Optimal estimate of the states of a generalized asynchronous event flow with an arbitrary number of states
In this paper, we consider a generalized asynchronous flow of events (hereinafter called a flow). The flow accompanying process (intensity process) is a piecewise constant random process x(t) with n states: x(t) takes values from a discrete set of values {X1,...,Xn}, X1 >X2 > ... > Xn > 0 . Let's say that the i-th state of the process X(t) holds if X(t) = Xi, i = 1,n , n = 2,3,.... If the i-th state takes place, then during the time interval when X(t) = Xt there is a Poisson flow of events with parameter (intensity) Xi, i = 1, n . The duration of the process X(t) (flow) in the i-th state is distributed according to the exponential law with the parameter at: f (t) = 1 - e~a'T, t > 0 , i = 1, n . The process X(t) is a fundamentally unobservable process; we can only observe time moments of occurrence of flow events t1, t2,..., tk,... We consider the stationary mode of the flow functioning. In these premises, X(t) is an accompanying stationary piecewise constant hidden transitive Markov process with an arbitrary number of states n (n = 2,3,...). A generalized asynchronous flow (a generalized MMPP-flow) is a generalization of the asynchronous flow. The generalization is as follows: at the moment of transition of the process X(t) from the i-th state to the j-th, an additional event is triggered with probability pj ; the transition occurs at an arbitrary time moment, not related to the moment of occurrence of the Poisson flow event with parameter Xt, while initiating an additional event occurs in the j-th state, i, j = 1, n , j ф i; transition and initiation of an additional event occur instantly. It is required, on the basis of the moments of occurrence of events observed from moment t0 to moment t, to estimate the state of the process X(t) at the moment t . We denote the estimate of the state of the process X(t) at the time moment t as X(t). We found an explicit form for a posteriori probabilities w(Xt 11) = w(Xi 111,..., tm,t) = P(X(t) = Xt | tj,..., tm,t), i = 1,n , that at the time moment t the value of the process X(t) = Xt (m is the number of events that occurred at the time moments t1,..., tm at the observa- n tion interval (t0, t)), here ^w(X; 11) = 1. The decision on the state of the process X(t) obtained according to criterion of a posteriori i=1 probability maximum. The algorithm for calculating a posteriori probabilities w(Xj 11), j = 1, n , at any time moment t (t > t0 = 0 ) was formulated according to analytical formulas. In parallel, as we calculate a posteriori probabilities w(Xj 11), j = 1, n , we can make a decision on the state of the process x(t) at the time moment t : XX(t) = X;, if w(X,-11) = max w(X • 11) , j = 1, n .
Keywords
обобщенный асинхронный дважды стохастический поток событий,
апостериорная вероятность,
оптимальная оценка состояний,
generalized asynchronous doubly stochastic flow of events,
a posteriori probability,
optimal states estimationAuthors
Gortsev Alexander M. | Tomsk State University | a-gortsev@mail.ru |
Nezhel'skaya Lyudmila A. | Tomsk State University | ludne@mail.ru |
Всего: 2
References
Cox D.R. The analysis of non-Markovian stochastic processes by the inclusion of supplementary variables // Proc. of the Cambridge Philosophical Society. 1955. V. 51, is. 3. P. 433-441.
Башарин Г.П., Кокотушкин В.А., Наумов В.А. О методе эквивалентных замен расчёта фрагментов сетей свя зи. Ч. 1 // Известия АН СССР. Техническая кибернетика. 1979. № 6. С. 92-99.
Neuts M.F. A versatile Markovian point process // Journal of Applied Probability. 1979. V. 16. P. 764-779.
Lucantoni D.M. New results on the single server queue with a batch markovian arrival process // Communications in Statistics Stochastic Models. 1991. V. 7. P. 1-46.
Diamond J.E., Alfa A.S. The MAP/PH/1 retrial queue // Communications in Statistics Stochastic Models. 1998. V. 14. P. 1151-1177.
Лившиц К.И., Сухотина Л.Ю., Шифердекер И.Ю. Математическая модель деятельности некоммерческого фон да при дважды стохастическом потоке платежей // Вестник Томского государственного университета. Управление, вычислительная техника и информатика. 2007. № 1. С. 36-43.
Card H.C. Doubly stochastic Poisson processes in artificial neural learning // Neural Networks, IEEE Transactions. 1998. V. 9, is. 1. P. 229-231.
Лившиц К.И., Ульянова Е.С. Модель управления запасами однородной продукции с релейным управлением темпом производства и MMP-потоком моментов продаж // Вестник Томского государственного университета. Управление, вычислительная техника и информатика. 2018. № 44. С. 50-61.
Башарин Г.П., Самуйлов К.Е., Яркина Н.В., Гудкова И.А. Новый этап развития математической теории теле трафика // Автоматика и телемеханика. 2009. № 12. С. 16-28.
