CN101562565A - 一种动态队列资源管理策略及虚队列方法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种动态队列资源管理策略及虚队列方法。目的在于改善系统中“顾客”的服务质量，提高队列资源的利用率。该策略能够获得“顾客”信息和服务质量信息。通过调节队列的长度，虚队列长度，确保队列中“顾客”(“子顾客”)的服务质量。并在一定条件下，将某个(些)队列的闲置资源调配给资源紧缺的队列使用，以改善其“顾客”的服务质量，也能利用它们组建成新的队列，来确保一些“顾客”(“子顾客”)的服务质量。该策略具有较强的自适应特性，能够跟踪“顾客”的动态特性，自动调节队列长度，虚队列长度。重新分配队列资源的特性使其能够充分利用有限的系统资源。该策略能够应用于与排队系统中服务质量相关的生活，管理和工程的各领域。

Description

一种动态队列资源管理策略及虚队列方法

技术领域

本策略涉及排队系统中“顾客”的服务质量及队列的管理。是一种通过调节队列长度，设置虚队列并动态调配系统中的闲置队列资源，以改善“顾客”服务质量的系统。适用于与排队系统中服务质量和队列管理有关的生活和工程等领域。

背景技术

传统的队列管理策略，如：尾丢弃，RED等，是在队列满或近满时，通过简单丢弃“顾客”的方式来改善服务质量。这种通过简单且盲目恶化服务质量中某一指标来改善另一指标的方法，并不能同时照顾到几项指标。它们的改进策略，如LQD和AQM等，虽然能够同时兼顾到“顾客”服务质量中的几项指标，但它们要么不能随着“顾客”的动态特性作自适应的调整(如LQD始终采用一组固定的系数a和b来计算队列长度)，要么具有很低的队列资源利用率，并且不能最大限度的改善系统中“顾客”的服务质量(如AQM不能将某个队列的闲置资源动态的调配给其它资源紧缺队列使用)。

发明内容

本发明需要解决的问题是，克服背景技术的不足，提出一种能够动态管理队列资源的策略，及虚队列方法。

本发明基于理论模型和(或)实测结果，通过调节队列长度，设置虚队列，并采用了动态调配系统中冗余队列资源给资源紧缺队列使用，或为某个(些)“顾客”(“子顾客”)重新组建新队列的想法，从而最大限度的改善系统中“顾客”(“子顾客”)的服务质量，提高系统中队列资源的利用效率。

本发明主要运用估计和(或)测量的方法。下面详细阐述本发明的技术实施方案。

采用估计方法的方案是，系统根据“顾客”的到达情况，估计出“顾客”(“子顾客”)的到达速率和系统处理能力(系统处理能力的估计可视实际系统所对应的排队模型和具体的应用进行取舍)，并运用估计评价机制对估计的可靠性进行评价，当可靠性满足一定要求时，系统计算出满足“顾客”(“子顾客”)服务质量所需的队列长度，虚队列长度，队列的冗余信息和缺乏信息等。然后根据得到的信息，调整队列长度，虚队列长度，同时将一些队列的冗余资源调配给资源紧缺的队列使用。在一些情况下，也能利用冗余队列资源重新组建新队列，供某个(些)“顾客”(“子顾客”)使用。系统在一定条件下，将这些被调配的资源“归还”给原始队列。

采用测量方法的方案是，系统通过测量得到“顾客”(“子顾客”)的服务质量，通过调节队列长度，虚队列长度使得“顾客”(“子顾客”)的服务质量满足要求。同时，将一些队列的冗余资源调配给资源紧缺的队列使用。在一些情况下，也能利用冗余队列资源重新组建新队列，供某个(些)“顾客”(“子顾客”)使用。系统在一定条件下，将这些被调配的资源“归还”给原始队列。

采用估计和测量相结合的方案是，将上述两种方案相结合。系统根据估计方法的方案对队列长度，虚队列长度进行调节，并将队列的冗余资源进行调配且(或)重新组建新队列后，采用测量的方法对“顾客”(“子顾客”)的服务质量进行测量，并根据测量结果对现有的队列长度，虚队列长度和资源的调配情况进行修正，以弥补估计方法的不足。

