Ylivuoto puskurillisessa systeemissä: nestejonot

Samankaltaiset tiedostot
Esimerkki: Tietoliikennekytkin

Liikenneongelmien aikaskaalahierarkia

Estojärjestelmä (loss system, menetysjärjestelmä)

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

PURSKETASON TARKASTELUT Ylivuototodennäköisyys puskurittomassa systeemissä

MS-C1340 Lineaarialgebra ja differentiaaliyhtälöt

MS-C1340 Lineaarialgebra ja differentiaaliyhtälöt

MS-A0004/A0006 Matriisilaskenta

17. Differentiaaliyhtälösysteemien laadullista teoriaa.

MS-C1340 Lineaarialgebra ja

J. Virtamo Teleliikenneteoria / Solutason jonot 1

Funktiot. funktioita f : A R. Yleensä funktion määrittelyjoukko M f = A on jokin väli, muttei aina.

Moniulotteisia todennäköisyysjakaumia

6. Differentiaaliyhtälösysteemien laadullista teoriaa.

Ilkka Mellin Todennäköisyyslaskenta Osa 3: Todennäköisyysjakaumia Moniulotteisia todennäköisyysjakaumia

Epäyhtälöt ovat yksi matemaatikon voimakkaimmista

Lineaarikuvauksen R n R m matriisi

1 Di erentiaaliyhtälöt

Harjoitus Tarkastellaan luentojen Esimerkin mukaista työttömyysmallinnusta. Merkitään. p(t) = hintaindeksi, π(t) = odotettu inflaatio,

HY, MTL / Matemaattisten tieteiden kandiohjelma Todennäköisyyslaskenta IIb, syksy 2017 Harjoitus 1 Ratkaisuehdotuksia

Lineaarikombinaatio, lineaarinen riippuvuus/riippumattomuus

Kannan vektorit siis virittävät aliavaruuden, ja lisäksi kanta on vapaa. Lauseesta 7.6 saadaan seuraava hyvin käyttökelpoinen tulos:

OPTIMAALINEN INVESTOINTIPÄÄTÖS

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.

Oletetaan ensin, että tangenttitaso on olemassa. Nyt pinnalla S on koordinaattiesitys ψ, jolle pätee että kaikilla x V U

Ominaisarvo ja ominaisvektori

Tehtäväsarja I Tehtävät 1-5 perustuvat monisteen kappaleisiin ja tehtävä 6 kappaleeseen 2.8.

3.6 Su-estimaattorien asymptotiikka

Syntymä-kuolema-prosessit

Lineaarialgebra ja matriisilaskenta I, HY Kurssikoe Ratkaisuehdotus. 1. (35 pistettä)

Ominaisvektoreiden lineaarinen riippumattomuus

Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Ratkaisut 5. viikolle /

MS-A0207 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 (Chem) Yhteenveto, osa I

4.1. Olkoon X mielivaltainen positiivinen satunnaismuuttuja, jonka odotusarvo on

5 Differentiaaliyhtälöryhmät

Matematiikka B3 - Avoin yliopisto

, c) x = 0 tai x = 2. = x 3. 9 = 2 3, = eli kun x = 5 tai x = 1. Näistä

MS-A0004/MS-A0006 Matriisilaskenta Laskuharjoitus 6 / vko 42

Kuvaus. Määritelmä. LM2, Kesä /160

y + 4y = 0 (1) λ = 0

Toispuoleiset raja-arvot

MATEMATIIKAN KOE, PITKÄ OPPIMÄÄRÄ HYVÄN VASTAUKSEN PIIRTEITÄ

Vapaus. Määritelmä. Vektorijono ( v 1, v 2,..., v k ) on vapaa eli lineaarisesti riippumaton, jos seuraava ehto pätee:

Johdatus todennäköisyyslaskentaan Moniulotteisia todennäköisyysjakaumia. TKK (c) Ilkka Mellin (2005) 1

