Minimizing the Age of Information in Wireless Networks with Stochastic Arrivals
我们考虑一个无线网络的基站服务多个流量流到不同的目的地。来自每个流的分组根据随机过程到达基站，并且在单独的（每个流）队列中排队。分组规则控制每个队列中的哪个分组可用于传输。基站在每个时间t决定哪个流服务于对应的目的地。调度决策的目标是保持目的地的信息最新。信息新鲜度由信息年龄（AoI）度量捕获。在本文中，我们推导出一个下界的AoI性能可实现的任何给定的网络下运行的任何搜索纪律。然后，我们考虑了三个常见的随机化规则，并在每个规则下分别设计了一个最优平稳随机化策略和一个最大权重策略。我们的方法使我们能够评估的综合影响的随机到达，排队纪律和调度政策的AOI。我们评估的AOI性能分析和使用模拟。数值结果表明，最大权策略的性能接近分析下限。
2019-05-16 cs.IT cs.NI math.IT
Statistical Assessment of IP Multimedia Subsystem in a Softwarized Environment: a Queueing Networks Approach
下一代5G网络可以极大地受益于诸如网络功能虚拟化（NFV）之类的虚拟化范例与诸如IP多媒体子系统（IMS）之类的服务供应平台之间的协同。NFV概念正在朝着基于容器的轻量级解决方案发展，与传统虚拟机相比，容器不携带整个操作系统，并导致更高效和可扩展的部署。另一方面，IMS已成为5G核心网络的一个组成部分，例如，提供LTE语音（VoLTE）等高级服务。在本文中，我们结合这些虚拟化和服务提供的概念，得出一个集装箱化的IMS基础设施，被称为cIMS，通过统计特征和实验测量提供其评估。具体而言，我们：（1）通过构建网络模型来描述约束条件下虚拟资源的利用情况;（2）对Pollaczek-Khinchin公式进行了扩展，该公式适用于处理批量到达的情况; iii）在存在容量约束的情况下提供集中于最大化整个cIMS性能的优化问题，从而为服务提供商提供管理服务水平协议（SLA）的新手段;考虑到还包括多个作业类的不同排队规则，$iv)$评估一系列cIMS场景。已经部署了一个基于开源平台Clearwater的实验测试平台，以获得关键参数（例如到达和服务时间）的一些现实值。
2020-09-28 cs.NI
Stability of Multiclass Queueing Networks under Longest-Queue and Longest-Dominating-Queue Scheduling
研究了多类排队网络鲁棒调度策略的稳定性问题。这些是开放的网络，具有任意的路由矩阵和几个不相交的队列组，其中一次最多只能服务一个队列。到达和潜在的服务过程和路由决策的队列是独立的，平稳和遍历。如果调度策略不依赖于到达率和服务率，也不依赖于路由概率，则称为鲁棒调度策略。一个策略被称为吞吐量最优的，如果它使系统稳定，只要参数是这样的系统可以是稳定的。我们提出了两个强大的政策：最长队列调度和一个新的政策，称为最长支配队列调度。我们表明，最长队列调度是吞吐量最优的两组两个队列。我们还证明了吞吐量最优的最长支配队列调度时，网络拓扑结构是无环的，对于任意数量的组和队列。
2015-05-11 cs.NI math.PR
Performance Analysis for Bandwidth Allocation in IEEE 802.16 Broadband Wireless Networks using BMAP Queueing
本文提出了一种性能分析的带宽分配在IEEE 802.16宽带无线接入（BWA）网络考虑到分组级的服务质量（QoS）的约束。基于IEEE 802.16标准的自适应调制编码（AMC）速率用于根据信道质量在每帧时间内自适应地调整传输速率，以获得多用户分集增益。为了对到达过程和流量源进行建模，我们使用批处理马尔可夫到达过程（BMAP），它可以实现更真实，更准确的流量建模。我们确定分析不同的性能参数，如平均队列长度，数据包丢弃概率，队列吞吐量和平均数据包延迟。最后，对分析结果进行了数值验证.
