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第 3 章 出生—死亡过程 ​

把“系统里有几位顾客”作为状态,就能把很多队列转成一条状态链。到达使人数增加 1,服务完成使人数减少 1;教材把这种连续时间随机过程称为出生—死亡过程。

出生—死亡过程的相邻状态转移

状态变化规律 ​

当系统处于状态 j 时,令 λj 为到达(出生)速率,μj 为服务完成(死亡)速率。在很短的时间 Δt 内,

P(j→j+1)=λjΔt+o(Δt),P(j→j−1)=μjΔt+o(Δt).

状态不能为负,因此 μ0=0。对 M/M/1 队列,λj=λ,而 j≥1 时 μj=μ。对多服务台队列,当有 j 位顾客时,忙碌服务台数为 min(j,s),所以 μj=min(j,s)μ。

稳态流量平衡 ​

若长期稳态存在,记 πj 为系统恰有 j 位顾客的概率。流量平衡方程可写成相邻状态之间的平衡:

πjλj=πj+1μj+1,j≥0.

于是

πj=π0∏i=0j−1λiμi+1,π0=(1+∑j=1∞∏i=0j−1λiμi+1)−1.

有限容量时求和只到最大状态;无限容量时,归一化级数必须收敛。若到达长期快于系统最大服务能力,概率无法归一化,也就没有稳态分布。“有公式”不等于“系统稳定”:先检查稳态条件,再代入概率公式。

为什么是“流量平衡”,不是人数相等? ​

流量平衡比较的是单位时间内跨越状态边界的概率流率。稳态下,每个状态进入与离开的长期速率相等;否则概率质量会不断堆到某些状态。将得到的 πj 归一化后,可以计算平均系统人数:

L=∑j≥0jπj.

​教材对应​:原书编号 20.3,含稳态方程的流量平衡解释以及用递推/表格计算状态概率的例题。