Made available in DSpace on 2016-06-02T19:51:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 1770.pdf: 2888839 bytes, checksum: 18c57ba21e9192d597b74f8d1d0fc997 (MD5) Previous issue date: 2008-02-29 / Universidade Federal de Minas Gerais / This is a study of approximations based on parametric decomposition methods used in open queueing networks for modeling discrete job-shop manufacturing systems. These approximations play an important role in evaluating the performance of productive systems and have proved effective in many situations. Besides, these approximations are relatively easy to apply requiring fewer data compared to other methods because they use the average rate and SCV (square coefficient of variation) as the only parameters to characterize the network arrival and service processes. This work is aimed at analyzing and comparing several approximations since they are not yet available in the literature. Hence, several network situations were tested in order to identify the most adequate approximation for each situation. Firstly, a two-station network was analyzed followed by the analysis of a five-station network and lastly, a real example of a semiconductor plant, analyzed by Bitran e Tirupati (1988), was used. In order to reach these goals, the state of the art of approximation methods to evaluate the performance of open queueing networks was studied, and the approximations were compared using the experiment planning technique, important factors for building network configuration and data analysis The findings of this work demonstrate that approximations can be highly efficient to evaluate the performance of discrete job-shop manufacturing systems. Regardless of the configurations studied, it is worth mentioning that approximations 3 and 2, in general, showed the best results if compared to the other values obtained from simulations to evaluate the performance of open queueing networks, OQN,. The other approximations tended to overestimate E(Lj) when the number of stations is higher. This study intends to contribute to the development of computing systems in order to support project decisions and the planning and control of discrete manufacturing systems using approximations based on the parametric decomposition method / Esta dissertação estuda as aproximações baseadas nos métodos analíticos paramétricos de decomposição usados em redes de filas abertas que modelam sistemas discretos de manufatura do tipo job-shop. Estas aproximações possuem um importante papel na avaliação do desempenho de sistemas produtivos e vem se mostrando eficiente para uma grande diversidade de situações. Além disso, são aproximações relativamente fáceis de serem aplicadas, necessitando poucos dados em relação a outros métodos, pois utilizam apenas a média e o scv (coeficiente quadrático de variação) como parâmetros para caracterizar os processos de chegadas e os processos de serviço da rede. O foco deste trabalho está em realizar análises e comparações entre diversas aproximações, pois ainda não existe nenhuma comparação mais efetiva entre elas na literatura. Para isso, diversas situações de redes foram exploradas para identificar quais aproximações são mais adequadas para quais situações. Primeiramente é analisado uma rede com 2 estações, posteriormente uma outra com 5 estações e por fim usou um exemplo real de uma fábrica de semi-condutores, analisada por Bitran e Tirupati (1988). Para que seja possível atingir esses objetivos, estudou-se o estado da arte das aproximações dos métodos de avaliação de desempenho para redes de filas abertas, e comparouse as aproximações por meio de técnicas de planejamento de experimentos, parte importante na construção das configurações das redes e análise dos resultados. Os resultados apresentados nesta dissertação mostram que essas aproximações podem ser bem eficientes ao avaliar o desempenho de sistemas discretos de manufatura do tipo job-shop. Independente das configurações analisadas, vale destacar a Aproximação 3 e a Aproximação 2, em geral, obtendo os melhores resultados, entre as aproximações, em comparação aos valores obtidos pela simulação para avaliar o desempenho de redes de filas OQN. As outras aproximações demonstraram certo comportamento em sobreestimar E(Lj), quando o número de estações aumentam. Este estudo pretende contribuir para o desenvolvimento de sistemas computacionais 13 para apoiar decisões de projeto, planejamento e controle dos sistemas discretos de manufatura, usando aproximações baseadas em métodos de decomposição paramétrico