2012-03-08 cs.NI cs.PF
Ending the Anomaly: Achieving Low Latency and Airtime Fairness in WiFi
随着连接的设备越来越多，WiFi跳的延迟和抖动变得越来越普遍，网络拥塞期间的正确功能变得更加重要。然而，两个重要的性能问题阻碍了现代WiFi发挥其潜力：过度的缓冲（即缓冲区膨胀）和802.11性能异常导致的负载下延迟增加。为了解决这些问题，我们提出了一个新的两部分的解决方案：我们设计了一个新的嵌入式方案，消除了无线设置中的缓冲区膨胀。利用这个调度方案，我们设计了一个空中时间公平调度器，它在接入点运行，不需要对客户端进行任何更改。我们评估我们的解决方案，使用理论模型和实验在测试平台环境中，制定一个合适的分析模型的过程中。我们表明，我们的解决方案实现了一个数量级的减少负载下的延迟，大幅度提高多站吞吐量，以及几乎完美的空中时间公平性TCP和下游UDP流量。应用程序流量的进一步实验证实，该解决方案提供了显着的性能增益为现实世界的traffic.We开发的Linux内核中，我们的解决方案的生产质量的实现，该平台供电的大多数接入点以外的托管企业设置。该实现已被主流内核发行版接受，使其可用于部署在数十亿台运行Linux的设备上。
2017-03-06 cs.NI
Performance Analysis of NOMA for Ultra-Reliable and Low-Latency Communications
免授权非正交多址接入（NOMA）已被视为超可靠和低延迟通信（URLLC）的关键使能技术。在本文中，我们分析了NOMA与短分组通信URLLC的性能。在这方面，总的分组丢失概率由传输错误概率和交换延迟违反概率组成。使用有效带宽对延迟进行了建模。由于传输时间短，无限块长的信道码被有限块长的信道码所取代，这就排除了香农公式的应用。推导了系统的可达有效带宽，分析了系统的传输差错概率。通过大量的仿真验证了推导结果，仿真结果显示了系统对不同传输错误概率、QoS指数和传输数据包大小的信噪比（SNR）要求的变化。
2018-10-04 cs.NI
Stability and Capacity Regions or Discrete Time Queueing Networks
研究了离散时间离散系统的稳定性和网络容量。描述了四种常见的稳定性概念之间的关系。具体来说，我们考虑率稳定性，平均率稳定性，稳态稳定性，强稳定性。然后，我们考虑网络的队列与随机事件和控制行动，可以随着时间的推移来影响到达和服务的队列。控制动作还生成附加网络属性的向量。我们的网络容量区域的特点，是封闭的所有速率向量，可以支持受网络稳定性和额外的时间平均属性约束的集合。我们表明，（在温和的技术假设下）的容量区域是相同的所有四个稳定性定义。我们的容量可扩展性证明使用的漂移加惩罚方法的李雅普诺夫优化，并提供了完整的细节的情况下，当网络状态服从衰减的记忆属性，这适用于有限状态遍历系统和更一般的系统。
2010-03-17 cs.NI
Queueing Analysis for Preemptive Transmission in Underlay Cognitive Radio Networks
在许多认知无线电应用中，存在多种类型的消息队列。现有的GPRS网络的拥塞分析工作没有讨论数据包的异构性。因此，高优先级的数据包具有不耐烦的等待时间，有抢占传输机会超过低类进行了研究。我们将系统行为建模为一个M/M/1+GI排队系统，用一个二维的状态转移图表示。分析了两级优先级队列中高优先级分组的放弃概率和平均等待时间。仿真结果表明，高优先级分组的平均等待时间随着干扰功率门限的增大而减小，低优先级分组的平均等待时间与高优先级分组的到达速率成正比。该工作为设计高效的MAC协议和通过合理选择系统参数优化系统长期性能奠定了基础。
2015-01-22 cs.NI
Queueing Delay Minimization in Overloaded Networks
针对过载网络，提出速率比例与队列比例策略，通过保持节点进出速率比率或基于队列长度调整，实现最小化平均及最大排队时延，并验证优于背压等基准。
2024-11-06 cs.NI
Link-Layer Rate of NOMA with Finite Blocklength for Low-Latency Communications
非正交多址接入（NOMA）结合有限块长度（短分组）通信被认为是超可靠和低延迟通信（URLLC）的使能器。在本文中，我们研究了链路层速率，即，有效容量，在有限块长度制度的两个用户NOMA。在考虑了传输延迟违规概率和传输错误概率的情况下，分析了NOMA用户的延迟性能。我们进一步提供了封闭形式的表达式，在瑞利衰落环境中的NOMA用户的个人有效容量。通过仿真，研究了发送信噪比和时延指数对NOMA弱用户和强用户的可达有效容量和延迟违规概率的影响。特别地，结果表明，当使用短分组通信时，在阈值以下不能改善延迟违反概率。
2020-04-07 cs.NI eess.SP
Occupancy distributions of homogeneous queueing systems under opportunistic scheduling
