Effects of pooling,specialization,and discretionary task completion on queueing performance

Pooling,unpooling/specialization,and discretionary task completion are typical operational strategies in queueing systems that arise in healthcare,call centers,and online sales.These strategies may have advantages and disadvantages in different operational environments.This paper uses the M/M/1 and M/M/2 queues to study the impact of pooling,specialization,and discretionary task completion on the average queue length.Closed-form solutions for the average M/M/2 queue length are derived.Computational examples illustrate how the average queue length changes with the strength of pooling,specialization,and discretionary task completion.Finally,several conjectures are made in the paper.

连续时间完全-限定(K=2)两级轮询系统性能分析

为了实现区分网络优先级、保证公平性、提高普通站点的性能和效率,在完全-限定(K=1)两级轮询控制系统模型的基础上,提出连续时间完全-限定(K=2)两级轮询控制系统模型。在该模型中,使用限定(K=2)服务和完全服务分别对普通站点和中心站点进行服务。中心站点转换到普通站点进行服务时,使用捎带查询方式。在此基础上,采用马尔可夫链和概率母函数的数学方法建立该轮询系统模型,并推导平均排队队长和时延。利用MATLAB进行仿真实验,结果表明:理论值与仿真值误差较小,验证了理论分析的正确性;与门限-完全服务模型相比,该模型中心站点的队长和时延均小于门限-完全服务中心站点的队长和时延,具有更高的优先级;与一级完全服务和一级限定(K=2)服务模型相比,区分了优先级,性能分别提升11.7%和14.5%,说明两级服务远好于一级服务;与完全-限定(K=1)两级服务模型相比,增加了发送的数据,减少了等待时间,性能提升13.04%左右,进一步优化了普通站点的性能。

基于MEC服务器优先服务的路侧单元MAC层调度策略

针对多接入边缘计算(MEC)服务器高可靠、低时延和大数据量的数据传输要求,基于无冲突接入、优先级架构和弹性服务技术,提出一种适用于车辆边缘计算场景下的媒体访问控制(MAC)调度策略。所提策略由车联网(IoV)路侧单元(RSU)集中协调信道接入权,优先确保车载网络中车载通信单元(OBU)与MEC服务器之间的链路传输质量,以及时传输车辆到网络(V2N)业务数据;同时,对本地OBU之间的业务采取弹性服务方式,增强密集车辆接入时应急消息传输的可靠性。首先,构建调度策略的排队分析模型;其次,根据各时刻系统状态变量的无后效性特点建立嵌入式马尔可夫链,并通过概率母函数的分析方法对系统进行理论分析,得到MEC服务器通信单元和OBU的平均排队队长、平均等待时延和RSU查询周期等关键指标的精确解析表达式。计算机仿真实验结果表明,统计分析结果与理论计算结果一致,所提调度策略在高负载情况下能够提高IoV的稳定性和灵活性。

连续时间门限完全服务两级轮询系统性能分析

为区分业务优先级以及提高系统公平性与稳定性,在简化求解过程的基础上,提出一种连续时间门限完全服务两级轮询系统。系统状态由马尔科夫链得出并根据其建立数学模型,系统的平均循环周期、平均排队队长等性能参数由对数学模型的概率母函数进行求导所得,将求导结果与仿真实验进行对比,验证理论分析的准确性。将该系统与单级系统、其它两级系统进行对比,验证了该系统在保证业务优先级的同时更具公平性与稳定性。

