J. Virtamo Jonoteoria / Prioriteettijonot 1

Samankaltaiset tiedostot
J. Virtamo Jonoteoria / Prioriteettijonot 1

Littlen tulos. Littlen lause sanoo. N = λ T. Lause on hyvin käyttökelpoinen yleisyytensä vuoksi

Järjestelmässä olevien asiakkaiden lukumäärä N(t) ei muodosta enää Markov-prosessia.

Yleistä. Esimerkki. Yhden palvelimen jono. palvelin. saapuvat asiakkaat. poistuvat asiakkaat. odotushuone, jonotuspaikat

J. Virtamo Jonoteoria / M/G/1/-jono 1

Odotusjärjestelmät. Aluksi esitellään allaolevan kuvan mukaisen yhden palvelimen jonoon liittyvät perussuureet.

Liikenneongelmien aikaskaalahierarkia

Estynyt puheluyritys menetetään ei johda uusintayritykseen alkaa uusi miettimisaika: aika seuraavaan yritykseen Exp(γ) pitoaika X Exp(µ)

Vuonohjaus: ikkunamekanismi

Jonojen matematiikkaa

Estojärjestelmä (loss system, menetysjärjestelmä)

Oletetaan, että virhetermit eivät korreloi toistensa eikä faktorin f kanssa. Toisin sanoen

Demonstraatiot Luento 7 D7/1 D7/2 D7/3

Matematiikan tukikurssi

J. Virtamo Jonoteoria / Jonoverkot 1

Syntymä-kuolema-prosessit

Matematiikan tukikurssi

3. Esimerkkejä luento03.ppt S Liikenneteorian perusteet - Kevät

Liikenneteorian tehtävä

J. Virtamo Liikenneteoria ja liikenteenhallinta / Jonoverkot 1

Demonstraatiot Luento

763306A JOHDATUS SUHTEELLISUUSTEORIAAN 2 Ratkaisut 3 Kevät E 1 + c 2 m 2 = E (1) p 1 = P (2) E 2 1

Martingaalit ja informaatioprosessit

Ortogonaaliprojektio äärellisulotteiselle aliavaruudelle

3. Esimerkkejä. Sisältö. Klassinen puhelinliikenteen malli (1) Klassinen puhelinliikenteen malli (2)

4 LUKUJONOT JA SUMMAT

5 Differentiaalilaskentaa

Cantorin joukon suoristuvuus tasossa

J. Virtamo Jonoteoria / Poisson-prosessi 1

1. Osoita, että joukon X osajoukoille A ja B on voimassa toinen ns. de Morganin laki (A B) = A B.

käännetty prosessi. Tarkastellaan pelkistymätöntä stationaarista stokastista prosessia X t.

Kohdassa on käytetty eksponentiaalijakauman kertymäfunktiota (P(t > T τ ) = 1 P(t T τ ). λe λτ e λ(t τ) e 3λT dτ.

Miten osoitetaan joukot samoiksi?

m h = Q l h 8380 J = J kg 1 0, kg Muodostuneen höyryn osuus alkuperäisestä vesimäärästä on m h m 0,200 kg = 0,

Numeeriset menetelmät TIEA381. Luento 7. Kirsi Valjus. Jyväskylän yliopisto. Luento 7 () Numeeriset menetelmät / 43

Jonot ja niiden hallinta

Z 1 = Np i. 2. Sähkömagneettisen kentän värähdysliikkeen energia on samaa muotoa kuin molekyylin värähdysliikkeen energia, p 2

Gaussin ja Jordanin eliminointimenetelmä

Palvelut. Sulautetut järjestelmät Luku 2 Sivu 1 (??) Sulautetut käyttöjärjestelmät

7. Olemassaolo ja yksikäsitteisyys Galois n kunta GF(q) = F q, jossa on q alkiota, määriteltiin jäännösluokkarenkaaksi

Numeeriset menetelmät TIEA381. Luento 12. Kirsi Valjus. Jyväskylän yliopisto. Luento 12 () Numeeriset menetelmät / 33

Mat Investointiteoria Laskuharjoitus 3/2008, Ratkaisut

Matematiikan tukikurssi, kurssikerta 5

dl = F k dl. dw = F dl = F cos. Kun voima vaikuttaa kaarevalla polulla P 1 P 2, polku voidaan jakaa infinitesimaalisen pieniin siirtymiin dl

Jonot ja niiden hallinta

JATKUVAT JAKAUMAT Laplace-muunnos (Laplace-Stieltjes-muunnos)

Syntymä-kuolema-prosessit

Vastaus: Aikuistenlippuja myytiin 61 kappaletta ja lastenlippuja 117 kappaletta.

