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Teoria de Colas

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Teoria de Colas
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7/17/2019 Teoria de Colas http://slidepdf.com/reader/full/teoria-de-colas-568d267ba24ca 1/20  Teoría de Colas Una cola es una línea de espera. Las colas son frecuentes en nuestra vida cotidiana: en un banco, en un restaurant, en la universidad entre otras. El fenómeno de las colas surge cuando unos recursos compartidos necesitan ser accedidos para dar servicio a un elevado número de trabajos o clientes. En general, a nadie le gusta esperar. Cuando la paciencia llega a su límite, la gente se va a otro lugar. Sin embargo, un servicio mu r!pido tendría un costo mu elevado Es necesario encontrar un balance adecuado
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 Teoría de Colas

Una cola es una línea de espera. Las colas son frecuentesen nuestra vida cotidiana: en un banco, en un restaurant, enla universidad entre otras.

El fenómeno de las colas surge cuando unos recursoscompartidos necesitan ser accedidos para dar servicio a unelevado número de trabajos o clientes.

En general, a nadie le gusta esperar. Cuando la pacienciallega a su límite, la gente se va a otro lugar. Sin embargo, unservicio mu r!pido tendría un costo mu elevado

Es necesario encontrar un balance adecuado

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 Teoría de Colas

La teoría de colas es el estudio matem!tico delcomportamiento de líneas de espera. Esta se presenta,cuando los "clientes" llegan a un "lugar" demandandoun servicio a un "servidor", el cual tiene una ciertacapacidad de atención. Si el servidor no est!disponible inmediatamente el cliente decide esperar,entonces se forma la línea de espera.

Los sistemas de colas son modelos de sistemas #ueproporcionan servicio. Como modelo, puedenrepresentar cual#uier sistema en donde los trabajos oclientes llegan buscando un servicio de algún tipo salen despu$s de #ue dic%o servicio %aa sidoatendido. &odemos modelar los sistemas de este tipo

tanto como colas sencillas o como un sistema de colasinterconectadas formando una red de colas.

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 Teoría de Colas

El origen de la Teoría de Colas está en el esfuerzode Agner Kraup Erlang (Dinamarca, 1878 1!"!#

en 1!$! para analizar la congesti%n de trá&co

telef%nico con el o'eti)o de cumplir la demandaincierta de ser)icios en el sistema telef%nico de

Copen*ague+ us in)estigaciones aca'aron en unanue)a teoría denominada teoría de colas o de

líneas de espera+ Esta teoría es a*ora una*erramienta de )alor en negocios de'ido a -ue ungran n.mero de pro'lemas pueden caracterizarse,

como pro'lemas de congesti%n llegadasalida+

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'bjetivos de la (eoría de Colas

/os o'eti)os de la teoría de colas consisten en0

  denti&car el ni)el %ptimo de capacidad del sistema -ue

minimiza el coste glo'al del mismo+  E)aluar el impacto -ue las posi'les alternati)as de

modi&caci%n de la capacidad del sistema tendrían en el costetotal del mismo+

  Esta'lecer un 'alance e-uili'rado (2%ptimo2# entre lasconsideraciones cuantitati)as de costes 3 las cualitati)as deser)icio+

  4a3 -ue prestar atenci%n al tiempo de permanencia en elsistema o en la cola0 la 2paciencia2 de los clientes dependedel tipo de ser)icio especí&co considerado 3 eso puede *acer-ue un cliente 2a'andone2 el sistema+

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Elementos e)istentes en un modelo decolas

  *uente de entrada o población potencial0 Es un conunto deindi)iduos (no necesariamente seres )i)os# -ue pueden llegar asolicitar el ser)icio en cuesti%n+ 5odemos considerarla &nita o in&nita+

  Cliente0 Es todo indi)iduo de la po'laci%n potencial -ue solicitaser)icio+ uponiendo -ue los tiempos de llegada de clientesconsecuti)os son $6t16t"6+++, será importante conocer el patr%n depro'a'ilidad seg.n el cual la fuente de entrada genera clientes+ /omás *a'itual es tomar como referencia los tiempos entre las llegadasde dos clientes consecuti)os0 consecuti)os0 clientes consecuti)os0

 T9 : t t1, &ando su distri'uci%n de pro'a'ilidad+

  Capacidad de la cola: Es el má;imo n.mero de clientes -uepueden estar *aciendo cola (antes de comenzar a ser ser)idos#+ De

nue)o, puede suponerse &nita o in&nita+ /o más sencillo, a efectos desimplicidad en los cálculos, es suponerla in&nita

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Elementos e)istentes en un modelo decolas

+isciplina de la cola: Es el modo en el -ue los clientesson seleccionados para ser ser)idos+ /as disciplinas más*a'ituales son0 