基于BiLSTM神经网络的多服务器门限服务系统性能分析

为了满足运行速度快、时延低、性能好、公平性好等特点,提出了多服务器门限服务系统,并利用BiLSTM(Bi-direc-tional Long Short-Term Memory)神经网络对其进行预测分析,使用多服务器接入方式来降低网络时延,改善系统性能。多个服务器调度时,可以采用同步和异步两种方式。首先,研究多服务器门限服务的系统模型。其次,在单服务器的基础上,利用嵌入马尔可夫链和概率母函数的分析方法对多服务器门限服务的平均排队队长、平均循环周期和平均时延进行求解;同时,利用Matlab进行仿真实验,分别将单服务器系统与多服务器系统的理论值与仿真值进行系统分析,对比多服务器同步和异步两种方式。最后,构建BiLSTM神经网络来预测多服务器系统的性能。实验结果表明,该多服务器系统异步方式优于同步和单服务器系统,多服务器异步系统的性能更好,时延更低,效率更高。综合对比多服务器的3种基本服务系统,在保证公平性的情况下,门限服务系统更加稳定。并且使用BiLSTM神经网络预测算法能够准确预测系统的性能,提高计算效率,对轮询系统的性能评价具有指导意义。

基于VISSIM仿真的高校门口交通组织优化研究

【目的】随着汽车保有量与日俱增,部分城市道路已无法满足日益增长的交通需求,缓解早晚高峰时期造成的交通拥挤及交通事故已迫在眉睫。【方法】本研究以攀枝花学院南门口的交通组织为例,在实地调研基础上进行VISSIM仿真。【结果】采取优化交叉口信号配时和道路设施、减少冲突点等方案。由仿真前后数据分析对比可知,交叉口的平均延误降低56.64%、平均排队长度降低41.47%,南门口的平均延误降低69.19%、平均排队长度降低57.91%,服务水平总体得到提升。【结论】本研究设计的方案能有效减轻交通拥堵,提高道路交通的安全性与通行效率,是具有实际效益的普适性措施。

连续时间完全服务与门限服务两级轮询系统性能研究

在信息分组以连续时间规律到达系统的基础上,对于轮询系统中不同优先级的业务问题,提出区分优先级的两级轮询服务模型。首先,在该模型中,低优先级站点采用门限服务,高优先级站点采用完全服务;然后,在高优先级转低优先级时,将传输服务与转移查询并行处理来降低服务器在查询转换期间所耗费的时间,提高轮询系统的效率;最后,运用马尔可夫链和概率母函数的方法建立了系统的数学模型,通过对数学模型精确解析,得到了连续时间两级服务系统每个站点的平均排队队长和平均等待时间的表达式,精确解析出平均排队队长和平均等待时间的值。仿真实验结果表明:理论计算值与实验仿真值近似相等,说明理论分析正确合理。该模型既能保障低优先级站点服务质量,又能为高优先级站点提供优质服务。

非强占有限优先权M/G/1排队系统

针对部分数据帧有完全优先权发送的计算机网络数据服务系统存在的网络拥塞风险问题,提出了一种非强占有限优先权M/G/1排队系统模型的方法。该系统模型引入控制完全优先权的参数n,使得数据帧的完全优先权变成有限优先权,考虑了不同优先级队伍之间的公平性,降低了计算机网络数据服务系统拥塞的风险,使得网络系统在有限优先权下有较好的稳定性。在模型研究中,运用全概率拆解方法获得各级队伍平均等待时间、平均逗留时间和平均队长的理论结果。对模型采用Matlab 2010a软件实验仿真,实验得到的各级队伍平均等待时间和理论平均等待时间的平均绝对误差为0.951%。实验中,有限优先权条件下各级顾客的平均等待时间比值显著小于完全优先权条件下各级顾客的平均等待时间比值。实验结果表明对非强占有限优先权M/G/1排队系统模型研究的理论结果是正确的,该模型具有更稳定的系统特性。

基于轮询控制的无线传感器网络MAC协议性能分析

为解决网络性能均衡问题,提出一种一队列两服务的轮询控制策略,用于无线传感器网络的媒体接入控制中.首先,在该轮询控制策略中,一个队列根据系统总负载率按概率采取门限和完全两种服务,采取完全服务的概率与采取门限服务的概率相加等于1;其次,对控制策略模型进行了系统分析,用控制流程的方法对模型进行了描述;然后,通过Matlab实现了控制策略模型仿真,并将其与完全服务和门限服务进行了对比,实验结果表明,该控制策略可以达到均衡网络性能的效果;最后,对现有MAC帧结构进行了分析,提出将现有帧结构重新设计以实现该轮训控制策略,说明了该控制策略在实际网络中的可行性.