Basharin G.P., Gaidamaka Y.V., Samouylov K.E. Mathematical theory of teletraffic and its application to the analysis of multiservice communication of next generation networks // Automatic Control and Computer Science. 2013. V. 47, is. 2. P. 62-69.
Вишневский В.М., Ларионов А. А. Открытая сеть массового обслуживания с коррелированными входными потоками для оценки производительности широкополосных беспроводных сетей // Информационные технологии и математическое моделирование (ИТММ-2016) : материалы XV Междунар. конф. Катунь, 12-16 сентября 2016. Томск : Изд-во Том. ун-та, 2016. Ч. 1. С. 36-50.
Vishnevsky V.M., Larionov A.A., Smolnikov R.V. Optimization of topological structure of broadband wireless networks along the long traffic routes // Distributed Computer and Communication Networks: Control, Computation, Communications : proc. of the eighteenth Int. Scientific Conf. (DCCN-2015) (Moscow, October 19-22, 2015). Moscow : ICS RAS, 2015. P. 27-35.
Вишневский В.М., Ляхов А.И. Оценка пропускной способности локальной беспроводной сети при высокой нагрузке и помехах // Автоматика и телемеханика. 2001. № 8. С. 81-96.
Гайдамака Ю.В., Зарипова Э.Р., Самуйлов К.Е. Модели обслуживания вызовов в сети сотовой подвижной связи. М. : Изд-во РУДН, 2008. 72 с.
Дудин А.Н., Клименок В.И. Расчет необходимого числа каналов в современных телекоммуникационных сетях // Информатизация образования. 2005. № 4. С. 56-68.
Наумов В.А., Самуйлов К.Е., Яркина Н.В. Теория телетрафика мультисервисных сетей. М. : Изд-во РУДН, 2007. 191 с.
Ниссенбаум О.В., Пахомов И.П. Аппроксимация сетевого трафика моделью альтернирующего потока событий // Прикладная дискретная математика. 2009. № 1. С. 78-79.
Самуйлов К.Е., Яркина Н.В., Гудкова И.А. Математическая модель управления доступом в сетях Triple play // IV Междунар. конф. по проблемам управления : сб. трудов. М. : Изд-во ИПУ, 2009. С. 1722-1730.
Горцев А.М., Нежельская Л.А. О связи МС-потоков и МАР-потоков событий // Вестник Томского государственного университета. Управление, вычислительная техника и информатика. 2011. № 1 (14). С. 13-21.
Bushlanov I.V., Gortsev A.M., Nezhel'skaya L.A. Estimation of the parameters of a synchronous doubly stochastic event stream // Automatika i telemekhanika. 2008. Is 9. P. 76-93.
Gortsev A.M., Solov'ev A.A. Joint probability density of interarrival interval of a flow of physical events with un-extendable dead time period // Russian Physics Journal. 2014. V. 57, is. 7. P. 973-983.
Bakholdina M., Gortsev A. Joint probability density of the intervals length of the modulated semi-synchronous integrated flow of events and its recurrence conditions // Communications in Computer and Information Science. 2014. V. 487. P. 18-25.
Gortsev A.M., Nezhelskaya L.A. An asynchronous double stochastic flow with initiation of superfluous events // Discrete Mathematics and Applications. 2011. V. 21, is. 3. P. 283-290.
Vasil'eva L.A., Gortsev A.M. Estimation of parameters of a double-stochastic flow of events under conditions of its incomplete observability // Automation and Remote Control. 2002. V. 63, is. 3. P. 511-515.
Горцев А.М., Калягин А.А., Нежельская Л.А. Оценка максимального правдоподобия длительности мертвого времени в обобщенном полусинхронном потоке // Вестник Томского государственного университета. Управление, вычислительная техника и информатика. 2015. № 1 (30). С. 27-37.
Горцев А.М., Зуевич В.Л. Оптимальная оценка состояний асинхронного дважды стохастического потока событий с произвольным числом состояний // Вестник Томского государственного университета. Управление, вычислительная техника и информатика. 2010. № 2 (11). С. 44-65.
Левин Б.Р. Теоретические основы статистической радиотехники. М. : Сов. радио, 1968. Кн. 2. 504 с.
Назаров А.А., Терпугов А.Ф. Теория вероятностей и случайных процессов. Томск : Изд-во НТЛ, 2006. 204 с.
Хазен Э.М. Методы оптимальных статистических решений и задачи оптимального управления. М. : Сов. радио, 1968. 256 с.
Хинчин А.Я. Работы по математической теории массового обслуживания. М. : Физматгиз, 1963. 236 с.
Лившиц К.И. Линейная алгебра и аналитическая геометрия. Томск : Изд-во НТЛ, 2011. 252 с.
Эльсгольц Л.Э. Дифференциальные уравнения и вариационное исчисление. М. : Наука, 1969. 424 с.