/a disciplina <<= (&rst in &rst out#, tam'i>n llamada<C< (&rst come &rst ser)ed#0 seg.n la cual se atiendeprimero al cliente -ue antes *a3a llegado+

  /a disciplina /<= (last in &rst out#, tam'i>n conocidacomo /C< (last come &rst ser)ed# o pila0 -ue consiste

en atender primero al cliente -ue *a llegado el .ltimo+  /a ? (random selection of ser)ice#, o ?= (ser)ice

in random order#, -ue selecciona a los clientes deforma aleatoria+

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  ecanismo de servicio: Es el procedimiento por el cual se daser)icio a los clientes -ue lo solicitan+ 5ara determinartotalmente el mecanismo de ser)icio de'emos conocer eln.mero de ser)idores de dic*o mecanismo (si dic*o n.merofuese aleatorio, la distri'uci%n de pro'a'ilidad del mismo# 3 la

distri'uci%n de pro'a'ilidad del tiempo -ue le lle)a a cadaser)idor dar un ser)icio+

   La cola, propiamente dic*a, es el conunto de clientes -ue*acen espera, es decir los clientes -ue 3a *an solicitado elser)icio pero -ue a.n no *an pasado al mecanismo de ser)icio+

  El sistema de la cola0 es el conunto formado por la cola 3 elmecanismo de ser)icio, unto con la disciplina de la cola, -ue eslo -ue nos indica el criterio de -u> cliente de la cola elegir parapasar al mecanismo de ser)icio

Elementos e)istentes en un modelo decolas

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istemas de colas0odelo 'ásico

LlegadasCola

Instalación

del

servicio

Disciplina

de la cola

Salidas

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istemas de colas0Bna línea, Bn ser)idor

LlegadasCola Servidor  

Salidas

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istemas de colas0Bna línea, m.ltiples ser)idores

LlegadasCola

er)ido

r

Salidas

er)idor

er)idor

Salidas

Salidas

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istemas de colas0arias líneas, m.ltiples ser)idores

Llegadas

Cola er)idor Salidas

er)idor

er)idor

Salidas

Salidas

Cola

Cola

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istemas de colas0Bna línea, ser)idores secuenciales

LlegadasCola

er)idor

Salidas

Cola

er)ido

r

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Como medir el rendimiento de

un sistema

En cual-uier caso, para poder tomardecisiones *acen falta datos -ue la teoría decolas puede

dar en alguno de los siguientes tres aspectos0  a# tiempo de espera (en el total del sistema

o en la cola#

  '# cantidad de clientes esperando (en elsistema o en las colas#

  c# tiempo ocioso de los ser)idores (total oparticular de cada ser)icio#

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/as llegadas GDistri'uci%n e;ponencial

Media   Tiempo0

P(t) /a forma alge'raica de la distri'uci%ne;ponencial es0

Donde t  representa una cantidade;presada en de tiempo unidades detiempo (*oras, minutos, etc+#

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/as llegadas GDistri'uci%n e;ponencial

  /a distri'uci%n e;ponencial suponeuna ma3or pro'a'ilidad para

tiempos entre llegadas pe-ueos  En general, se considera -ue las

llegadas son aleatorias 

/a .ltima llegada no inHu3e en lapro'a'ilidad de llegada de lasiguiente

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/as llegadas G Distri'uci%n de 5oisson

P

Llegadas por unidad de tiempo

u forma alge'raica es0

Donde05(# 0 pro'a'ilidad de llegadas porunidad de tiempoλ 0 tasa media de llegadase : ",718"818I

!)(

ek  P 

k    λ λ 

  −

=

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/as llegadas G Distri'uci%n de 5oisson

  Es una distri'uci%n discretaempleada con muc*a frecuencia

para descri'ir el patr%n de lasllegadas a un sistema de colas

  5ara tasas medias de llegadas

pe-ueas es asim>trica 3 se *acemás sim>trica 3 se apro;ima a la'inomial para tasas de llegadas altas

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istemas de colas0 Elser)icio

  El ser)icio puede ser 'rindado por un ser)idoro por ser)idores m.ltiples

  El tiempo de ser)icio )aría de cliente a cliente  El tiempo esperado de ser)icio depende de la

tasa media de ser)icio (µ#  El tiempo esperado de ser)icio e-ui)ale a 1J(µ#

 

5or eemplo, si la tasa media de ser)icio es de" clientes por *ora  Entonces el tiempo esperado de ser)icio es 1J

(µ# : 1J" : $+$L *oras, o "+L minutos

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istemas de colas0 El ser)icioDistri'uci%n Erlang

Media Tiempo0

P(t)k = ∞

k = 1k = 2

k = 8

• i : 1, entonces la distri'uci%n

Erlang es igual a la e;ponencial• i : M, entonces la distri'uci%nErlang es igual a la distri'uci%ndegenerada con tiemposconstantes

• /a forma de la distri'uci%n Erlang

)aría de acuerdo con


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