본 논문은 제한된 재전송 횟수(retransmission persistence)를 갖는 SR-ARQ(Selective Repeat Automatic Repeat reQuest) 프로토콜의 큐잉 지연에 대한 분석 모델을 제안한다. SR-ARQ는 링크 계층 프로토콜로서 전송 중에 손실되거나 손상된 패킷을 재전송을 통해 복구하는 기능을 한다. SR-ARQ의 재전송 횟수는 SR-ARQ의 손실 복구 성능 뿐만 아니라 지연 성능에 큰 영향을 미치는 패러미터이다. 현재 최대 재전송 횟수가 SR-ARQ의 성능에 어떤 영향을 미치는 지에 대한 연구는 많지 않다. 이에, 본 논문에서는 M/G/1 큐잉 모델을 바탕으로 제한된 재전송 횟수를 갖는 SR-ARQ의 큐잉 모델을 제안하고 이를 통해 SR-ARQ의 큐잉 지연에 대한 재전송 횟수의 영향을 분석한다. 또한, OPNET을 이용한 모의실험을 통해 제안된 큐잉 모델의 정확성을 검증한다. 특히, 본 논문은 패킷 손실율과 트래픽 부하를 달리하는 여러 통신 환경에서 재전송 횟수가 SR-ARQ의 큐잉 지연 성능에 어떤 영향을 미치는 지를 수학적 분석 결과 및 모의실험 결과를 통해 명확하게 보여준다.
Xin, Jianfang;Zhu, Qi;Liang, Guangjun;Zhang, Tiaojiao;Zhao, Su
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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제12권6호
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pp.2450-2469
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2018
In this paper, we develop a spatiotemporal model to analysis of cellular user in underlay D2D communication by using stochastic geometry and queuing theory. Firstly, by exploring stochastic geometry to model the user locations, we derive the probability that the SINR of cellular user in a predefined interval, which constrains the corresponding transmission rate of cellular user. Secondly, in contrast to the previous studies with full traffic models, we employ queueing theory to evaluate the performance parameters of dynamic traffic model and formulate the cellular user transmission mechanism as a M/G/1 queuing model. In the derivation, Embedded Markov chain is introduced to depict the stationary distribution of cellular user queue status. Thirdly, the expressions of performance metrics in terms of mean queue length, mean throughput, mean delay and mean dropping probability are obtained, respectively. Simulation results show the validity and rationality of the theoretical analysis under different channel conditions.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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제6권2호
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pp.664-682
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2012
To improve the accuracy and enhance the applicability of existing models, this paper proposes a generalized Markov chain model for IEEE 802.11 Distributed Coordination Function (DCF) under the widely adopted assumption of ideal transmission channel. The IEEE 802.11 DCF is modeled by a two dimensional Markov chain, which takes into account unsaturated traffic, backoff freezing, retry limits, the difference between maximum retransmission count and maximum backoff exponent, and limited buffer size based on the M/G/1/K queuing model. We show that existing models can be treated as special cases of the proposed generalized model. Furthermore, simulation results validate the accuracy of the proposed model.
This paper presents a queuing analysis model of a PC-based software router supporting IPv6-IPv4 translation for residential gateway. The proposed models are M/G/1/K or MMPP-2/G/1/K by arrival process of the software PC router. M/G/1/K is a model of normal traffic and MMPP-2/G/1/K is a model of burst traffic. In M/G/1/K, the arriving process is assumed to be a Poisson process, which is independent and identically distributed. In MMPP-2/G/1/K, the arriving process is assumed to be two-state Markov Modulated Poisson Process (MMPP) which is changed from one state to another state with intensity. The service time distribution is general distribution and the service discipline of the server is processor sharing. Also, the total number of packets that can be processed at one time is limited to K. We obtain performance metrics of PC-based software router for residential gateway such as system sojourn time blocking probability and throughput based on the proposed model. Compared to other models, our model is simpler and it is easier to estimate model parameters. Validation results show that the model estimates the performance of the target system.
Kim, Doo-Hyun;Lee, Kyung-Hee;Kung, Sang-Hwan;Kim, Jin-Hyung
ETRI Journal
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제19권4호
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pp.344-362
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1997
The delay which is one of the quality of service parameters is considered to be a crucial factor for the effective usage of real-time audio and video streams in interactive multimedia collaborations. Among the various causes of the delay, we focus in this paper on the local delay concerned with the schemes which handle continuous inflow of encoded data from constant or variable bit-rate audio and video encoders. We introduce two kinds of implementation approaches, pull model and push model. While the pull model periodically pumps out the incoming data from the system buffer, the push model receives events from the device drivers. From our experiments based on Windows NT 3.51, it is shown that the push model outperforms the other for both constant and variable bit-rate streams in terms of the local delay, when the system suffers reasonable loads. We interpret this experimental data with M/G/1 multiple vacation queuing theories, and show that it is consistent with the queuing theoretic interpretations.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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제9권11호
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pp.4436-4452
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2015
The IEEE 802.15.6 standard is introduced to satisfy all the requirements for monitoring systems operating in, on, or around the human body. In this paper, analytical models are developed for evaluating the performance of the IEEE 802.15.6 CSMA/CA-based medium access control protocol for wireless body area networks (WBAN) under unsaturation condition. We employ a three-dimensional Markov chain to model the backoff procedure, and an M/G/1/K queuing system to describe the packet queues in the buffer. The throughput and delay performances of WBAN operating in the beacon mode are analyzed in heterogeneous network comprised of different user priorities. Simulation results are included to demonstrate the accuracy of the proposed analytical model.
