Элементы теории случайных процессов и случайных потоков, страница 4

1.5.4 Суперпозиция независимых простейших потоков

Пусть на некоторый объект воздействует n независимых ППС (рисунок 47). Например, поток отказов ЭВМ складывается из потока отказов процессора, памяти, системной платы, контроллеров, накопителей и прочего оборудования, а также программного обеспечения. Требуется определить характеристики результирующего потока событий.

Рисунок 47 – Суперпозиция  n  простейших потоков событий

Рассмотрим эту задачу для случая двух исходных ППС: первый поток (рисунок 48, а) имеет интенсивность l1, а второй (рисунок 48, б) – интенсивность l. Пусть xij – время между (j–1) и j-м событиями i-го потока событий (см. рисунок 48, а,б).

Рисунок 48 – Суперпозиция простейших потоков событий ППС1 и ППС2: а – простейший поток событий (ППС1);   б – простейший поток событий (ППС2); в – суперпозиция двух простейших потоков событий (ППС)

Время xS1 до первого события потока, образованного суперпозицией двух потоков событий, очевидно из рисунка 48, в , равно минимальному из значений x11 и x21, т.е. xS= min{x11 , x21}. Поскольку ППС являются потоками без последействия, а также являются рекуррентными потоками, то время до очередного события результирующего потока-суперпозиции определяется соотношением:

xS = min{x, x2},           (81)

где xS – время между событиями результирующего потока событий; x1 – время между событиями 1-го ППС; x2 – время между событиями 2-го ППС.

Известно (см. замечание в п. 1.5.3), что x~ E(l1), а x~ E(l2). Следовательно, Fx1(x) = P(x1 < x) = 1–exp(–l1x), а Fx2(x) = P(x2 < x) = 1–exp(–l2x). Закон распределения случайной величины xS требует определения, т.е. FxS(x) = P(xS < x).

Рассмотрим вероятность события {xS ³ x}, противоположного к событию {xS < x}. P(xS ³ x) = P(min{x, x2} ³ x) = P({x1 ³ x} Ç {x2 ³ x}), поскольку чтобы меньшая из величин x, x2 была больше или равна x, необходимо, чтобы каждая из величин была больше или равна x.

Поскольку исходные потоки являются независимыми (по условию), то независимыми являются события {x1 ³ x} и {x2 ³ x}. Следовательно, применяя теорему умножения вероятностей для независимых событий, получим:

P(xS ³ x) = P({x1 ³ x} Ç {x2 ³ x}) = P(x1 ³ x) P(x2 ³ x) = = (1–P(x1 < x)) (1–P(x2 < x)) = (1–Fx1(x)) (1–Fx2(x)) = = (1–1+exp(–l1x)) (1–1+exp(–l2x)) = exp(–l1x) exp(–l2x) = exp(–(l1+l2) x).

Следовательно, FxS(x) = P(xS < x) = 1–P(xS ³ x) = 1–exp(–(l1+l2)x). Таким образом, время между событиями результирующего потока-суперпозиции имеет показательный закон распределения с параметром (l1+l2) (данный результат мог быть получен также с помощью предельной теоремы о минимальном среди значений показательно распределенных случайных величин (см. п. 1.4.2)), а поток событий, образованный суперпозицией двух простейших потоков с интенсивностями l1 и l, является ППС с интенсивностью (l1+l2).

Теорема о суперпозиции  n  независимых простейших потоков событий. Поток событий, образованный суперпозицией n независимых ППС с интенсивностями l, l,…, l, является ППС с интенсивностью lS = l1+ +l2+…+l. Следовательно, время между событиями результирующего потока событий xS имеет показательный закон распределения с параметром lS и математическим ожиданием M[xS] = 1 / lS = 1 / (l1+l2+…+l).  ¨