MS-A0003/A0005 Matriisilaskenta Malliratkaisut 5 / vko 48

MAA Jussi Tyni Lue ohjeet huolellisesti! Tee pisteytysruudukko konseptin yläkertaan. Muista kirjoittaa nimesi. Kysymyspaperin saa pitää.

IV. TASAINEN SUPPENEMINEN. f(x) = lim. jokaista ε > 0 ja x A kohti n ε,x N s.e. n n

Kaikki kurssin laskuharjoitukset pidetään Exactumin salissa C123. Malliratkaisut tulevat nettiin kurssisivulle.

Matematiikan tukikurssi

= P 0 (V 2 V 1 ) + nrt 0. nrt 0 ln V ]

FYSA242 Statistinen fysiikka, Harjoitustentti

Ympyrä 1/6 Sisältö ESITIEDOT: käyrä, kulma, piste, suora

Avaruuden R n aliavaruus

ABHELSINKI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

Harjoitus 2: Matlab - Statistical Toolbox

Liikenneteoriaa (vasta-alkajille)

/1. MTTTP5, luento Kertausta. Olk. X 1, X 2,..., X n on satunnaisotos N(µ, ):sta, missä tunnettu. Jos H 0 on tosi, niin

a) Lasketaan sähkökenttä pallon ulkopuolella

Moniulotteisia todennäköisyysjakaumia

802118P Lineaarialgebra I (4 op)

Lineaarinen yhtälöryhmä

Poisson-prosessien ominaisuuksia ja esimerkkilaskuja

y 2 h 2), (a) Näytä, että virtauksessa olevan fluidialkion tilavuus ei muutu.

k=0 saanto jokaisen kolmannen asteen polynomin. Tukipisteet on talloin valittu

(b) Onko hyvä idea laske pinta-alan odotusarvo lähetmällä oletuksesta, että keppi katkeaa katkaisukohdan odotusarvon kohdalla?

Fysiikan valintakoe , vastaukset tehtäviin 1-2

Johdatus tn-laskentaan torstai

MATEMATIIKKA. Matematiikkaa pintakäsittelijöille. Ongelmanratkaisu. Isto Jokinen 2017

Aritmeettinen jono

MAB Jussi Tyni. Lue ohjeet huolellisesti! Tee pisteytysruudukko konseptin yläkertaan. Muista kirjoittaa nimesi. Kysymyspaperin saa pitää.

7 Vapaus. 7.1 Vapauden määritelmä

Sovellettu todennäköisyyslaskenta B

Matematiikan tukikurssi

Batch means -menetelmä

(b) Tunnista a-kohdassa saadusta riippuvuudesta virtausmekaniikassa yleisesti käytössä olevat dimensiottomat parametrit.

Epäyhtälöt ovat yksi matemaatikon voimakkaimmista

3.3 Funktion raja-arvo

J. Virtamo Teleliikenneteoria / Solutason jonot 1

Mitään muita operaatioita symbolille ei ole määritelty! < a kaikilla kokonaisluvuilla a, + a = kaikilla kokonaisluvuilla a.

Jonot ja niiden hallinta

Matematiikan tukikurssi

Insinöörimatematiikka D

Suurin yhteinen tekijä (s.y.t.) ja pienin yhteinen monikerta (p.y.m.)

r = r f + r M r f (Todistus kirjassa sivulla 177 tai luennon 6 kalvoissa sivulla 6.) yhtälöön saadaan ns. CAPM:n hinnoittelun peruskaava Q P

Vapaus. Määritelmä. jos c 1 v 1 + c 2 v c k v k = 0 joillakin c 1,..., c k R, niin c 1 = 0, c 2 = 0,..., c k = 0.