The stochastic phenomena of traffic network condition, such as traffic speed and density, are affected not only by exogenous traffic control but also by endogenous changes in service time during congestion. In this paper, we propose a mixed M/G/1 queuing model by introducing a condition-varying parameter of traffic congestion to reflect structural changes in the traffic network. We also develop congestion indices to evaluate network efficiency in terms of traffic flow and economic cost in traffic operating system using structure-changing queuing model, and perform scenario analysis according to various traffic network improvement policies. Empirical analysis using Korean highway traffic operating system shows that our suggested model better captures structural changes in the traffic queue. The scenario analysis also shows that occasional reversible lane operation during peak times can be more efficient and feasible than regular lane extension in Korea.
본 논문은 다품종 동적 로트사이징 문제를 풀기 위하여 열생성 기법에 기반한 알고리즘을 제안한다. 제안한 알고리즘의 기본 개념은 한정된 생산 용량을 주문제를 통하여 n개의 제품에 할당하고, 주문제에 의하여 할당된 생산용량을 기반으로 하여 각각의 제품에 대하여 최적화된 로트사이징 문제를 반복적으로 풀어나감으로써 해를 구해나가는 것이다. 부문제를 풀기 위해 본 논문은 로트사이즈, 재공재고 그리고 생산량 간에 존재하는 비선형관계를 기반으로 한 M/G/1모델 기반의 최적화 로트사이징 모델을 제안한다. 실험을 통하여 제안한 알고리즘이 비교적 짧은 시간안에 좋은 해를 생성함을 보여준다.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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제6권2호
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pp.683-701
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2012
IEEE 802.11 standard has achieved huge success in the past decade and is still under development to provide higher physical data rate and better quality of service (QoS). An important problem for the development and optimization of IEEE 802.11 networks is the modeling of the MAC layer channel access protocol. Although there are already many theoretic analysis for the 802.11 MAC protocol in the literature, most of the models focus on the saturated traffic and assume infinite buffer at the MAC layer. In this paper we develop a unified analytical model for IEEE 802.11 MAC protocol in ad hoc networks. The impacts of channel access parameters, traffic rate and buffer size at the MAC layer are modeled with the assistance of a generalized Markov chain and an M/G/1/K queue model. The performance of throughput, packet delivery delay and dropping probability can be achieved. Extensive simulations show the analytical model is highly accurate. From the analytical model it is shown that for practical buffer configuration (e.g. buffer size larger than one), we can maximize the total throughput and reduce the packet blocking probability (due to limited buffer size) and the average queuing delay to zero by effectively controlling the offered load. The average MAC layer service delay as well as its standard deviation, is also much lower than that in saturated conditions and has an upper bound. It is also observed that the optimal load is very close to the maximum achievable throughput regardless of the number of stations or buffer size. Moreover, the model is scalable for performance analysis of 802.11e in unsaturated conditions and 802.11 ad hoc networks with heterogenous traffic flows.
Background: Thanks to the development of the mathematical/statistical reverse engineering and the high-throughput measuring biotechnology, lots of biologically meaningful genegene interaction networks have been revealed. Steady-state analysis of these systems provides an important clue to understand and to predict the systematic behaviours of the biological system. However, modeling such a complex and large-scale system is one of the challenging difficulties in systems biology. Results: We introduce a new stochastic modeling approach that can describe gene regulatory mechanisms by dividing two (DNA and protein) layers. Simple queuing system is employed to explain the DNA layer and the protein layer is modeled using G-networks which enable us to account for the post-translational protein interactions. Our method is applied to a transcription repression system and an active protein degradation system. The steady-state results suggest that the active protein degradation system is more sensitive but the transcription repression system might be more reliable than the transcription repression system. Conclusions: Our two layer stochastic model successfully describes the long-run behaviour of gene regulatory networks which consist of various mRNA/protein processes. The analytic solution of the G-networks enables us to extend our model to a large-scale system. A more reliable modeling approach could be achieved by cooperating with a real experimental study in synthetic biology.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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