M/G/mの定常状態のジョブ数分布について

なんとか(G/G/mでは難しいのは目に見えているので、せめて)M/G/1の時の待ち行列システム内のジョブ数の定常確率分布を求めたいと願っています。それも難しいのであればせめてM/D/1の時のジョブ数の定常確率分布を求めたいと願っています。


M/G/mのジョブ数の定常状態分布が分かったわけではありませんが、これについておもしろいことに気づきましたので紹介いたします。
まず、到着間隔が指数分布なので、PASTAが適用出来、定常状態では

  • ジョブ数の分布(時間平均)」=「到着時のシステムのジョブ数の分布」

になります。ただし到着時の場合(上の式の右辺)は、到着するジョブ自身はシステム内のジョブ数に数えないことにします。


ではジョブがシステムから出て行く出発時のシステム内のジョブ数の分布はどうなるでしょうか? ただし、この時は出発するジョブ自身はシステム内のジョブ数に数えないことにします。


ところで出発時にシステム内のジョブ数がN+1Nに変化したとすれば、定常状態である限り、それ以前のどこかの時点でジョブ到着によりシステム内のジョブ数がNN+1に増加したことがあったはずです。なかったとすれば、どんどんNは減少していくことになり、定常状態になりません。しかも、N+1Nの過程とNN+1の過程は対になっているはずです。

とすれば、あるジョブの到着時点で、システム内のジョブ数がNであったとすれば、それに対になったジョブの出発時点でシステム内のジョブ数がNであるはずです。このように考えれば、

  • 「到着時のシステムのジョブ数の分布」=「出発時のシステムのジョブ数の分布」

となるはずです。つまり、

  • ジョブ数の分布(時間平均)」=「到着時のシステムのジョブ数の分布」=「出発時のシステムのジョブ数の分布」

が成り立つことになります。


特にM/G/1の場合は、システムにジョブが0個の場合の確率は、利用率uとすれば1-uで表すことが出来ますが、これと上記のことを組み合わせると、

  • ジョブ到着直前に装置が空いている確率は1-u
  • ジョブ出発直後に装置が空いている確率は1-u

が成り立つことが分かります。