Analyysi III. Jari Taskinen. 28. syyskuuta Luku 1

Luentorunko 12: Lyhyen ja pitkän aikavälin makrotasapaino, AS

Jonot ja niiden hallinta

MS-A0003/A0005 Matriisilaskenta Laskuharjoitus 2 / vko 45

Insinöörimatematiikka A

Vektorien virittämä aliavaruus

Lineaarikombinaatio, lineaarinen riippuvuus/riippumattomuus

Differentiaaliyhtälöt II, kevät 2017 Harjoitus 5

Vaihtoehtoinen tapa määritellä funktioita f : N R on

Sovelletun fysiikan pääsykoe

Rekursio. Funktio f : N R määritellään yleensä antamalla lauseke funktion arvolle f (n). Vaihtoehtoinen tapa määritellä funktioita f : N R on

Transkriptio:

J. Virtamo 38.3143 Jonoteoria / Prioriteettijonot 1 Prioriteettijonot Tarkastellaan M/G/1-jonojärjestelmää, jossa asiakkaat on jaettu K:hon prioriteettiluokkaan, k = 1,..., K: - luokalla 1 on korkein prioriteetti ja luokalla K matalin prioriteetti, - eri luokkien saapumisnopeudet ovat λ 1,..., λ K, - palveluajan odotusarvo ja toinen momentti eri luokissa: S k ja S 2 k, k = 1,..., K. Tavoitteena on johtaa tällaiselle jonojärjestelmälle Pollaczek-Khinchinin kaavan tyyppisiä keskiarvotuloksia. Prioriteettisysteemit ovat tulossa yhä tärkeämmiksi myös tietoliikennejärjestelmissä tietokonejärjestelmissä (esim. käyttöjärjestelmät) niitä on käytetty jo pitkään Nyt kiinnitetään huomio ns. aikaprioriteettiin, joka määrittelee palvelujärjestyksen antamalla asiakkaalle korkeampi prioriteetti halutaan vähentää viivettä ja viiveen vaihtelua Kun jonosysteemillä on äärellinen koko (esim. puskurin koko), on erillinen kysymys, miten kontrolloidaan estymisiä (ylivuoto); tällöin puhutaan tilaprioriteetista.

J. Virtamo 38.3143 Jonoteoria / Prioriteettijonot 2 Ei-syrjäyttävä prioriteetti (nonpreemptive priority) Palvelussa olevan asiakkaan palvelu suoritetaan loppuun vaikka jonoon tulisikin korkeamman prioriteetin asiakkaita. Jokaisella prioriteetilla on oma (looginen) jononsa. Palvelimen vapautuessa palveluun otetaan asiakas korkeimman prioriteetin ei-tyhjästä jonosta. Merkinnät N (k) q W k = luokan k odottavien asiakkaiden keskimääräinen lukumäärä jonossa = luokan k asiakkaiden keskimääräinen odotusaika ρ k R = luokan k kuorma, ρ k = λ k S k = palvelimen keskimääräinen jäljellä oleva palveluaika Jonon stabiilisuusehto: ρ 1 + + ρ K < 1 Jos ehto ei ole voimassa, jotakin luokkaa k alempien prioriteettien (suurempi k) jonot kasvavat rajatta.

