального распределения ресурсов на специализированных терминалах морских портов.

11=8+1

1=1

п=«

СОСТОЯНИЕ И ЗАДАЧИ ВОДНОГО ТРАНСПОРТА ПОЛЬШИ НА СОВРЕМЕННОМ ЭТАПЕ

Я. Трояновский, к.т.н. (Институт транспорта инженерии морской академии, Польша, г. Щецин)

Потенциальные возможности внутреннего водного транспорта (ВВТ) Польши весьма значительны. С запада к Одре подходят два канала: Од-ра-Хавеля, являющийся сообщением Щецин -Берлин и Одра - Шпрее, соединяющий Силезию с Берлином.

Эти судоходные по регистру Единой Европы каналы соединяют Одру с системой внутренних водных путей Франции, Люксембурга, Бельгии, Голландии и Германии. С севера Одра выходит на Балтийское море.

В восточном направлении Одра через Варту и Быдгощский канал соединяется с системой водных путей бассейна Вислы. Через Вислу и Буг польская сеть водных путей сообщается с водными путями России, Украины и Беларуси. В северном направлении через Вислинский залив есть выход на порт Калининград и водные системы Литвы и Беларуси. Таким образом, Польша имеет достаточно развитую сеть канально-речных и озерных путей как в направлении север-юг, так и восток-запад. Потенциальные географические и технические возможности, приведенные выше, создают перспективную основу включения Польши в европейскую систему внутренних водных путей Восток-Запад.

Изложенные условия определяют серию задач, стоящих перед ВВТ страны.

В первую очередь необходим комплекс мероприятий по совершенствованию судоходства в нижнем течении Одры, особенно на участке канала от Хавели до Портового Комплекса Щецин -Свиноустье. Это создаст условия для роста доставки товаров в международном сообщении таких массовых грузов, как каменный уголь, дробленые

и строительные материалы, цемент, удобрения, но прежде всего - сверхгабаритных грузов и контейнерных перевозок.

Соединение портового комплекса Щецин -Свиноустье с системой внутренних водных путей Западной Европы, а особенно сообщение с Берлином, позволит увеличить количество грузов, перевозимых морским путем и по внутренним водным путям.

Модернизация нижнего отрезка Одры создаст предпосылки по:

- проведению международных взаимных операций по пользованию водными путями;

- приведению параметров водного пути к международным требованиям;

- совершенствованию навигационных условий;

- повышению эффективности транспортного процесса путем увеличения протяженности водных путей, используемых как для перевозок внутри страны, так и в международных перевозках;

- улучшению условий деятельности верфей и речных портов.

Решение указанных задач в заданных условиях возможно лишь на пути использования современных и перспективных технических, гидротехнических, экономико-математических и правовых средств.

К таким средствам в части совершенствования судоходства относятся новейшие технологии получения и обработки информации, автоматизация процессов принятия решений по управлению су-допропуском на внутренних водных путях. При этом следует уделить особое внимание уже широко развивающимся и внедряемым в практику та-

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.