我们分析了机会主义计划的传输调度从$n$同质队列的信道状态波动独立。所考虑的方案包括LCQ策略，它从整个系统中最长的连接队列中传输，以及它的低复杂度变体，从连接队列的随机选择的子集内的最长队列中传输。研究了一个马尔可夫模型，其中平均分组传输时间为$n^{-1}$，分组到达率为每个队列的$λ<1$。当系统规模$n$趋于无穷大时，得到了系统在极限情况下的瞬态和平衡的排队占用率分布。
2008-10-01 cs.NI cs.PF
On the optimal tradeoff of average service cost rate, average utility rate, and average delay for the state dependent M/M/1 queue
研究了在服务率和到达率依赖于可控队长的情况下，状态依赖的M/M/1排队模型的平均服务费用率、平均效用率和平均时延之间的最优折衷.对于具有常数到达率$λ$的模型，当平均服务费用率是一个小的正数量，$V$，超过队列稳定所需的最小平均服务费用率时，我们得到了最小平均延迟的渐近特征。我们表明，取决于到达率$λ$的值，假设的服务成本率函数，和服务率的可能值，最小平均延迟要么：a）只增加到一个有限的值，b）增加没有约束的$\log\frac{1}{V}$，c）增加没有约束的$\frac{1}{V}$，或d）增加没有约束的$\frac{1}{\sqrt{V}}$，当$V \downarrow 0$。然后，我们将我们的分析扩展到（i）一个互补的问题，其中平均效用率和平均延迟的权衡分析了M/M/1排队模型，可控的队列长度相关的到达率，但恒定的服务率$μ$的所有队列长度，和（ii）M/M/1排队模型，可控的队列长度相关的服务率和到达率，在平均服务费用率和平均效用率的约束下，我们得到了最小平均时延的渐近特性。我们得到的结果是有用的，在获得直观以及指导推导类似的渐近下界，如Berry-Gallager渐近下界，离散时间离散模型。
2013-11-03 cs.NI cs.PF math.OC
Queueing in the Mist: Buffering and Scheduling with Limited Knowledge
调度和管理具有有限缓冲区的队列是计算机网络中最基本的问题之一。传统上，通常假设每个数据包的所有属性在到达时立即已知。然而，随着交通变得越来越多样化和复杂，这种假设在许多情况下是无效的。特别地，在各种场景中，关于分组特性的信息仅在分组已经经历了一些初始处理之后才变得可用。在这项工作中，我们研究了有限的知识管理队列的问题。我们首先展示了在这种情况下任何算法的竞争比的下限。接下来，我们使用从这些边界获得的洞察力，以确定几个算法的概念，适合的问题，并使用这些准则来设计一个具体的算法框架。我们分析了我们所提出的算法的性能，并进一步展示了它如何在各种设置中实现，这些设置由未知信息的类型和性质而异。我们进一步验证我们的结果和算法的方法，模拟研究，提供了进一步的见解，我们的算法设计原则，在有限的知识面前。
2019-12-30 cs.NI
When Semantic Communication Meets Queueing: Cross-Layer Latency and Task Fidelity Optimization
本文研究了在块瑞利衰落与加性高斯白噪声信道中进行语义图像传输，通过多任务语义自编码器联合重建图像和预测标签，优化跨层延迟与任务保真度。
2026-05-06 cs.AI cs.IT cs.LG
Combining Heuristic and Reinforcement Learning to Achieve the Low-latency and High-throughput Receiver-side Congestion Control
针对时变网络下传统拥塞控制性能不稳及DASH与TCP松耦合限制视频流性能的问题，提出接收端驱动的Nuwa框架，结合单向延迟检测与强化学习调参，实现吞吐量提升与延迟降低。
2025-02-23 cs.NI
When Queueing Meets Coding: Optimal-Latency Data Retrieving Scheme in Storage Clouds
在本文中，我们研究了利用多个并行线程来减少从云存储系统下载数据的延迟的问题，假设数据已经使用具有参数（n，k）的固定速率前向纠错（FEC）码编码并存储在云中。也就是说，每个文件被分成k个大小相等的块，然后将其扩展成n个块，使得n个块中的任何k个块都足以成功恢复原始文件。该模型可以描述为一个多服务器队列与数据检索请求的到来和服务器对应的线程。然而，这不是一个典型的挂起模型，因为服务器可以终止其操作，这取决于其他服务器何时完成其服务（由于跨线程分布的冗余）。因此，据我们所知，对这一模型的分析仍然是未知的。Amazon S3最近的跟踪显示，检索固定大小块的时间是随机的，可以近似为恒定延迟加上i.i.d.。指数分布随机变量为了便于理论分析，我们假设块下载时间是i.i.d.。呈指数分布在此假设下，我们证明了当k = 1时，在所有的在线调度方案中，任何工作守恒方案都是延迟最优的。当k > 1时，我们发现一个简单的贪婪方案，它将所有可用的线程分配给行首请求，是所有在线调度方案中延迟最优的。我们也提供了一些数值结果，指出指数假设的局限性，并提出进一步的研究方向。