本发明采用估计和(或)测量的方法，基于理论模型和(或)实测结果，调节队列长度，虚队列长度，并能够动态的调配冗余队列资源供紧缺队列使用，或为某个(些)“顾客”(“子顾客”)重新组建新队列。这大大提高了队列资源的利用效率。虚队列方法的提出，使得系统在保证各队列中“顾客”服务质量的同时，也能够照顾到其“子顾客”的服务质量。这些都是对原有方法的创新。

附图说明

图1为采用估计方法的动态队列资源管理策略示意图。

图2为采用测量方法的动态队列资源管理策略示意图。

图3为采用估计和测量方法相结合的动态队列资源管理策略示意图。

图4为采用虚队列方法的估计和测量方法相结合的动态队列资源管理策略示意图。

图5为采用“组建新队列”方法的估计和测量方法相结合的动态队列资源管理策略示意图。

具体实施方式

下面结合附图对动态队列资源管理策略和虚队列方法作进一步的描述。实施例中采用M/M/1/m排队模型。

实施例1：见图1，本例中系统采用估计的方法。图1中，系统具有“顾客”到达速率估计器，系统处理能力估计器和队列资源管理器。“顾客”到达速率估计器根据样本，估计出某个(些)时间段内全部(某些)队列中“顾客”(“子顾客”)的平均到达速率(参见式-1)。系统处理能力估计器根据样本，估计出系统在某个(些)时间段内的处理能力(参见式-3)。队列资源管理器根据“顾客”到达速率估计器和系统处理能力估计器反馈来的信息，得到估计误差(参见式-2)。在估计误差满足一定条件时，系统得出各个队列满足其“顾客”服务质量所需的队列长度(参见式-4和式-5)以及各队列资源的冗余，缺乏信息。然后，调节队列长度到预定值，同时将某个(些)队列的冗余资源调配给某个(些)资源紧缺队列使用，并在一定条件下将这些资源“归还”给它们的原始队列。

实施例2：见图2，本例中系统采用测量的方法。图2中，系统具有服务质量测量和反馈机制(包括但不限于本例中所示的丢弃率测量及反馈机制和排队时延测量及反馈机制)以及队列资源管理器。服务质量测量和反馈机制，根据测量得到某个(些)时间段内全部(某些)队列中“顾客”(“子顾客”)的服务质量，并将其反馈给队列资源管理器。队列资源管理器根据反馈来的服务质量信息，通过调节队列长度使“顾客”(“子顾客”)的服务质量满足要求。同时，队列资源管理器还管理着各队列资源的冗余，缺乏信息，并能够将某个(些)队列的冗余资源调配给某个(些)资源紧缺队列使用，并在一定条件下将这些资源“归还”给它们的原始队列。

实施例3：见图3，本例中系统采用估计和测量相结合的方法。这两种方法互为补充，当采用估计方法调节队列长度，调配队列资源后，可用测量的方法对“顾客”(“子顾客”)的服务质量进行“监督”。若测量得到的服务质量达不到要求时，队列资源管理器根据反馈来的服务质量信息，通过调节队列长度使“顾客”的服务质量满足要求。其余同例1，例2。这种相结合的方法可以弥补单纯估计方法的不足。

实施例4：见图4，本例中系统采用估计和测量相结合的方法。队列资源管理器根据反馈来的估计和测量结果，得到队列中某个(些)“子顾客”满足其服务质量所需的队列长度，然后设定(调节)该“子顾客”的虚队列到某一预定值。其余同例3。

实施例5：见图5，本例中系统采用估计和测量相结合的方法。队列资源管理器根据反馈来的估计和测量结果，得到各队列资源的冗余和缺乏信息，然后调集某个(些)队列的冗余资源，为某个(些)“顾客”(“子顾客”)重新组建队列，供其使用。其余同例3和例4。

注：例4和例5中的虚队列方法和组建新队列方法也可与例1和例2中所示系统相结合使用。由于估计方法和评价准则的不同，下述公式并不唯一。

$\widehat{\mathrm{\λ}}=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{X}_i$ (式-1)

$P(\widehat{\mathrm{\λ}}-\mathrm{\λ})=\frac{{\left(\mathrm{\λt}\right)}^{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{X}_i}}{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Π}}}(X_i!)}{e}^{-\mathrm{n\λt}}$ (式-2)

$\widehat{\mathrm{\μ}}=\frac{1}{\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{T}_i}$ (式-3)