MS-A0501 Todennäköisyyslaskennan ja tilastotieteen peruskurssi

Luento 2: Liikkeen kuvausta

Matriisi-vektori-kertolasku, lineaariset yhtälöryhmät

HY, MTO / Matemaattisten tieteiden kandiohjelma Todennäköisyyslaskenta IIa, syksy 2018 Harjoitus 3 Ratkaisuehdotuksia.

a) Sievennä lauseke 1+x , kun x 0jax 1. b) Aseta luvut 2, 5 suuruusjärjestykseen ja perustele vastauksesi. 3 3 ja

Lineaarinen yhtälöryhmä

Jatkuva-aikaisten Markov-prosessien aikakehitys

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

MS-A0003/A Matriisilaskenta Laskuharjoitus 6

saadaan kvanttorien järjestystä vaihtamalla ehto Tarkoittaako tämä ehto mitään järkevää ja jos, niin mitä?

=p(x) + p(y), joten ehto (N1) on voimassa. Jos lisäksi λ on skalaari, niin

2 exp( 2u), kun u > 0 f U (u) = v = 3 + u 3v + uv = u. f V (v) dv = f U (u) du du f V (v) = f U (u) dv = f U (h(v)) h (v) = f U 1 v (1 v) 2

Antti Rasila. Kevät Matematiikan ja systeemianalyysin laitos Aalto-yliopisto. Antti Rasila (Aalto-yliopisto) MS-A0204 Kevät / 16

MS-A0501 Todennäköisyyslaskennan ja tilastotieteen peruskurssi

MATEMATIIKAN KOE PITKÄ OPPIMÄÄRÄ

Värähdysliikkeet. q + f (q, q, t) = 0. q + f (q, q) = F (t) missä nopeusriippuvuus kuvaa vaimenemista ja F (t) on ulkoinen pakkovoima.

MS-A0205/MS-A0206 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 Luento 6: Ääriarvojen luokittelu. Lagrangen kertojat.

1 sup- ja inf-esimerkkejä

Ominaisarvo ja ominaisvektori

MS-C1340 Lineaarialgebra ja differentiaaliyhtälöt

MS-A010{3,4} (ELEC*) Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Luento 3: Jatkuvuus

Mat Dynaaminen optimointi, mallivastaukset, kierros Vaimennetun heilurin tilanyhtälöt on esitetty luennolla: θ = g sin θ r θ

Syntymä-kuolema-prosessit

1 sup- ja inf-esimerkkejä

Kanta ja Kannan-vaihto

Moniulotteisia todennäköisyysjakaumia. Moniulotteisia todennäköisyysjakaumia. Moniulotteisia todennäköisyysjakaumia: Mitä opimme?

4. Lasketaan transienttivirrat ja -jännitteet kuvan piiristä. Piirielimien arvot ovat C =

Differentiaaliyhtälöt II, kevät 2017 Harjoitus 5

Johdatus reaalifunktioihin P, 5op

Normaaliryhmä. Toisen kertaluvun normaaliryhmä on yleistä muotoa

Luento 9: Yhtälörajoitukset optimoinnissa

MS-A0207 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 Luento 5: Gradientti ja suunnattu derivaatta. Vektoriarvoiset funktiot. Taylor-approksimaatio.

Analyysi 1. Harjoituksia lukuihin 1 3 / Syksy Osoita täsmällisesti perustellen, että joukko A = x 4 ei ole ylhäältä rajoitettu.

w + x + y + z =4, wx + wy + wz + xy + xz + yz =2, wxy + wxz + wyz + xyz = 4, wxyz = 1.

Osoita, että täsmälleen yksi vektoriavaruuden ehto ei ole voimassa.

MS-A0204 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 (ELEC2) Luento 6: Ääriarvojen luokittelu. Lagrangen kertojat.

k S P[ X µ kσ] 1 k 2.

Gaussin ja Jordanin eliminointimenetelmä

(1.1) Ae j = a k,j e k.

Koska ovat negatiiviset. Keskihajontoja ei pystytä laskemaan mutta pätee ¾.