战术数据链网络的介质访问控制层优化控制及性能分析

为解决战术数据链中优先级问题,提出一种基于完全接入策略和非对称门限接入策略的区分优先级两级轮询控制策略,用于战术数据链网络的媒体接入控制中。在该轮询控制策略中,对战术数据链中的低优先级前哨站点采用非对称门限接入策略,对高优先级前哨站点采用完全接入策略;在网络控制站点由高优先级前哨站点转低优先级前哨站点时,将传输服务与转移查询并行处理来降低查询转换期间所耗费的时间,提高轮询系统的效率。运用马尔可夫链和概率母函数方法建立了系统的数学模型,精确解析出各个前哨站点内等待发送的平均信息分组数表达式。结合循环周期2阶特性量近似方法,解析出前哨站点内信息分组平均等待发送时间的近似表达式。仿真实验结果表明,实验值与理论值大致相等且高优先级前哨站点的服务质量优于其他站点,证明理论分析正确,该模型达到了区分优先级的目的。

TCP网络主动队列管理的非线性状态反馈跟踪控制

针对TCP网络的非线性动态模型,在链路容量和传输时延均为常值的情况下,提出一种新的主动队列管理控制算法。这种控制算法利用系统窗口大小和往返时间信息,使被控系统的平均队列长度能够渐近跟踪期望平均队列长度,并保证被控系统的状态有界。最后的仿真结果验证了理论分析的正确性和控制律的有效性。

基于模糊综合评判的道路交通状态分析模型

结合交通流本身的特点,选择对交通状态变化反应灵敏,容易获取,且准确率较高的参数作为判别道路交通状态的指标。综合考虑各种情况,选取交叉口进口道最大相位饱和度、进口道平均最大排队长度比和路段平均车速为特征参数,设计了一种基于模糊综合评判的道路交通状态分析模型,并用VISSM4.20对以上方法进行了模拟验证。试验结果表明,单个的特征参数得到的交通状态判别结果波动性较大,准确性不足。通过将其进行模糊综合评判后,判别结果有了较好的稳定性和准确度,所提出的算法能够提高交通状态实时判别的效果。

交通事故影响下路段排队长度模型

为描述交通事故引起的多车道路段排队现象,以及它与事故横断面实际通行能力、事故持续时间、路段上游车流量之间的关系,提出一种新的模型。此模型利用流量守恒方程,根据二流理论和三检测器原理将事故上游交通流实际运行状态转化为二流运行状态,同时转换变量,建立多车道路段的平均当量排队模型。在此基础上,推导出多车道路段平均当量排队长度的变化率公式。为验证模型的有效性,采用Matlab软件设计了交通事故占2/3车道的排队模拟方案。仿真结果表明:当量排队长度模型能够定量地描述交通事故引起的多车道路段拥挤程度,与实际排队长度变化趋势一致。

基于多智能体的高速公路收费站交通仿真

研究高速公路收费站通行率问题。由于目前高速公路收费站收费时间长,易造成收费站拥堵。传统的人工半自动收费方式(MTC)受停车服务时间限制,难以提高高速公路收费站通行率,易造成收费延误。为提高高速公路收费站通行率,提出一种采用混合式高速公路收费站的动态调节策略。首先应用多智能体(Multi-Agent)技术建立了混合式高速公路收费站微观仿真模型,然后在多智能体的仿真平台上进行了交通仿真,仿真结果表明,在不同的交通状况下,根据交通流量的大小采用相应的动态调节策略,可缩短收费站平均排队长度和提高车辆通行率,极大地优化了收费站的服务时间,改善收费站的服务质量。