Técnicas de gerenciamento de filas e descarte de pacotes são empregadas pelos escalonadores de pacotes presentes nos roteadores internos de uma rede de telecomunicações. Devido às características auto-similares do tráfego presente nas redes, o desenvolvimento de modelos para análise de desempenho de protocolos e de elementos de rede é enormemente dificultado. Tais características auto-similares são oriundas da ação dos protocolos predominantes nas redes em questão, e dos mecanismos fim-a-fim de controle de congestionamento existentes, determinantes no comportamento do fluxo de informações entre diferentes camadas na hierarquia de protocolos TCP/IP. Esta tese tem como objetivo principal propor modelos analíticos de baixo esforço computacional que permitam fazer uma análise de desempenho de um nó de rede (podendo este nó ser do tipo: DiffServ, IntServ, IP, Multi Protocol Label Switching, entre outros) com o escalonador WFQ. O tráfego considerado é do tipo TCP, devido ao fato que este protocolo é o mais utilizado na Internet atualmente, apresentando, portanto, características auto-similares. Foram desenvolvidos modelos para o escalonador WFQ quando o mesmo é alimentado com tráfego Poissoniano e tráfego do tipo auto-similar. O primeiro modelo está baseado em uma cadeia de Markov bidimensional para representar o comportamento do escalonador WFQ alimentado por dois fluxos de prioridades diferentes. O segundo modelo faz uso de duas filas separadas com taxas de serviço ajustadas de modo a simular o comportamento do escalonador WFQ. As filas são do tipo M[X]/M/1/B para levar em conta o comportamento auto-similar do tráfego. Como resultado, mostra-se que o segundo modelo é capaz de estimar as métricas de desempenho, com erro aceitável, dentro de uma faixa adequada de valores dos parâmetros do sistema, conforme demonstra a validação de resultados conduzido com uso do software NS-2. / Internal routers of telecommunication networks employ a variety of queue management and packet discarding techniques. The development of models for analyzing performance of different protocols and devices is made difficult by the self-similar nature of network traffic. Traffic self-similarity stems from the action of predominant protocols and end-to-end congestion control systems, which are key factors in determining the behavior of data flow between layers of the TCP/IP protocol stack. This thesis proposes analytical models that allow for the evaluation of a (DiffServ, IntServ, IP, Multi Protocol Label Switching etc.) network node's performance at a low computational cost. Only TCP traffic is considered, since it accounts for most of current Internet traffic and therefore exhibits self-similar characteristics. Models were developed for the WFQ scheduler with Poisson and self-similar traffic inputs. The former is based on a bi-dimensional Markov chain representing the behavior of the WFQ scheduler with two input flows with different priorities. The latter consists in two separate queues whose service rates are tuned so as to simulate the behavior of a WFQ scheduler. M[X]/M/1/B queues are used to account for the self-similar nature of traffic. As a result, it is shown that the second model accurately estimates performance metrics for certain ranges of parameter values, as confirmed by NS-2 simulations.

Orientador: Renato Baldini Filho / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-05T14:02:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Oliveira_CarlosHenriqueRodriguesde_D.pdf: 6124095 bytes, checksum: d981e4a9e163dc0b358b20c451c92109 (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: Este trabalho de tese estuda e analisa o desempenho dos sistemas móveis celulares GSM de segunda geração (2G), GPRS de segunda geração intermediária (2,5G) e CDMA2000 de terceira geração (3G). Na primeira parte deste trabalho de tese são avaliadas estratégias de compartilhamento dos canais de comunicação utilizados pelos sistemas GSM e GPRS, em busca daquela que resulte no menor impacto na qualidade dos serviços prestados por ambas as redes. Para esta avaliação, e como contribuição deste trabalho de tese, são desenvolvidos algoritmos aplicados em um simulador de eventos discretos desenvolvido em linguagem de programação C/C++. Os resultados das simulações mostram que a reserva de canais exclusivos ao sistema GPRS apresenta degradação na qualidade de serviço prestado pelo sistema GSM e que a melhor estratégia de compartilhamento é utilizar os canais de comunicação para o sistema GPRS nos momentos em que estes canais não são usados pelo sistema GSM. Na segunda parte deste trabalho de tese são feitas análises de desempenho dos sistemas móveis celulares de terceira geração, CDMA2000 lxRTT e CDMA2000 lxEVDO, baseadas na qualidade do serviço prestado por estas redes operando com várias aplicações simultâneas fim-a-fim entre cliente e servidor. Técnicas de detecção multiusuário e de antenas adaptativas são utilizadas na recepção destas aplicações e é avaliada a nova qualidade de serviço. Para estas análises de desempenho e como contribuição deste trabalho de tese, modelos de simulação são desenvolvidos utilizando a ferramenta OPNET. As redes CDMA2000 lxRTT e lxEVDO apresentam bom desempenho, analisado pelo parâmetro atraso da qualidade de serviço, na passagem de tráfego das aplicações HTTP, E-mail, VoIP, FTP, Telnet e Acesso a Banco de Dados. O desempenho da rede CDMA2000 lxEVDO melhora tanto com detecção multiusuário como com antenas adaptativas em relação ao receptor rake / Abstract: This thesis work studies and analyzes the performance of cellular mobile systems GSM of second generation (2G), GPRS of second intermediate generation (2,5G) and CDMA2000 of third generation (3G). In the first part of this thesis work, sharing strategies of communication channels used by GSM and GPRS systems are evaluated to find the one that results in the lowest impact in the quality of services supported by both networks. To this evaluation, and as