Generoivat funktiot, Poisson- ja eksponenttijakaumat

Markov-kustannusmallit ja kulkuajat

Matemaattinen Analyysi / kertaus

Sovellettu todennäköisyyslaskenta B

ax + y + 2z = 0 2x + y + az = b 2. Kuvassa alla on esitetty nesteen virtaus eräässä putkistossa.

Todennäköisyyslaskenta IIa, syys lokakuu 2019 / Hytönen 3. laskuharjoitus, ratkaisuehdotukset

J. Virtamo Jonoteoria / Prioriteettijonot 1

= 2±i2 7. x 2 = 0, 1 x 2 = 0, 1+x 2 = 0.

Ellipsoidimenetelmä. Samuli Leppänen Kokonaislukuoptimointi. S ysteemianalyysin Laboratorio

Markov-ketjut pitkällä aikavälillä

Luento 8: Epälineaarinen optimointi

5 Ominaisarvot ja ominaisvektorit

Similaarisuus. Määritelmä. Huom.

Diskreetin matematiikan perusteet Laskuharjoitus 2 / vko 9

MS-A0003/A0005 Matriisilaskenta Malliratkaisut 5 / vko 48

Avaruuden R n aliavaruus

Transkriptio:

J. Virtamo 38.3141 Teleliikenneteoria / Pursketaso 1 Ylivuoto puskurillisessa systeemissä: nestejonot Jos muodostuvat jonot ovat pitkiä (paljon asiakkaita jonossa), jonon yleiskäyttäytymisen kannalta saapuvan asiakasivirran diskreettisyydellä ei ole merkitystä ja työn saapumisprosessia jonoon voidaan pitää jatkuvana nestevirtana. Hetkellä t jonoon saapuu nestettä nopeudella R(t). Jonossa on oleva nestemäärä on X(t). Esimerkiksi ATM-järjestelmän käyttäytymistä pursketasolla voidaan kuvata nestejonomallin avulla. R(t) ATM-solu on pieni informaatioyksikkö, atomi. Jonomalli on kuitenkin järkevä vain, jos ATM-kytkimissä on suuret puskurit, jotka kykenevät varastoimaan purskeita. Puskurin sisältö eli puskurissa oleva tekemätön työ X(t) on aina jatkuva-arvoinen muuttuja riippumatta siitä, tulevatko saapumiset diskreetisti vai jatkuvana virtana. Olennainen ero nestejonoissa verrattuna perinteisiin jonosysteemeihin onkin, että saapumiset eivät tapahdu hetkellisinä pistesaapumisina vaan jatkuvana virtana.

J. Virtamo 38.3141 Teleliikenneteoria / Pursketaso 2 Nestejono R(t) c R(t) X(t) X(t) c Kun saapuvan nestevirran nopeus R(t) ylittää säiliön tyhjenemisnopeuden c, nestemäärä X(t) säiliössä kasvaa nopeudella R(t) c. Kun saapuvan nestevirran nopeus R(t) on pienempi kuin säiliön tyhjenemisnopeus c, nestemäärä X(t) säiliössä vähenee nopeudella c R(t) niin kauan kuin säiliössä on nestettä

J. Virtamo 38.3141 Teleliikenneteoria / Pursketaso 3 Markov-moduloitu nopeusprosessi (MMRP, Markov modulated rate process) Saapumisvirtaa säätelee taustaprosessi Z(t), josta oletetaan että se muodostaa Markov-prosessin. Kun Markov-prosessi on tilassa i, niin saapuvan nestevirran nopeus on r i Z(t) = i R(t) = r i eli R(t) = r Z(t) Tilassa jossa r i > c systeemin on ylikuormitettu Tilassa jossa r i < c systeemin on alikuormitettu i Jotta systeemi olisi mielenkiintoinen, siinä on oltava sekä yli- että alikuormitettuja tiloja. r i Järjestelmän tilaa kuvaa pari (X(t), Z(t)) (nämä yhdessä muodostavat Markovin prosessin, jota vastoin X(t) yksinään ei ole Markovin prosessi). Määritellään osittainen kertymäfunktio F i (x) = P{X(t) x, Z(t) = i} Tehtävänä on ratkaista F i (t):t. Jos ne tunnetaan, saadaan puskurin sisällön eli tekemättömän työn kertymäfunktio F (x) samoin kuin moduloivan prosessin tilatodennäköisyydet π i F (x) = P{X x} = i F i (x) π i = P{Z = i} = F i ( )