十字交叉路口拥堵状态的公交优先控制策略

针对采用饱和度判定交叉路口交通拥堵存在滞后性问题,提出临界饱和排队长度概念,并将相位起始时刻排队长度与临界饱和排队长度的比值定义为排队拥堵率,通过排队拥堵率来判定路口交通拥堵状态,提出单向拥堵与双向拥堵情况下的公交优先策略,并采用Vissim软件仿真公交优先策略的可行性。通过仿真结果可以看出,实施公交优先后,优先相位的车均延误与人均延误显著降低,而非优先相位的车均与人均延误略有增加,但整个相位周期的车均延误变化不大,而人均延误降低较多。研究结果表明,采用排队拥堵率判定交通拥堵,并在拥堵情况下实施公交优先具有可行性。

一种新的实际网络流量性能刻画方法

针对网络节点发生失效而产生的性能问题,提出了一种新的流量预测算法(Prediction algorithm based-FARIMA model for Breakdown,PFB).该算法首先利用排队理论推导了存在失效节点时流量平均队长的数学表达式,并结合FARIMA模型建立了预测方法.同时,通过数学仿真分析了平均队长与服务率等影响因素之间的关系.实验结果表明该算法具有较好的适应性,与原始流量的标准差为12.13.

基于长短期记忆网络的轮询系统性能预测

为解决轮询系统性能参数计算复杂的问题,提出一种基于长短期记忆(Long Short-Term Memory,LSTM)网络的轮询系统性能预测方法.通过对已有实验数据进行建模和分析,构建LSTM模型,预测不同信息分组到达率下的轮询系统性能.首先对实验数据进行处理,以不同信息分组到达率下的平均排队队长构成一个序列;然后建立包括输入层、隐藏层、全连接层和输出层的LSTM网络来执行预测;最后采用循环将网络的输出重新输入,以此来预测未知到达率下的平均排队队长.实验结果显示预测值曲线与真实值曲线表现出了相同的趋势,表明该方法能够有效预测不同轮询系统的性能.与传统的数学分析方法相比,该方法计算效率较高.

基于车均延误的快速公交停靠站布设位置

为了提高快速公交(BRT)系统的运行效率,对BRT停靠站在交叉口的布设位置进行了研究.针对BRT停靠站设置在交叉口进口道和出口道两种情况,分别建立了车均延误模型(该延误包括信号控制延误、停靠站上下客时间以及车辆在停靠站等候服务的延误)和绿灯末排队长度模型,并通过仿真验证了模型的准确性.一系列算例分析表明,车流量较小时,停靠站设置在进口道和出口道就延误而言没有区别,但当车流量较大时,应将停靠站设置在交叉口进口道.

高速公路事故路段分区域可变限速控制方法

针对高速公路可变限速控制问题,利用交通量与密度之间的关系建立了可变限速模型,研究了分段限速、分道分车型限速和分时段限速3种可变限速措施,以车均延误和平均排队长度作为评价指标,采用VISSIM仿真分析,与未采取限速相比,仿真得到分道限速车均延误降低37.9%,平均排队长度降低24.1%。与分段限速相比,分道分车型限速车均延误降低0.7%,平均排队长度降低35.9%;分时段限速车均延误减少38.4%,平均排队长度减少36.8%。结果表明:分段限速、分道分车型限速和分时段限速较好地缓解交通拥堵问题。

基于FARIMA模型的网络排队性能分析

利用能够同时反映通信量长程和短程相关性的FARIMA模型,研究了长程相关和短程相关对于FIFO排队系统性能的影响,讨论了在给定系统缓存溢出概率条件下,FARIMA模型为输入时,排队队长分布的渐近解析表达式。研究表明,短程相关性在缓存较小时,对系统队长分布会有影响,但是在自相似存在的情况下,系统的排队长度分布为渐近Weibull分布,与通信量的短程相关性无关。蒙特卡罗仿真分析表明了结果的正确性和有效性。