$P_{\mathrm{dr}}=\left\{\begin{array}{cc}\frac{1}{m+1}& \mathrm{\ρ}=1\\ \frac{1-\mathrm{\ρ}}{1-{\mathrm{\ρ}}^{(m+1)}}{\mathrm{\ρ}}^m& \mathrm{\ρ}\≠1\end{array}\right.$ (式-4)

$W_s=\left\{\begin{array}{cc}\frac{1}{\mathrm{\μ}(1-\mathrm{\ρ})}-\frac{{\mathrm{m\ρ}}^m}{\mathrm{\μ}(1-{\mathrm{\ρ}}^m)}& \mathrm{\ρ}\≠1\\ \frac{m+1}{2\mathrm{\λ}}& \mathrm{\ρ}=1\end{array}\right.$ (式-5)

上式中，各符号表示的含义如下：

X_i：第i个样本中“顾客”(“子顾客”)到达的个数。

T_i：第i个样本中“顾客”(“子顾客”)所需要的服务时间。

λ：“顾客”(“子顾客”)的平均到达速率。

λ的估计值。

t：样本的时间长度。

n：样本个数。

P_dr：“顾客”(“子顾客”)到达队列时，由于队列满而被丢弃的概率。

m：队列的长度。

ρ： $\mathrm{\ρ}=\frac{\mathrm{\λ}}{\mathrm{\μ}},$ 即服务强度。μ为系统对“顾客”(“子顾客”)的处理能力。

W_s：“顾客”(“子顾客”)在队列中所经历的平均时间，即“顾客”(“子顾客”)从进入队列到接受完“顾客”服务台服务所经历的平均时间。

Claims (7)

1.一个排队系统，具有n个队列(1)，“顾客”分类器(2)和“顾客”服务台(3)。为了满足各队列中“顾客”(“子顾客”)的服务质量，并且最大限度的利用系统队列资源。系统根据各“顾客”(“子顾客”)所要求的服务质量，对它们使用的队列长度进行调节，并根据队列资源的使用情况，动态的将某个(些)队列的闲置资源(9)暂时调配给资源紧缺的队列使用(8)。或者利用这些闲置资源，为某个(些)“顾客”(“子顾客”)重新组建一个(些)队列(14)。

2.根据权利要求1所述的动态队列资源管理策略，其特征在于采用该策略的系统能够为各队列中的“子顾客”设置虚队列(13)。即，对某个(些)“子顾客”所使用的队列长度进行限制。

3.根据权利要求1，2所述的动态队列资源管理策略，其特征在于采用该策略的系统具有“顾客”到达速率估计器(5)，系统处理能力估计器(4)，以及估计信息反馈机制(7)。其中，系统处理能力估计器可视实际系统所对应的排队模型和具体的应用进行取舍。

4.根据权利要求1，2所述的动态队列资源管理策略，其特征在于采用该策略的系统具有“顾客”服务质量测量器(包括但不限于10和11)和测量信息反馈机制(12)。

5.根据权利要求1，2所述的动态队列资源管理策略，其特征在于采用该策略的系统能够将权利要求3和4相结合。

6.根据权利要求3或4或5所述的动态队列资源管理策略，其特征在于采用该策略的系统具有队列资源管理器(6)。该管理器不仅管理着系统中各队列的信息(包括但不限于各队列的实际长度)，而且能够根据反馈信息，得到系统中与“顾客”(“子顾客”)服务质量有关的队列信息(这些信息包括但不限于满足“顾客”(“子顾客”)服务质量所需的队列长度，虚队列长度，满足“顾客”(“子顾客”)服务质量各指标所需的队列长度，虚队列长度，上述队列长度，虚长度的折中长度，以及队列的冗余资源，缺乏资源等)。在权利要求3和权利要求5所述的采用该策略的系统中，该管理器还具有估计评价功能(即，根据反馈来的估计信息对估计的可靠性做出评价)。此外，该管理器还对上述信息进行管理，并能够根据这些信息调节各队列的长度，虚队列长度到要求值。它也能够将某个(些)队列的冗余资源调配给资源紧缺的队列使用，或将这些冗余资源组建成为新的队列，并在一定条件下，将这些被调配的资源“归还”给原始队列。

7.根据权利要求3或4或5所述的动态队列资源管理策略，其特征在于采用该策略的系统能够对“顾客”(“子顾客”)的分类进行动态的调节(14)。即，将某个(些)“顾客”(“子顾客”)映射到其它队列中。

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