M/M/1モデルのサービス時間を含まない平均待ち時間は、利用率をu、平均サービス時間をTsとして、u/(1-u)×Tsです。
令和6年度 春期 高度試験共通 午前I 問1
ATM(現金自動預払機)が1台ずつ設置してある二つの支店を統合し、統合後の支店にはATMを1台設置する。統合後のATMの平均待ち時間を求める式はどれか。ここで、待ち時間はM/M/1の待ち行列モデルに従い、平均待ち時間にはサービス時間を含まず、ATMを1台に統合しても十分に処理できるものとする。
[条件]
(1) 統合後の平均サービス時間: Ts
(2) 統合前のATMの利用率: 両支店ともρ
(3) 統合後の利用者数: 統合前の両支店の利用者数の合計
選択肢
解説
結論 → 詳細 → 補足 の 3 層構成
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解説
結論 → 詳細 → 補足 の 3 層構成
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この設問では同じ処理能力のATMに両支店の負荷を集約するものとして、利用率はρ+ρ=2ρになります。したがって2ρ/(1-2ρ)×Tsとなり、エが正解です。「十分に処理できる」は2ρ<1の安定条件に対応します。利用率が増えると分母も小さくなるので、待ち時間は単に統合前の2倍になるのではありません。
各選択肢の解説
- ア
ρ / (1-ρ) × Ts
誤りです。ρ/(1−ρ)×Ts は統合前の各支店の平均待ち時間です。統合後は両支店の利用者が 1 台に集まるので到着率が 2 倍になり、利用率は 2ρ になります。この式では利用率の増加が反映されていません。
- イ
ρ / (1-2ρ) × Ts
誤りです。分母には統合後の利用率 2ρ を使っていますが、分子は統合前の ρ のままです。M/M/1 の待ち時間 u/(1−u)×Ts では分子と分母に同じ利用率 u を入れる必要があり、u=2ρ とすると分子も 2ρ になります。
- ウ
2ρ / (1-ρ) × Ts
誤りです。分子は統合後の利用率 2ρ になっていますが、分母が統合前の 1−ρ のままです。u=2ρ を分母にも代入すると 1−2ρ になり、利用率が 1 に近づくほど待ち時間が急増するという性質も正しく表せます。
- エ
2ρ / (1-2ρ) × Ts
正しいです。M/M/1 でサービス時間を含まない平均待ち時間は u/(1−u)×Ts です。統合後の利用者数は両支店の合計なので、利用率は ρ+ρ=2ρ になります。代入すると 2ρ/(1−2ρ)×Ts です。「十分に処理できる」は 2ρ<1 を意味します。
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