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2026-1/Modelar/resumen.parcial.2.org
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2026-06-24 16:10:36 -03:00

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Resumen Parcial 2

Intro

El análisis de los sistemas de colas permite identificar cuellos de botella, optimizar recursos y mejorar la experiencia del usuario mediante la reducción de los tiempos de espera. Los hallazgos principales destacan que:

  • Eficiencia del Sistema M/M/2

La transición de un sistema de servidor único (M/M/1) a uno doble con fila única reduce drásticamente el tiempo de permanencia, superando en eficiencia a la configuración de dos colas separadas.

  • Impacto de la Variabilidad (M/G/1)

En sistemas con un solo servidor, la varianza del tiempo de servicio es un factor crítico; a mayor variabilidad, mayor es la longitud de la cola, incluso si la velocidad media se mantiene constante.

  • Criterios de Intervención

La decisión de añadir servidores (especialmente si son de distinta velocidad) depende de un valor límite de utilización denominado "Rho Crítico" (ρ_c).

  • Gestión de Prioridades

Los sistemas no expulsivos permiten dar atención preferencial a clases de clientes específicas sin interrumpir el servicio en curso.

El Modelo M/M/2: Eficiencia y Estructura

El modelo M/M/2 se define por tener arribos que siguen un proceso de Poisson, tiempos de servicio exponenciales y dos servidores que trabajan en paralelo atendiendo una fila única.

Características y Beneficios

  • Detección de Cuellos de Botella: Permite identificar dónde se satura el proceso.
  • Sensación de Equidad: Al utilizar una fila única, se evita la percepción de que otras filas avanzan más rápido, lo cual es común en sistemas de filas múltiples.
  • Uso de Recursos: Maximiza la ocupación de los servidores, evitando que uno permanezca ocioso mientras el otro tiene clientes en espera.

Parámetros Críticos y Estabilidad

Para que el sistema sea estable, se debe cumplir la condición λ < 2μ (la tasa de llegadas debe ser menor a la capacidad total de servicio).

Característica M/M/1 M/M/2
Número de servidores 1 2
Intensidad de tráfico (ρ) $\frac{\lambda}{\mu}$ $\frac{\lambda}{2\mu}$
Tiempo en el sistema (W) $\frac{1}{(\mu(1-\rho))}$ $\frac{1}{\mu(1-\rho^2)}$
Tiempo de espera Mayor Menor

Comparativa Estratégica: M/M/1 vs. M/M/2

La intervención en un sistema saturado es necesaria cuando las colas aumentan de forma sostenida o el servidor está cerca de su límite.

Diagnóstico de Intervención

  • Sistema Aceptable: E(n) < 3 clientes.
  • Necesita Intervención: E(n) > 5 clientes.

Caso de Ejemplo: Bajo una tasa de arribos λ = 8 y servicio μ = 10:

  1. En M/M/1, el tiempo medio en el sistema es de 30 minutos.
  2. Al pasar a M/M/2, el tiempo medio se reduce a 7.1 minutos.

Servidores Heterogéneos y Selección de Servidor

Cuando se dispone de un servidor rápido (μ_1) y uno lento (μ_2), la decisión de añadir el segundo servidor depende del Rho Crítico (ρ_c).

  • Sin selección de servidor: Los clientes entran al primer servidor disponible.
  • Con selección de servidor: Existe una política para decidir a qué servidor enviar al cliente.
  • Regla de Decisión: Si ρρ_c, es conveniente agregar el segundo servidor. Si ρ < ρ_c, el sistema funciona mejor con uno solo.

El Modelo M/G/1 y la Fórmula de Pollaczek-Khinchine

A diferencia de los modelos anteriores, el M/G/1 permite que el tiempo de atención tenga cualquier distribución, requiriendo únicamente conocer su media (E[S]) y varianza (Var[S]).

La Importancia de la Varianza

La fórmula de Pollaczek-Khinchine para el número esperado de clientes en cola (E[Lq]) demuestra que la variabilidad es perjudicial: $E[Lq] = \frac{\rho^2 + \lambda^2 \cdot Var[S]}{2(1-\rho)}$

  • M/D/1 (Servicio constante): Posee σ = 0, representando la referencia de mínima congestión.
  • M/M/1 (Servicio exponencial): Representa la referencia de máxima congestión por su alta variabilidad inherente.

Aplicaciones de M/G/1

Este modelo es fundamental en entornos donde los tiempos de tarea varían según el caso, tales como:

  • Hospitales: Consultas de duración variable.
  • Redes / IT: Transmisión de paquetes de distinto tamaño.
  • Manufactura: Piezas que requieren distintos tipos de trabajo.

Sistemas con Prioridades (No Expulsivos)

Este modelo se aplica cuando existen clientes de Clase 1 (prioritarios) y Clase 2. La prioridad es no expulsiva, lo que significa que no se interrumpe al cliente que ya está siendo atendido.

Orden de Cálculo para el Tiempo de Espera (T_q)

Un cliente de clase 1 debe esperar:

  1. El residuo del tiempo del cliente que ya está en servicio (independientemente de su clase).
  2. El tiempo de servicio de todos los clientes de clase 1 que ya estaban en la fila.
  3. Posteriormente, recibe su propia atención.

Casos Prácticos y Modelización Numérica

Las fuentes detallan diversos escenarios de aplicación real:

  • Fábrica de Periscopios: Un sistema de dos procesos consecutivos (corte y doblado) que requiere el cálculo de probabilidades de estado para determinar la saturación en cada etapa.
  • Sector de Cajas de Supermercado: Operación mediante fila única que conduce a dos cajas registradoras idénticas. Se analizan métricas como la probabilidad de sistema vacío y el tiempo promedio en cola.
  • Enrutamiento de Paquetes: Uso del Teorema de Little (L = λ ⋅ W) para despejar la tasa de arribos y determinar el tiempo de permanencia en buffers de routers con alta capacidad de servicio.
  • Sistemas de IA y APIs: Aplicación del modelo M/G/1 para gestionar solicitudes de backend donde la variabilidad del servicio es alta.