contribution of this thesis work, algorithms applied in a discrete-event simulator developed in C/C++ programming language are developed. The simulation results show that the reserve of exclusive channels to the GPRS system presents degradation in the quality of service given for GSM system and that the better sharing strategy is to use the communication channels for the GPRS system whenever these channels are not used by the GSM system. In the second part of this thesis work, performance analyses of the third generation cellular mobile systems, CDMA2000 lxRTT and CDMA2000 lxEVDO, based on the quality of service supported by these networks operating with several end-to-end simultaneous applications between client and server are made. Multiuser detection and adaptive antennas techniques are used in the reception of these applications and the new quality of service is evaluated. For these performance analyses, and as contribution of this thesis work, simulation models are developed using the OPNET tool. The CDMA2000 lxRTT and lxEVDO networks present good performance analyzed through the delay parameter of quality of service running HTTP, E-mail, VolP, FTP, Telnet and Data Base Access applications. The CDMA2000 lxEVDO network performance improves using either multiuser detection or adaptive antennas when compared with rake receiver / Doutorado / Telecomunicações e Telemática / Doutor em Engenharia Elétrica

Submitted by Jaqueline Silva (jtas29@gmail.com) on 2014-12-12T17:31:05Z No. of bitstreams: 1 Dissertação-Victor Hugo Teles Costa-2013.pdf: 20678399 bytes, checksum: a39c778934ebe127bd74f506467fe0a3 (MD5) / Rejected by Jaqueline Silva (jtas29@gmail.com), reason: on 2014-12-12T17:31:57Z (GMT) / Submitted by Jaqueline Silva (jtas29@gmail.com) on 2014-12-12T19:42:30Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) Dissertação-Victor Hugo Teles Costa-2013.pdf: 20678399 bytes, checksum: a39c778934ebe127bd74f506467fe0a3 (MD5) / Approved for entry into archive by Jaqueline Silva (jtas29@gmail.com) on 2014-12-16T09:25:22Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) Dissertação-Victor Hugo Teles Costa-2013.pdf: 20678399 bytes, checksum: a39c778934ebe127bd74f506467fe0a3 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-12-16T09:25:22Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) Dissertação-Victor Hugo Teles Costa-2013.pdf: 20678399 bytes, checksum: a39c778934ebe127bd74f506467fe0a3 (MD5) Previous issue date: 2013-12-06 / This paper presents a model based on Markov Chains and enhanced with the use of Kernel Density Estimation and of MMFM (Markov Modulated Fluid Model) in order to evaluate the performance of the transmission link in OFDMTDMA systems. For that purpose, traffic models based on the Kernel method and the MMFM with adjusted autocorrelation function are proposed. From the model implemented for the OFDM-TDMA system, it was derived equations for estimation of QoS parameters such as delay and average queue size in the buffer. The obtained results confirm that the proposed model is efficient in describing the link performance indicators. The use of MMFM to model the arrival process improves the QoS parameter estimates of the queueing model making their values very close to those of the simulation results. It was also developed an equation to the OFDMTDMA system’s service curve. Through this equation and the concept of Envelope Process, it was proposed an equation to estimate the probability of buffer overflow in OFDM-TDMA systems. The results show that the estimates of the overflow probability based on the system’s service curve are very close to the ones obtained by simulations and that the computational complexity to obtain them is significantly reduced compared to the model based on Markov Chains due to the absence of matrix computation. / Este trabalho apresenta um modelo baseado em Cadeias de Markov e aprimorado com o uso do método de Kernel de estimação não-paramétrica e de MMFM (Markov Modulated Fluid Model) com o objetivo de avaliar e descrever o desempenho do enlace de transmissão em sistemas OFDM-TDMA. Para tal, modelos de tráfego baseados no Método de Kernel e em MMFM com ajuste da função de autocorrelação são propostos. A partir do modelo implementado para o sistema OFDM-TDMA, foram obtidas equações para estimação de parâmetros de QoS como retardo e tamanho médio da fila no buffer. Os resultados obtidos confirmam que o modelo proposto é bastante eficiente ao descrever os indicadores de desempenho do sistema. O uso de MMFM para modelar o processo de chegada de pacotes aprimora os estimadores de parâmetros de QoS tornando as estimativas bem próximas dos valores obtidos com as simulações. Também deduziu-se uma equação para a curva de serviço de Sistemas OFDM-TDMA. Em seguida, utilizando-se desta curva de serviço e do conceito de Processo Envelope foi proposta uma equação para estimação de probabilidade de transbordo do buffer em sistemas OFDM-TDMA. Os resultados obtidos mostram que as estimativas de probabilidade de transbordo baseadas na curva de serviço do sistema se aproximam bem dos resultados da simulação e a complexidade computacional do cálculo necessário para obtê-los é significativamente reduzida em relação ao modelo definido utilizando Cadeias de Markov.

