MAP/PH/1 systems with group service: performance analysis under different admission strategies

Abstract

Recent advances in wireless communication networks led to possibility of multi-rate transmission of information. The queueing theory represents a valid tool to study how the performances of such communication systems can be improved, and to give proper solutions. Modeling a multi-rate transmission system, in terms of queueing theory, means that a particular discipline has to be considered: a group of requests from users can be processed simultaneously in parallel and processing of the whole group is supposed finished if processing of all individual requests belonging to this group is over. In order to model this typology of telecommunication systems, some particular assumption can be made on arrivals, which occur by a Markovian arrival process, and on service time and length of admission period, which are regulated by phase type distributions. Thus, in this thesis MAP/PH/1 queueing systems have been considered, with and without retrial to take into account all possible behaviours of the customers. The main goal of the research activity presented in this work is to introduce novel admission strategies for the described systems, in order to give a major contribute to the current performance analysys, in particular as regard the choice of the optimal length of admission period and optimal size of the groups. Dynamics of such systems are described by multidimensional Markov chains. Ergodicity condition for these Markov chains have been derived, stationary probability distribution of the states have been computed, formulas for the main performance measures of the system have been attained. Essential advantages of the proposed customer’s service disciplines have been numerically illustrated. [edited by author]

I recenti progressi ottenuti per le reti di comunicazione wireless, permettono la trasmissione multi-frequenza delle informazioni. La teoria delle code rappresenta un valido strumento per studiare come le performance di tali sistemi di comunicazione possano essere migliorate, e individuare opportune soluzioni. In termini di teoria delle code, modellare un sistema di trasmissione multi-frequenza significa considerare una determinata disciplina: un gruppo di richieste da parte di utenti possono essere processate simultaneamente in parallelo, e il processo dell’intero gruppo risulta completato se tutte le richieste appartenenti a tale gruppo sono espletate. Al fine di modellare tale tipologia di sistemi di telecomunicazione, si possono definire particolari assunzioni sugli arrivi, determinati da processi di arrivo Markoviani, e sul tempo di servizio e lunghezza del periodo di ammissione, regolati da distribuzioni di tipo a fasi. Pertanto, in tale lavoro di tesi sono stati considerati sistemi a coda di tipo MAP/PH/1, con e senza retrial per considerare tutti i possibili comportamenti degli utenti. Il principale obiettivo dell’attivita` di ricerca presentata in tale lavoro `e introdurre nuove strategie di ammissione per i sistemi descritti, al fine di fornire un maggior contributo alle attuali analisi sulle performance, in particolare relativamente alla scelta della lunghezza ottimale del periodo di ammissione e la dimensione ottimale dei gruppi. Le dinamiche di tali sistemi sono descritte da catene di Markov multidimensionali. `E stata ricavata la condizione di ergodicit`a per tali catene di Markov, `e stata calcolata la distribuzione delle probabilita` stazionarie degli stati, e sono state ottenute le formule per le misure dei principali parametri prestazionali del sistema. I principali vantaggi delle discipline di servizio proposte sono state illustrate numericamente. [a cura dell'autore]