J. Virtamo 38.3141 Teleliikenneteoria / Pursketaso 4 MMRP (jatkoa) Seuraavassa oletetaan, että moduloiva taustaprosessi on yksinkertainen syntymä-kuolemaprosessi. 0 λ 0 µ 1 1 λ 1 µ 2 2 λ 2 µ 3 Yhdistetyn (X(t), Z(t))-prosessin tilakaavio on oheisen kuvan mukainen. Tilaa indeksoivat - diskreetti arvo Z - jatkuva arvo X Z 3 2 1 λ 1 µ 1 r 1 -c 0 X

J. Virtamo 38.3141 Teleliikenneteoria / Pursketaso 5 Tasapainoyhtälö Tarkastellaan tilajoukkoa X x, Z = i. Taspainossa todennäköisyysvirrat tähän joukkoon sisään ja siitä ulos ovat yhtäsuuret. (r i c)f i (x) = (λ i + µ i )F i (x) + λ i 1 F i 1 (x) + µ i+1 F i+1 (x) i = 0, 1, 2,... i+1 Z i λ i µ i+1 r i -c λ i-1 µ i i-1 X Huom. Todennäköisyystiheys pisteessä (i, x) on F i (x). Tässä pisteessä oltaessa puskuri täyttyy nopeudella r i c (nopeus, jolla systeemipiste liikkuu vasemmalle tai negatiivisen arvon kyseessä ollen oikealle). Siksi takastelun alaisesta tilajoukosta ulos virtaa akselia pitkin todennäköisyysvirta (r i c)f i (x) Muut virrat liittyvät taustaprosessin tilasiirtymiin.

J. Virtamo 38.3141 Teleliikenneteoria / Pursketaso 6 Tasapainoyhtälön ratkaisu Määritellään vektori F(x) ja matriisit M = Q T ja D suraavasti - tässä kappaleessa vektoreilla tarkoitetaan pystyvektoreita F(x) = F 0 (x) F 1 (x) F 2 (x). D = r 0 c 0 0... 0 r 1 c 0... 0 0 r 2 c......... M = λ 0 µ 1 0 0... λ 0 (λ 1 + µ 1 ) µ 2 0... 0 λ1 (λ 2 + µ 2 ) µ 2......... Näiden avulla kirjoitettuna tasapainoyhtälöt kuuluvat DF (x) = MF(x) Tämä on vakiokertoiminen 1. kertaluvun differentiaaliyhtälö vektorille F(x). Sen ratkaisu matriisieksponenttifunktiota käyttäen kuuluu F(x) = e D 1 M x F(0)

J. Virtamo 38.3141 Teleliikenneteoria / Pursketaso 7 Tasapainoyhtälön ratkaisu ominaisarvojen ja -vektoreiden avulla Ratkaisu voidaan kirjoittaa toisessa muodossa, jos ensin ratkaistaan seuraavasta ominaisarvoyhtälöstä ominaisarvot z n ja niihin kuuluvat ominaisvektorit φ n D 1 Mφ n = z n φ n Näiden avulla ratkaisu on F(x) = n:re(z n ) 0 a n φ n e z nx missä a n :t ovat toistaiseksi määräämättömiä kertoimia. Sijoittamalla tämä yritteenä ratkaistavaan differentiaaliyhtälöön ja käyttämällä hyväksi ominaisarvoyhtälöä, nähdään että tämä todella toteuttaa kyseisen differentiaalyhtälön (riippumatta kertoimien a n arvoista). Koska ratkaisun tulee olla rajoitettu (ei saa kasvaa äärettömyyteen, kun x kasvaa), summassa voivat tulla kysymykseen vain ne ominaisarvot, joiden reaaliosa ei ole positiivinen.

