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多级门限服务轮询系统性能分析

作　者: 赖裕平
导　师: 赵东风；丁洪伟
学　校: 云南大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 轮询系统多级门限服务服务策略嵌入式马尔可夫链多维概率母函数
分类号: TN92
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

轮询系统自二十世纪五十年代出现以来,广泛应用于工业控制、通信系统、计算机网络、生产与交通系统等领域。近几十年来,研究者们对轮询系统进行了大量分析与研究,使得其应用空间不断得到拓展。作为实际应用和研究的一种模型,轮询系统起着重要的作用。尤其是在通信和计算机网络中,介质接入的控制方式通常分为轮询多址和随机多址两种方式。由于随机多址方式不需要中心结点控制,组网灵活,被广泛应用在了分布式网络结构中。但是当系统负载比较大时,仅只依靠随机接入和冲突分解方式维护网络性能是比较困难的,不能保证系统的服务质量。在这种情况下,轮询多址方式就占一定优势了。轮询系统的模型由一个服务器和N站点组成,控制结构包括站点中信息分组的到达过程、站点间的查询转换过程和服务器的服务过程。根据服务策略的不同一般分为门限、完全和限定服务三类基本系统。平均排队队长、平均循环周期和信息分组平均时延等系统特性是分析轮询系统的重要指标。长期以来,研究者们致力于查询顺序、服务策略和站点内的服务顺序三个要素的研究,从而实现改进及优化轮询系统。服务策略的选择决定了每个站点的服务时间和服务效率,选择合适的服务策略是优化系统的重要方法,服务策略的选择既要考虑到服务需求的优先级,又要考虑到公平性。因此,关于轮询系统服务策略的研究一直是热点问题。轮询系统的精确解析是理论和应用的基础。本文采用嵌入式马尔可夫链和多概率母函数的分析方法介绍了离散时间限定、完全和门限服务轮询系统的模型,在模型的基础上精确解析了三类系统的平均排队队长、平均循环周期和信息分组平均时延等特性参数,并对三类基本系统进行了分析比较,为后续轮询系统的分析研究奠定了基础。轮询系统基于服务策略的问题因其广泛的应用价值而得到了不断的研究。基于对限定、完全和门限服务轮询系统的深入分析,本文提出了多级门限服务轮询系统模型。然后采用了多维概率母函数和嵌入式马尔可夫链的分析方法建立了数学模型,在该模型的基础上给出了系统的平均排队队长、平均循环周期和信息分组平均时延的详细推导过程,得到了系统性能的精确解析式。仿真实验验证了理论分析的正确性。在此基础上进行分析与讨论,得到一些有益的结论,为实际系统的设计提供了理论参考依据,且拓展了轮询系统的服务策略。论文安排如下:第一章为绪论,主要介绍了轮询系统的概念、发展历史、研究及应用现状,并叙述了本文研究的问题。第二章详细地介绍了门限、完全和限定三种不同服务策略的轮询系统,采用嵌入式马尔可夫链和多维概率母函数分析方法进行数学建模,并对三种轮询系统的性能进行了分析比较。第三章在现有的限定、门限和完全服务轮询系统模型的基础上,提出了多级门限服务轮询模型。通过采用嵌入式马尔可夫链和概率母函数的方法对该模型进行分析研究,详细地给出了系统性能的推导过程,得到系统性能的精确解析式。第四章,在上述理论分析的基础上,进行了计算机仿真实验,对结果进行了分析与讨论,得到了一些有益的结论。第五章全文总结,对论文中的主要研究工作、成果和存在的问题做出了说明,并对今后课题的研究工作做了展望。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-11
第一章绪论  11-19
  1.1 轮询系统的基本概念  11-13
  1.2 轮询系统的发展历史  13-16
  1.3 轮询系统的问题研究  16-17
  1.4 工作内容及意义  17-19
第二章轮询系统  19-30
  2.1 限定(k=1)服务轮询系统  19-20
    2.1.1 平均排队队长  19-20
    2.1.2 平均循环周期  20
    2.1.3 分组平均等待时间  20
  2.2 完全服务轮询系统  20-25
    2.2.1 系统模型  20-22
    2.2.2 系统性能分析  22-25
  2.3 门限服务轮询系统  25-28
    2.3.1 系统模型  25-26
    2.3.2 系统性能分析  26-28
  2.4 三类系统的分析比较  28-29
  2.5 本章小结  29-30
第三章多级门限服务轮询系统  30-40
  3.1 系统模型  30-33
    3.1.1 工作条件及变量定义  31
    3.1.2 概率母函数  31-33
  3.2 一阶特性  33-34
    3.2.1 平均排队队长  33
    3.2.2 平均循环周期  33-34
  3.3 二阶特性  34-38
  3.4 平均时延  38
  3.5 本章小结  38-40
第四章理论计算与仿真实验  40-47
  4.1 计算机仿真实验  40-44
  4.2 实验结果分析  44-45
  4.3 本章小结  45-47
第五章全文总结  47-50
  5.1 主要的工作及研究成果  47-48
  5.2 课题今后的工作和发展方向  48-50
参考文献  50-55
附录攻读硕士学位期间完成的论文和参与项目  55-56
致谢  56

多级门限服务轮询系统性能分析

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