Классификация систем массового обслуживания

Большинство экономических задач связано с системами массового обслуживания.

Системы, в которых, с одной стороны, возникают массовые запросы (требования) на выполнение каких-либо видов услуг, а с другой стороны, происходит удовлетворение этих запросов, называются системами массового обслуживания.

Система массового обслуживания включает следующие элементы: источник требований, входящий поток требований, очередь, обслуживающее устройство (обслуживающий аппарат, канал обслуживания), выходящий поток требований.

Системы массового обслуживания классифицируют по разным признакам. К таким признакам относятся условия ожидания требования начала обслуживания. В соответствии с этим признаком системы подразделяются на следующие виды:

- системы массового обслуживания с потерями (отказами);

- системы массового обслуживания с ожиданием;

- системы массового обслуживания с ограниченной длиной очереди;

- системы массового обслуживания с ограниченным временем ожидания.

Системы массового обслуживания, у которых требования, поступающие в момент, когда все приборы обслуживания заняты, получают отказ и теряются, называются системами с потерями или отказами.

Системы массового обслуживания, у которых возможно появление как угодно длинной очереди требований к обслуживающему устройству, называются системами с ожиданием.

Системы массового обслуживания, допускающие очередь, но с ограниченным числом мест в ней, называются системами с ограниченной длиной очереди.

Системы массового обслуживания, допускающие очередь, но с ограниченным сроком пребывания каждого требования в ней, называются системами с ограниченным временем ожидания.

По числу каналов или приборов системы делятся на одноканальные и многоканальные.

По месту нахождения источника требований системы массового обслуживания делятся на разомкнутые, когда источник находится вне системы, и замкнутые, когда источник находится в самой системе.

Одной из форм классификации систем массового обслуживания является кодовая (символьная) классификация Д.Кендалла. При этой классификации характеристику системы записывают в виде трех, четырех или пяти символов, например А \ В\ S, где А — тип распределения входящего потока требований, В — тип распределения времени обслуживания, S — число каналов обслуживания.

Для экспоненциального распределения принимают символ М, для любого (произвольного) распределения — символ G. Запись G / М / 3 означает, что входящий поток требований пуассоновский (простейший), время обслуживания распределено по экспоненциальному закону, в системе имеется три канала обслуживания.

Четвертый символ указывает допустимую длину очереди, а пятый — порядок отбора (приоритета) требований.

Показатели эффективности систем массового обслуживания

Показатели эффективности делятся на показатели, характеризующие качество и условия работы обслуживающей системы, и показатели, отражающие экономические особенности системы.

Показатели первой группы обычно формируют на основе полученных из расчетов значений вероятностей состояний системы. Показатели второй группы рассчитывают на основе показателей первой группы.

Среди показателей первой группы можно выделить следующие.

1) Вероятность того, что поступающее в систему требование откажется присоединяться к очереди и теряется, (Ротк).

Этот показатель для системы массового обслуживания с отказами равен вероятности того, что в системе находится столько требований, сколько она содержит приборов (каналов) обслуживания:

где т —число каналов обслуживания.

Для системы с ограниченной длиной очереди Ротк равно вероятности того, что в системе находится т +l требований:

где l — допустимая длина очереди.

Противоположным показателем является вероятность обслуживания требования

2) Среднее количество требований, ожидающих начала обслуживания,

где Pn — вероятность того, что в системе находятся п требований.

При условии простейшего потока требований и экспоненциального закона распределения времени обслуживания формулы для Мож принимают следующий вид:

система с ограниченной длиной очереди

где р = , — интенсивность входящего потока требований (среднее число требований, поступающих в единицу времени), — интенсивность обслуживания (среднее число обслуженных требований в единицу времени);

3) Относительная (q) и абсолютная (А) пропускные способности системы. Эти величины находят соответственно по формулам

4) Среднее число занятых обслуживанием приборов в случае экспоненциального характера потока требований и времени обслуживания

Для системы массового обслуживания с отказами т-, можно найти по формуле

5) Общее количество требований, находящихся в системе (М). Эту величину определяют следующим образом:

система массового обслуживания с отказами

система массового обслуживания с ограниченной длиной очереди и ожиданием

6) Среднее время ожидания требованиям начала обслуживания (Тож). Если известна функция распределения вероятности времени ожидания требованиям начала обслуживания

Тож при показательном законе распределения требований во входящем потоке можно определить по формуле

Показатели, характеризующие экономические особенности, формируют обычно в соответствии с конкретным видом системы и ее назначением. Одним из общих экономических показателей является экономическая эффективность

где с — средний экономический эффект, полученный при обслуживании одного требования, Т — рассматриваемый интервал времени, Gп — величина потерь в системе.

Величину потерь можно определить по следующим формулам:

система с отказами

где qk — стоимость эксплуатации одного прибора в единицу времени, qy — стоимость убытков в результате ухода требований из системы в единицу времени, qпк — стоимость единицы времени простоя прибора системы, тсв= т – т3;

qож — стоимость потерь, связанных с простоем требований в очереди в единицу времени.1

Отображение экономических отношений и процессов в виде множества вершин и набора неупорядоченных и упорядоченных пар вершин позволяет использовать в качестве математического инструментария для исследования данных экономических отношений и процессов элементы теории графов, которые обеспечивают принятие экономических решений за счет различения оптимального маршрута в графе, заданного целеполаганием.