Um conjunto de modelos compostos de redes de filas em grades finitas servindo como ambientes aleatorios para um ou mais passeios aleatorios, que por sua vez podem afetar o comportamento das filas, e desenvolvido. Duas formas de interacao entre os passeios aleatorios sao consideradas. Para cada modelo, e provado que o processo Markoviano correspondente e recorrente positivo e reversivel. As equacoes de balanceamento detalhado sao analisadas para obter a forma funcional da medida invariante de cada modelo. Em todos os modelos analisados neste trabalho, a medida invariante em uma grade finita tem forma produto. Modelos de redes de filas como ambientes para multiplos passeios aleatorios sao estendidos a grades infinitas. Para cada modelo estendido, sao especificadas as condicoes para a existencia do processo estocastico na grade infinita. Alem disso, e provado que existe uma unica medida invariante na rede infinita cuja projecao em uma subgrade finita e dada pela medida correspondente de uma rede finita. Finalmente, e provado que essa medida invariante na rede infinita e reversivel. / A set of models composed of queueing networks serving as random environments for one or more random walks, which themselves can affect the behavior of the queues, is developed. Two forms of interaction between the random walkers are considered. For each model, it is proved that the corresponding Markov process is positive recurrent and reversible. The detailed balance equa- tions are analyzed to obtain the functional form of the invariant measure of each model. In all the models analyzed in the present work, the invariant measure on a finite lattice has product form. Models of queueing networks as environments for multiple random walks are extended to infinite lattices. For each model extended, the conditions for the existence of the stochastic process on the infinite lattice are specified. In addition, it is proved that there exists a unique invariant measure on the infinite network whose projection on a finite sublattice is given by the corresponding finite- network measure. Finally, it is proved that that invariant measure on the infinite lattice is reversible.

Um conjunto de modelos compostos de redes de filas em grades finitas servindo como ambientes aleatorios para um ou mais passeios aleatorios, que por sua vez podem afetar o comportamento das filas, e desenvolvido. Duas formas de interacao entre os passeios aleatorios sao consideradas. Para cada modelo, e provado que o processo Markoviano correspondente e recorrente positivo e reversivel. As equacoes de balanceamento detalhado sao analisadas para obter a forma funcional da medida invariante de cada modelo. Em todos os modelos analisados neste trabalho, a medida invariante em uma grade finita tem forma produto. Modelos de redes de filas como ambientes para multiplos passeios aleatorios sao estendidos a grades infinitas. Para cada modelo estendido, sao especificadas as condicoes para a existencia do processo estocastico na grade infinita. Alem disso, e provado que existe uma unica medida invariante na rede infinita cuja projecao em uma subgrade finita e dada pela medida correspondente de uma rede finita. Finalmente, e provado que essa medida invariante na rede infinita e reversivel. / A set of models composed of queueing networks serving as random environments for one or more random walks, which themselves can affect the behavior of the queues, is developed. Two forms of interaction between the random walkers are considered. For each model, it is proved that the corresponding Markov process is positive recurrent and reversible. The detailed balance equa- tions are analyzed to obtain the functional form of the invariant measure of each model. In all the models analyzed in the present work, the invariant measure on a finite lattice has product form. Models of queueing networks as environments for multiple random walks are extended to infinite lattices. For each model extended, the conditions for the existence of the stochastic process on the infinite lattice are specified. In addition, it is proved that there exists a unique invariant measure on the infinite network whose projection on a finite sublattice is given by the corresponding finite- network measure. Finally, it is proved that that invariant measure on the infinite lattice is reversible.

