M/M/1 Bedienstation
Gegeben sind negativ-exponentialverteilte Zwischenankunftszeiten und Bedienzeiten und es wird von einer einzigen Bedieneinheit (siehe Warteschlangenmodell) ausgegangen. Nun soll der Erwartungswert E[N] für die mittlere Anzahl von Aufträgen im System berechnet werden.
Man definiert dazu die Zustände 0, 1, 2, ... in denen das System ist, wenn 0, 1, 2,... Aufträge im System enthalten sind und berechnet dann die Aufenthaltswahrscheinlichkeiten p0, p1, p2, ... für die jeweiligen Zustände.
Es gilt
λ p0 = μ p1
und deshalb
p1 = r p0
und analog
pn = r^n p0 für n > 0.
Der Erwartungswert E[N] der Aufträge im System errechnet sich zu
E[N] = p1 + 2 p2 + 3 p3 + ...
= 1 r^1 p0 + 2 r^2 p0 + 3 r^3 p0 + ...
= r p0 (1 r^0 + 2 r^1 + 3 r^2 + ...)
= r p0 (1 / (1 - r)^2).
Es ist nun noch p0 zu bestimmen. Wegen
1 = p0 + p1 + p2 + ...
und
p1 + p2 + ... = p0 (r^1 + r^2 + ...)
= p0 (1 / (1 - r) - 1)
folgt
1 = p0 + p0 (1 / (1 - r) - 1)
= p0 (1 / (1 - r))
also
p0 = 1 - r.
Zusammen ergibt sich:
E[N] = r / (1 - r).
Man definiert dazu die Zustände 0, 1, 2, ... in denen das System ist, wenn 0, 1, 2,... Aufträge im System enthalten sind und berechnet dann die Aufenthaltswahrscheinlichkeiten p0, p1, p2, ... für die jeweiligen Zustände.
Es gilt
λ p0 = μ p1
und deshalb
p1 = r p0
und analog
pn = r^n p0 für n > 0.
Der Erwartungswert E[N] der Aufträge im System errechnet sich zu
E[N] = p1 + 2 p2 + 3 p3 + ...
= 1 r^1 p0 + 2 r^2 p0 + 3 r^3 p0 + ...
= r p0 (1 r^0 + 2 r^1 + 3 r^2 + ...)
= r p0 (1 / (1 - r)^2).
Es ist nun noch p0 zu bestimmen. Wegen
1 = p0 + p1 + p2 + ...
und
p1 + p2 + ... = p0 (r^1 + r^2 + ...)
= p0 (1 / (1 - r) - 1)
folgt
1 = p0 + p0 (1 / (1 - r) - 1)
= p0 (1 / (1 - r))
also
p0 = 1 - r.
Zusammen ergibt sich:
E[N] = r / (1 - r).