J. Virtamo 38.3143 Jonoteoria / Prioriteettijonot 3 Ei-syrjäyttävä prioriteetti (jatkoa) Samaan tapaan kuin Pollaczek-Khinchinin keskiarvokaavan johdossa päätellään korkeimmalle prioriteettiluokalle 1: W 1 = R + S N(1) missä jälkimmäinen termi edustaa jonossa edellä olevien luokan 1 q 1 asiakkaiden palvelemiseen keskimäärin kuluvaa aikaa Littlen lauseen perusteella pätee N (1) q = λ 1 W 1 W 1 = R + ρ 1 W 1 W 1 = R 1 ρ 1 Prioriteettiluokalle 2 saadaan samaan tapaan W 2 = R + + S 2 N(2) q S N(1) 1 q }{{} edellä olevien luokkien 1 ja 2 asiakkaiden palveluun kuluva aika Littlen lauseesta seuraa jälleen + S 1 λ 1 W 2 }{{} luokan 2 asiakkaan odotusaikana saapuvien ylemmän luokan asiakkaiden palveluun keskimäärin kuluva aika N (2) q = λ 2 W 2 W 2 = R + ρ 1 W 1 + ρ 2 W 2 + ρ 1 W 2 W 2 = R + ρ 1W 1 1 ρ 1 ρ 2

J. Virtamo 38.3143 Jonoteoria / Prioriteettijonot 4 Ei-syrjäyttävä prioriteetti (jatkoa) Sijoittamalla saatuun W 2 :n lausekkeeseen W 1 :n kaava saadaan W 2 = R (1 ρ 1 )(1 ρ 1 ρ 2 ) Jatkamalla samalla tavalla alempiin prioriteettiluokkiin (suurempiin k:n arvoihin) saadaan yleinen tulos W k = R (1 ρ 1 ρ k 1 )(1 ρ 1 ρ k ) Luokan k asiakkaan kokonaisviipymä systeemissä keskimäärin on T k = W k + S k W k :n lausekkeessa esiintyvä jäljelläolevan palveluajan odotusarvo R voidaan johtaa samanlaisen kolmiotarkastelun avulla kuin Pollaczek-Khinchinin keskiarvokaavan tapauksessa: R = 1 2 K k=1 λ k S 2 k

J. Virtamo 38.3143 Jonoteoria / Prioriteettijonot 5 Havaintoja ei-syrjäyttävästä prioriteetista Analyysiä ei ole helppo laajentaa monen palvelimen jonoihin jäännösaikaa R on vaikeaa määrätä onnistuu kuitenkin, jos kaikilla luokilla palveluaika on samalla keskiarvolla eksponentiaalisesti jakautunut Asiakkaan keskimääräistä odotusaikaa voidaan säädellä prioriteettiluokkien valinnalla jos lyhyen palveluajan asiakkaille annetaan etusija, niin koko asiakaspopulaation yli laskettu keskimääräinen odotusaika lyhenee vrt. kopiokonejono, jossa väliin päästetään asiakas, jolla on vain yksi kopioitava sivu kahden luokan tapauksessa keskimääräinen viipymäaika on T = λ 1T 1 + λ 2 T 2 λ 1 + λ 2 voidaan osoittaa, että jos S 1 < S 2, niin T on pienempi kuin tapauksessa, jossa prioriteetit vaihdettaisiin (tai jos prioriteetteja ei käytetä ollenkaan) Myös korkeimman luokan 1 odotusaika riippuu alempien luokkien liikenteestä (λ k -arvoista), koska ei-syrjäytyvyyden vuoksi alemmat luokat eivät ole täysin näkymättömiä ylemmille luokille.

J. Virtamo 38.3143 Jonoteoria / Prioriteettijonot 6 Kleinrockin säilymislause ei-syrjäyttäville prioriteettijonoille Kleinrockin säilymislauseen mukaan pätee K k=1 ρ k W k = ρr 1 ρ missä ρ = ρ 1 + + ρ K on jonon kokonaiskuorma. Kuormilla painotettua odotusaikojen summaa ei voida muuttaa määriteltiinpä prioriteetit miten hyvänsä. Jonosysteemin muuttaminen jonkin W k :n pienentämiseksi johtaa väistämättä jonkun tai joidenkin muiden odotusaikojen kasvuun. Jos erityisesti kaikilla luokilla on sama keskim. palveluaika, S k = s, saadaan jakamalla s:llä λr 1 ρ = K k=1 λ k W k (Little) = K k=1 N (k) q = N q Toisin sanoen jonottavien asiakkaiden kokonaismäärän keskiarvo N q on prioriteettijaosta riippumaton vakio (saman keskimääräisen palveluajan tapauksessa).