2014-04-26 cs.DC cs.IT cs.NI
Signaling for Decentralized Routing in a Queueing Network
University of Michigan（密歇根大学）
研究双服务站和双控制器的离散时间去中心化路由问题，通过信号机制优化持有成本，提出基于共同信息的阈值策略。
2014-09-02 cs.NI cs.SY eess.SY
Queueing-Aware Optimization of Reasoning Tokens for Accuracy-Latency Trade-offs in LLM Servers
Department of Electrical and Electronics Engineering（电气与电子工程系）
本文提出了一种面向队列的推理令牌优化方法，通过优化LLM服务器中准确率与延迟的权衡，提升系统性能。
2026-01-15 cs.AI cs.IT cs.LG
Flexible Queueing Architectures
我们研究了一个多服务器模型与$n$灵活的服务器和$n$队列，连接通过一个二部图，其中的灵活性水平被捕获的图形的平均度，$d_n$。数据中心内容复制、呼叫中心基于技能的路由以及灵活的供应链应用是我们的主要动机。我们专注于缩放制度的系统大小$n$趋于无穷大，而整体流量强度保持不变。我们表明，一个大的容量区域和渐近消失的排队延迟是同时实现的，即使在有限的灵活性（$d_n \ll n$）。我们的主要研究结果表明，当$d_n\gg \ln n$，一个家庭的扩展图为基础的灵活性架构有一个容量区域，是在一个恒定的因素的最大可能的，同时确保减少所有的到达率矢量的延迟在容量区域。我们的分析是围绕一类新的虚拟队列为基础的调度策略，依赖于动态构建的作业到服务器的分配连接图。为了进行比较，我们还分析了一个自然的模块化架构，这是简单的，但可证明较弱的性能。
2017-02-06 cs.NI cs.PF math.PR
A Fundamental Characterization of Stability in Broadcast Queueing Systems
相对于给定调度策略的稳定性已经成为无线通信系统的重要问题，但在特定场景中很难证明。本文导出了广播信道稳定性的两个简单条件，易于检验。启发式地，条件意味着，如果在系统中的队列长度变得很大，速率分配总是一个加权和速率最大化问题的解决方案。此外，两个时隙之间的权重因子的变化变得更小，并且队列有界而其他队列扩展的用户的权重因子趋于零。然后证明了对于遍历可达速率区域内的任意平均到达速率向量，当给定的调度策略满足条件时，系统是强稳定的。在这种情况下，该策略是所谓的吞吐量最优的。随后，一些结果的必要性所提出的条件。最后，在几个应用实例中，它表明，本文的结果提供了一个方便的方法来验证的吞吐量最优的政策。
2009-04-15 cs.IT cs.NI math.IT
Bayesian inference for queueing networks and modeling of internet services
现代互联网服务，如谷歌，雅虎，和亚马逊，每天在数千台计算机的集群上处理数十亿个请求。由于这些服务在严格的性能要求下运行，因此对其性能的统计理解具有很大的实际意义。这些服务由队列网络建模，其中每个队列模拟系统中的一台计算机。一个关键的挑战是数据是不完整的，因为记录关于对频繁使用的系统的每个请求的详细信息可能需要不可接受的开销。在本文中，我们开发了一个贝叶斯的角度来看，没有观察到的到达和离开时间被视为潜变量的排队模型。这一观点的基础是观察到，一个服务模型定义了数据和一组称为服务时间的独立变量之间的确定性转换。基于这一观点，我们使用马尔可夫链蒙特卡罗对缺失数据和模型参数的后验分布进行采样。我们评估我们的框架上的数据从基准Web应用程序。我们还提出了一个简单的技术之间的选择嵌套的嵌套模型。我们不知道任何以前的工作，认为在网络中的队列推理存在缺失数据。
2011-04-15 cs.NI cs.PF stat.AP
On Delay-Optimal Scheduling in Queueing Systems with Replications
在现代计算机系统中，作业被分成短任务并并行执行。在实际系统中的经验观察表明，任务服务时间是高度随机的，作业服务时间是由最慢的离散任务检查。一个常见的解决方案是在多个服务器上复制一个任务，并等待任务的一个副本提前完成。复制的延迟性能在很大程度上取决于何时复制、在哪个服务器上复制以及首先服务哪个作业的调度决策。到目前为止，很少有人了解如何优化这些调度决策，以最大限度地减少延迟完成的工作。在本文中，我们提出了一个全面的研究集中式和分布式多服务器系统中的延迟最优调度的副本。低复杂度的调度策略的设计，并被证明是延迟最优或接近延迟最优的随机排序之间的因果关系和非抢占式的政策。这些理论结果建立一般的系统设置和延迟度量，允许任意到达过程，任意的作业大小，任意的到期时间，和异构服务器与数据本地化的限制。新的样本路径工具的开发，以证明这些结果。
2017-02-06 cs.DC cs.IT cs.NI