J. Virtamo 38.3141 Teleliikenneteoria / Pursketaso 8 Kertoimien määrääminen Taustaprosessin tasapainotodennäköisyydet π = (π 0, π 1,...) T toteuttavat yhtälön Mπ = 0 Niin ollen π on ominaisarvoon 0 liittyvä ominaisvektori. Koska lisäksi pätee F( ) = π, täytyy tähän liittyvän a-kertoimen olla 1. Erottamalla tämä termi summasta saadaan F(x) = n:re(z n )<0 a n φ n e z nx + π Kertoimet a n (Re(z n ) < 0) voidaan määrätä reuraehdoista F i (0) = 0, jos r i > c jotka sanovat, että jono ei voi olla tyhjä ylikuormitetuissa tiloissa, joissa puskuri täyttyy. Komponenttimuodossa nämä reunaehdot voidaa kirjoittaa seuraavasti n:re(z n )<0 a n φ n,i = π i i : r i > c Voidaan osoittaa, että tuntemattomia kertoimia a n (Re(z n ) < 0) on täsmälleen yhtä monta kuin yhtälöitä eli negatiivisia ominaisarvoja on yhtä monta kuin ylikuormitettuja tiloja. Yhtälöt riittävät siis määräämään kaikki tuntemattomat kertoimet a n.

J. Virtamo 38.3141 Teleliikenneteoria / Pursketaso 9 Esimerkki. 2-tilainen systeemi 1 λ µ 0 r 1 c r 0 R(t) Markov-prosessin tilat 0 ja 1. Vastaavat virtausnopeudet r 0 ja r 1. Jotta systeemi olisi mielenkiintoinen, on oltava r 0 < c < r 1 r 1 > c ylikuormitettu tila r 0 < c alikuormitettu tila r i c X(t) X(t) Moduloivan Markov-prosessin tasapainotodennäköisyydet ovat π 0 = µ λ + µ, π 1 = λ λ + µ Nestejonosysteemin tasapainoyhtälöt (r 0 c)f 0 (x) = λf 0(x) + µf 1 (x) (r 1 c)f 1 (x) = +λf 0(x) µf 1 (x) 0 1 λ µ r 1 -c r 0 -c X

J. Virtamo 38.3141 Teleliikenneteoria / Pursketaso 10 Esimerkki (jatkoa) Vastaava ominaisarvoyhtälö on z(r 0 c)φ 0 = λφ 0 + µφ 1 z(r 1 c)φ 1 = +λφ 0 µφ 1 eli z(r 0 c) + λ µ λ z(r 1 c) + µ φ 0 φ 1 = 0 0 Ominaisarvot määräytyvät ehdosta, että kerroinmatriisin determinantti on 0. Ominaisvektorit voidaan sitten ratkaista kummasta tahansa yhtälöstä: z 0 = 0 (nolla on aina ominaisarvo) z 1 = (c r 0)µ (r 1 c)λ (r 1 c)(c r 0 ) φ 0 = π 0 π 1, φ 1 = r 1 c c r 0 Vastaten sitä, että systeemillä on yksi ylikuormitettu tila, yksi ominaisarvoista on negatiivinen. Ratkaisu osittaisille kertymäfunktiolle on vektorimuodossa F(x) = π + a 1 φ 1 e z 1x Tuntematon kerroin a 1 määräytyy reunaehdosta F 1 (0) = 0 π 1 + a 1 (c r 0 ) = 0 a 1 = π 1 c r 0

J. Virtamo 38.3141 Teleliikenneteoria / Pursketaso 11 Esimerkki (jatkoa) On saatu ratkaisu F 0 (x) = π 0 π 1 r 1 c c r 0 e z 1x F 1 (x) = π 1 (1 e z 1x ) Puskurin täyttöjakauma (kertymäfunktio) on F (x) = F 0 (x)+f 1 (x) ja vastaava häntäjakauma G(x) = P{puskurissa tekemätöntä työtä > x} = 1 F (x), G(x) = 1 F (x) = π 1 r 1 r 0 c r 0 e z 1x Todennäköisyys, että puskuri ei ole tyhjä, on G(0) = π 1 r 1 r 0 c r 0