Orientador: Nelson Luis Saldanha da Fonseca / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-13T10:35:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Santi_Julianade_M.pdf: 1658984 bytes, checksum: 8a9f078587406a06815484e4fe057f7d (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: A utilização eficiente da banda passante em redes de alta velocidade e grandes atrasos, denominadas redes com produto banda-atraso elevado (PBA), tornou-se um grande desafio. Isto ocorre devido aos ajustes do protocolo Transmission Control Protocol (TCP). O High Speed TCP (HSTCP), uma variante do TCP para redes com PBA elevado, emprega ajustes mais agressivos permitindo, assim, que a utilização da banda seja escalável. As políticas de Gerenciamento Ativo de Filas ou Active Queue Management (AQM), monitoram o nível de ocupação das filas nos roteadores e notificam o congestionamento incipiente aos emissores TCP através do descarte/marcação de pacotes. O sistema de controle de congestionamento apresenta natureza de retroalimentação, na qual a taxa de transmissão dos nós fontes é ajustada em função do nível de ocupação da fila. Os controladores AQM determinam a probabilidade de descarte/marcação para maximizar a vazão e minimizar perdas, garantindo, assim, a estabilidade do tamanho da fila independentemente das variações das condições da rede. Neste trabalho, define-se a política de gerenciamento ativo de filas HSTCP-H2 para redes com PBA elevado que utilizam o protocolo HSTCP. Para a derivação de HSTCP­H2: são utilizadas técnicas de Teoria de Controle Ótimo. A principal característica desta política é considerar o atraso do sistema o que permite melhor utilização dos recursos disponíveis. A estabilidade e os objetivos de desempenho do sistema são expressos e solu­cionados através de Desigualdades Matriciais Lineares, permitindo que os parâmetros do controlador possam ser calculados através da solução de um problema convexo simples. Diferentes controladores foram derivados considerando-se diferentes objetivos de de­sempenho, os quais consideram as características de redes com produto banda-atraso elevado. Através de simulações, os desempenhos dos controladores derivados são avalia­dos e a eficácia do controlador que apresentou o melhor desempenho foi comparado com o desempenho da política de AQM RED. São considerados cenários com enlace gargalo único e com múltiplos gargalos. / Abstract: The efficient utilization of bandwidth in high speed and large delay networks, called high bandwidth-delay product networks (BDP), has become a major challenge. This is due to adjustments of the Transmission Control Protocol (TCP). The High Speed TCP HSTCP): a TCP variant to high BDP networks, employs more aggressive adjustments, allowing scalable bandwidth utilization. The Active Queue Management (AQM) policies monitor the queue length in the routers and notify incipient congestion to TCP source by marking or dropping packets. The congestion control system presents intrinsic feedback nature, where the transmission rates of the sources are adjusted according to the level of congestion inferred by the queue occupancy. The AQM controllers determine the dropping marking probability values to maximize throughput and minimize losses, giving guarantees to stabilize the queue length independent of network conditions. In this work, it is defined HSTCP-H2, an active queue management policy to high BDP networks, which adopt the HSTCP as their transport protocol. Optimal control theory is used to conceive HSTCP-H2. The novelty of the proposed approach lies in consider the delay of the system which allows better use of available resources. Furthermore, in the proposed approach, stability and performance objectives are completely expressed as Linear Matrix Inequalities (LMIs), thus requiring the solution of a single convex problem for the computation of the controller parameters. Different controllers are derived considering different design goals, which take into ac­count the characteristics of the high bandwidth-delay product networks. The performance produced by different optimal controllers was investigated. The efficacy of the control­ler with the best performance was then compared to the performance of RED policy. The simulation experiments were carried out using topologies with single and multiple bottleneck. / Mestrado / Redes de Computadores / Mestre em Ciência da Computação