基于蒙特卡洛方法排队系统性能的仿真优化研究

论文摘要

目前,排队现象十分的常见,比如银行,医院的排队问题。而随着近年来计算机的迅速发展,网络拥塞也成为越来越被人重视的排队问题。排队论理论作为一门基于概率论和随机过程的学科,在解决排队问题上发挥重要的作用。应用排队论中的知识能够很好的解决日常生活中的排队问题,使其在很多领域有着十分重要的作用,如网络流量控制,交通运输,资源调度,银行排队系统等,其中应用排队论来解决银行服务系统的排队性能以及Web服务器的性能模型是研究热点课题。本文在深入研究排队论理论的基础上,应用蒙特卡洛方法对银行排队系统进行仿真模拟,在此基础上,对银行排队系统进行优化,首先是对银行排队系统的性能优化,其次是对银行排队系统的参数优化。基于蒙特卡洛方法,对Web服务系统进行仿真模拟,得到性能最接近实际服务系统的排队模型。本文工作主要概况为：(1)对银行排队系统进行仿真模拟。提出用蒙特卡洛方法解决银行的排队问题,通过计算机仿真模拟的方法首先得到简单多服务台银行排队模型的性能指标,如等待时间,逗留时间,等待队长,队长等,仿真结果表明该方法具有可行性和高效性。(2)对银行排队系统的性能进行优化。通过调整排队系统中的到达时间和服务时间的分布,应用蒙特卡洛方法得出银行复杂排队模型的性能指标(这些模型用排队论理论的方法很难解决或者无法解决),比较这些复杂排队模型的性能指标的大小,得到性能最优的银行排队系统。(3)对银行排队系统的参数进行优化。在已知银行服务台个数为整数的条件下,考虑应用边际分析法,分析银行最佳的服务台的个数,在不降低整个银行服务效率的情况下,最大限度的减少服务台的个数,为银行减少成本。基于银行最佳的服务台的个数,我们研究服务台的最佳的服务率,使得银行整体的排队性能最优。(4)应用极大似然估计,估计出Web服务器中服务率的大小。然后应用蒙特卡洛方法,解决Web服务器的性能模型问题,找到性能最接近实际Web系统的排队模型。目前排队论被广泛的应用于解决银行的排队问题以及Web服务器的容量规划和负载控制问题,本文提出的银行排队系统的仿真优化过程的研究及成果以及对Web服务系统性能模型的仿真模拟,具有一定的理论创新和应用价值,对银行排队系统的调度策略和Web服务器的容量规划和负载控制具有一定的指导意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 现实背景
• 1.1.2 论背景
• 1.2 研究内容
• 1.3 研究意义和主要工作
• 1.4 论文结构
• 第二章 排队论理论基础与分析
• 2.1 预备知识
• 2.2 排队论研究的基本内容
• 2.3 排队系统的结构
• 2.3.1 组成排队系统的基本元素
• 2.3.2 典排队系统的符号表示
• 2.3.3 排队系统的主要性能指标
• 2.4 简单排队系统的理论推导
• 2.4.1 简单的单服务台的排队系统M/M/1
• 2.4.2 简单的多服务台的排队系统M/M/c
• 2.5 本章小结
• 第三章 蒙特卡洛方法
• 3.1 蒙特卡洛方法的概念
• 3.2 随机数的生成
• 3.2.1 逆累积分布函数法
• 3.2.2 排除法
• 3.2.3 用中心极限定理近似给出正态随机变量的随机数
• 3.2.4 伪随机数
• 3.3 蒙特卡洛方法的基本思想及应用
• 3.3.1 蒙特卡洛方法的基本思想
• 3.3.2 蒙特卡洛方法的理论基础
• 3.3.3 蒙特卡洛方法的应用
• 3.4 本章小结
• 第四章 基于蒙特卡洛方法银行排队系统仿真优化研究
• 4.1 基于蒙特卡洛方法简单银行排队系统的算法描述
• 4.1.1 单服务台银行排队系统M/M/1的算法过程
• 4.1.2 多服务台银行排队系统M/M/c的算法过程
• 4.2 基于蒙特卡洛方法简单银行排队系统的仿真结果与分析
• 4.2.1 简单的单服务台银行排队系统M/M/1的仿真结果与分析
• 4.2.2 简单的多服务台银行排队系统M/M/c的仿真结果与分析
• 4.3 基于蒙特卡洛方法银行排队系统性能优化分析
• 4.3.1 服务时间对银行排队系统性能的影响
• 4.3.2 到达时间对银行排队系统性能的影响
• 4.4 本章小结
• 第五章 银行排队系统的参数优化
• 5.1 银行最佳的服务台个数
• 5.2 银行服务台最佳的服务率
• 5.2.1 单服务台银行排队系统的最佳服务率
• 5.2.2 多服务台银行排队系统的最佳服务率
• 5.3 本章小结
• 第六章 应用蒙特卡洛方法解决WEB服务器的性能模型
• 6.1 WEB服务器中的排队模型
• 6.2 实验环境
• 6.2.1 TPC-W简介
• 6.2.2 负载生成器
• 6.3 极大似然估计计算服务率
• 6.4 实验结果
• 6.5 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 总结
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 详细摘要