J. Virtamo 38.3141 Teleliikenneteoria / Pursketaso 12 Nestejonon asymptoottinen käyttäytyminen Yleisesti nestejonon häntäjakaumalle pätee G(x) = P{X > x} = 1 e F(x) = ηe zx n:re(z n )<0 a n e φ n e z nx kun x missä z = ominaisarvoista, joilla Re(z n ) < 0, se jolla Re(z n ) on suurin (vähiten negatiivinen), ns. dominoiva ominaisarvo; olkoon sen indeksi n = 1 (z = z 1 ) η = a 1 e φ 1 ko. ominaisarvoa vastaava kerroin e = vektori, jonka kaikki komponentit ovat ykkösiä

J. Virtamo 38.3141 Teleliikenneteoria / Pursketaso 13 Ylivuototodennäköisyyden asettama ehto Käytännön tehtävissä on yleensä asetettu jokin yläraja ɛ puskurin ylivuototodennäköisyydelle, P overflow ɛ. Puskurin ylivuoto liittyy tietenkin äärelliseen puskuriin. Nestejonon tapauksessa äärellisen puskurin analysointi on hankalaa. Tavallista onkin, että ylivuototodennäköisyyttä approksimoidaan äärettömän puskurin häntätodennäköisyydellä, P overflow P{X > B} = G(B) missä B on puskurin koko. Jos B on suuri verrattuna tyypillisen purskeen kokoon, puskurin täyttöjakaumaa kohdassa x = B voidaan approksimoida asymptoottisen alueen kaavalla, ja saadaan ehto G(B) ɛ ηe zb ɛ z log(η/ɛ) B = log η + log(1/ɛ) B Tässä B ja ɛ ovat annettuja systeemin parametreja. Sitä vastoin η liittyy nestejonon ratkaisuun ja riippuu mm. saapumisprosessista.

J. Virtamo 38.3141 Teleliikenneteoria / Pursketaso 14 Ylivuotoehto likimäärin Tavallisesti η on suuruusluokkaa 1, jolloin log η = 0. Vaikka ei olisikaan tarkkaan η 1, voidaan kuitenkin hyvin pienillä ɛ:n arvoilla log η jättää kaavassa huomiotta. Tällöin ehto supistuu muotoon z log(1/ɛ) B Ylivuotoehto (puskurin täyttöaste B saa ylittyä korkeintaan todennäköisyydellä ɛ) määrää likimain jononpituuden tarvittavan asymptoottisen pienenemisnopeuden. log P ovf 0 log η log ε B

J. Virtamo 38.3141 Teleliikenneteoria / Pursketaso 15 Efektiivinen kaista Dominoiva ominaisarvo eli matriisin D 1 M suurin negatiivinen ominaisarvo z voidaan aina selvittää. Se riippuu tuloprosessista (Markov-prosessista sekä nopeuksista r i ) sekä systeemin parametreista, erityisesti puskurin palvelunopeudesta c, z = z(c) Kun ylivuotoehto asettaa minimarvon z:lle, saadaan tästä käänteisesti minimiarvo tarvittavalle kapasiteetille c, c z 1 ( 1 B log(1 ɛ )) = c( 1 B log(1 ɛ )) missä c( ) = z 1 ( ) Tätä kutsutaan kyseiseen liikennevirtaan (ja puskuriin ja ylivuototodennäköisyyteen) liittyväksi efektiiviseksi kaistaksi.