J. Virtamo 38.3143 Jonoteoria / Prioriteettijonot 7 Kleinrockin säilymislauseen todistus Keskimääräinen tekemätön työ V systeemissä voidaan jakaa kahteen osaan V = V q + R Jonossa keskimäärin oleva tekemätön työ V q voidaan kirjoittaa Littlen lauseen avulla V q = k N (k) q S k = k λ k W k S k = k ρ k W k Siten on k ρ k W k = V R V on tunnetusti palvelujärjestyksestä riippumaton (pätee koko prosessille V (t)). Niin on myös R, koska kaikki asiakkaat lopulta kulkevat palvelimen kautta. Tämä osoittaa, että k ρ k W k on vakio. Arvoa muuttamatta V voidaan laskea millä palvelujärjestyksellä tahansa. Lasketaan se erityisesti tavalliselle FIFO-jonolle (M/G/1-jono), jossa on vain yksi luokka. V = k ρ k W k + R = ρw + R (PASTA) = ρv + R V = R 1 ρ Sijoittamalla aikaisempaan yhtälöön seuraa haluttu tulos k ρ k W k = ρr 1 ρ

J. Virtamo 38.3143 Jonoteoria / Prioriteettijonot 8 Syrjäyttävä prioriteetti (preemptive resume priority) Palvelussa olevan asiakkaan palvelu keskeytyy jonkun korkeamman prioriteetin asiakkaan saapuessa ja jatkuu siitä mihin se jäi, kun korkeamman prioriteteetin jonot ovat tyhjentyneet Alemmat prioriteetit ovat tässä tapauksessa täysin näkymättömiä eivätkä vaikuta mitenkään ylempien prioriteettien toimintaan. Pakettijonon tapauksessa syrjäyttävää prioriteettia lähestytään, kun pakettien lähetys tapahtuu pieninä paloina, esim. ATM-soluina, joilla on prioriteetit korkeamman prioriteetin paketin saapuessa alemman prioriteetin solujen lähetys keskeytyy ja jatkuu vasta, kun korkeamman prioriteetin paketit on kokonaan lähetetty

J. Virtamo 38.3143 Jonoteoria / Prioriteettijonot 9 Syrjäyttävä prioriteetti (jatkoa) Lasketaan luokan k asiakkaan keskimääräinen viipymä T k. Tämä muodostuu kolmesta osasta: 1. Asiakkaan oma keskimääräinen palveluaika S k 2. Jonossa edellä olevien, luokkiin 1,..., k kuuluvien asiakkaiden palveluun keskimäärin kuluva aika R k 1 ρ 1... ρ k, missä R k = 1 2 k i=1 λ i S 2 i, joka on sama kuin keskimääräinen odotusaika M/G/1-jonossa, jonka muodostavat vain luokkien 1,..., k asiakkaat. Tämä johtuu siitä, että luokkien 1,..., k tekemätön työ systeemissä V k (t) (johon luokat k + 1,..., K eivät vaikuta) ei riipu luokkien 1,..., k keskinäisestä palvelujärjestyksestä (tekemätön työ on anonyymiä ), E [V k (t)] pr.jono = E [V k (t)] M/G/1 = E[W k ] M/G/1 3. Niiden ylempiin prioriteettiluokkiin 1,..., k 1 kuuluvien asiakkaiden palveluun keskimäärin kuluva aika, jotka saapuvat k-luokan asiakkaan systeemissäoloajan kuluessa k 1 i=1 S i λ i T k = k 1 i=1 ρ i T k, k > 1 (0, jos k = 1)

J. Virtamo 38.3143 Jonoteoria / Prioriteettijonot 10 Syrjäyttävä prioriteetti (jatkoa) Keräämällä tulokset yhteen saadaan T k = S k + R k + ( k 1 1 ρ 1 ρ k i=1 ρ i ) T k T 1 = (1 ρ 1)S 1 + R 1 1 ρ 1 T k = (1 ρ 1 ρ k )S k + R k (1 ρ 1 ρ k 1 )(1 ρ 1 ρ k )