J. Virtamo 38.3141 Teleliikenneteoria / Pursketaso 16 Efektiivinen kaista (jatkoa) Efektiivinen kaista voidaan ajatella mitattavaksi siten, että puskurin vuotonopeutta kuristetaan, kunnes ylivuototodennäköisyys on saavuttanut sallitun arvon ɛ. S P overf low c

J. Virtamo 38.3141 Teleliikenneteoria / Pursketaso 17 Efektiivisten kaistojen additiivisuus Efektiivisen kaistan tärkein ominaisuus on sen additiivisuus. Olkoon annettuna puskuri B ja sallittu ylivuototodennäköisyys ɛ. Edelleen olkoon annettuna joukko riippumattomia MMRP-lähteitä, k = 1,..., K. Lähteelle k (kun se yksinään syöttää puskuria B) voidaan määrätä efektiivinen kaista c k (z), missä z = log(1/ɛ)/b. Additiivisuusominaisuus sanoo sen, että kun nämä lähteet yhdessä syöttävät samaa puskuria B samalla sallitulla ylivuototodennäköisyydellä ɛ, niin niiden yhteinen efektiivinen kaista on eri lähteiden vaatimien efektiivisten kaistojen summa, c(z) = k c k (z) S 1 S 2 S K... c = c +c +...c 1 2 K P overf low

J. Virtamo 38.3141 Teleliikenneteoria / Pursketaso 18 Additiivisuuden perustelu Elwalid ja Mitra osoittivat additiivisuuden MMRP-lähteille kirjoittamalla ominaisarvoyhtälön Mφ = zdφ = z(r ci)φ missä R = muodossa cφ = (R 1 M)φ = A(z)φ z r 0 0 0... 0 r 1 0... 0 0 r 2...,...... Tämä on ominaisarvoyhtälö c:lle annetulla matriisilla A(z). Riippumattomien lähteiden tapauksessa voidaan osoittaa, että A(z) = A 1 (z) A 2 (z) A K (z) (ns. Kroneckerin summa) ja että ominaisarvot ovat additiivisia c = k c k, kun c k φ k = A k (z)φ k.

J. Virtamo 38.3141 Teleliikenneteoria / Pursketaso 19 Additiivisuuden perustelu (jatkoa) Additiivisuus M/M/1-jonossa Vastaava tilanne pätee M/M/1-jonollekin. Olkoon sen poissoninen tuloprosessi superpositio Poisson-virroista, λ = λ 1 + + λ K. Annetulla puskurin koolla B on tietty suurin sallittu kuorma ρ ɛ = λ/cµ, (missä 1/µ on paketin keskikoko), jolla P{X > B} ɛ. Eli vaadittu kapasiteetti on c = λ/(µρ ɛ ) = λ 1 /(µρ ɛ ) + + λ K /(µρ ɛ ) = c 1 + + c K missä c k = λ k /(µρ ɛ ) on lähteen k yksinään vaatima kapasiteetti.

J. Virtamo 38.3141 Teleliikenneteoria / Pursketaso 20 Efektiivisten kaistan yleistys Efektiivisen kaistan käsite voidaan yleistää mille tahansa tuloprosessille. Olkoon aikavälissä (0, t) saapuvan työn määrä on A(0, t). Tällöin on c(z) = 1 z lim 1 t t log E[ezA(0,t) ] (mm. Whitt; Kesidis ja Walrand) Tämä antaa tarvittava kapasiteetin, kun puskurin häntäjakauman logaritmin asymptoottinen kulmakerroin z on ylivuotoehdon kautta annettu. (Väite ei ole aivan yksinkertaisesti perusteltavissa.) Tämän määritelmän mukaisen c(z):n additiivisuus riippumattomien tuloprosessien tapauksessa on ilmeinen: Riippumattomilla tulovirroilla A 1 (0, t) ja A 2 (0, t) pätee log E[e z(a 1(0,t)+A 2 (0,t)) ] = log E[e za 1(0,t) ] + log E[e za 2(0,t) ] (samoin mille tahansa määrälle riippumattomia lähteitä) Voidaan osoittaa, että MMRP-saapumisprosessin tapauksessa tämä efektiivisen kaistan määritelmä on yhtäpitävä edellä annetun, erään matriisin suurimpaan negatiiviseen ominaisarvoon perustuvan määritelmän kanssa.