Simulation Modeling and Analysis of Adjustable Service-Rate Queueing Models that Incorporate Feedback Control

Research shows that in a system model, when the production rate is adjusted based on the number of items in queue, the nature of the model changes from an open-loop queueing system to a closed-loop feedback control system. Service-rate adjustment can be implemented in a discrete event simulation model, but the effect of this adjustment has not been thoroughly analyzed in the literature. This research considers the design of feedback signals to generate realistic simulation models of production system behavior. A series of simulation experiments is conducted to provide practical guidance for simulation modelers on how adding a service-rate adjustment feedback loop to a queueing system affects system performance

The snowball effect of customer slowdown in critical many-server systems

Customer slowdown describes the phenomenon that a customer's service requirement increases with experienced delay. In healthcare settings, there is substantial empirical evidence for slowdown, particularly when a patient's delay exceeds a certain threshold. For such threshold slowdown situations, we design and analyze a many-server system that leads to a two-dimensional Markov process. Analysis of this system leads to insights into the potentially detrimental effects of slowdown, especially in heavy-traffic conditions. We quantify the consequences of underprovisioning due to neglecting slowdown, demonstrate the presence of a subtle bistable system behavior, and discuss in detail the snowball effect: A delayed customer has an increased service requirement, causing longer delays for other customers, who in turn due to slowdown might require longer service times.Comment: 23 pages, 8 figures -- version 3 fixes a typo in an equation. in Stochastic Models, 201

A PC-based data acquisition system for sub-atomic physics measurements

Modern particle physics measurements are heavily dependent upon automated data acquisition systems (DAQ) to collect and process experiment-generated information. One research group from the University of Saskatchewan utilizes a DAQ known as the Lucid data acquisition and analysis system. This thesis examines the project undertaken to upgrade the hardware and software components of Lucid. To establish the effectiveness of the system upgrades, several performance metrics were obtained including the system's dead time and input/output bandwidth.Hardware upgrades to Lucid consisted of replacing its aging digitization equipment with modern, faster-converting Versa-Module Eurobus (VME) technology and replacing the instrumentation processing platform with common, PC hardware. The new processor platform is coupled to the instrumentation modules via a fiber-optic bridging-device, the sis1100/3100 from Struck Innovative Systems.The software systems of Lucid were also modified to follow suit with the new hardware. Originally constructed to utilize a proprietary real-time operating system, the data acquisition application was ported to run under the freely available Real-Time Executive for Multiprocessor Systems (RTEMS). The device driver software provided with sis1100/3100 interface also had to be ported for use under the RTEMS-based system. Performance measurements of the upgraded DAQ indicate that the dead time has been reduced from being on the order of milliseconds to being on the order of several tens of microseconds. This increased capability means that Lucid's users may acquire significantly more data in a shorter period of time, thereby decreasing both the statistical uncertainties and data collection duration associated with a given experiment

Connectivity Management for HetNets based on the Principles of Autonomicity and Context-Awareness

Στο περιβάλλον του Διαδικτύου του Μέλλοντος, η Πέμπτη γενιά (5G) δικτύων έχει ήδη αρχίσει να καθιερώνεται. Τα δίκτυα 5G αξιοποιούν υψηλότερες συχνότητες παρέχοντας μεγαλύτερο εύρος ζώνης, ενώ υποστηρίζουν εξαιρετικά μεγάλη πυκνότητα σε σταθμούς βάσης και κινητές συσκευές, σχηματίζοντας ένα περιβάλλον ετερογενών δικτύων, το οποίο στοχεύει στο να καλυφθούν οι απαιτήσεις της απόδοσης ως προς την μικρότερη δυνατή συνολική χρονοκαθυστέρηση και κατανάλωση ενέργειας. Η αποδοτική διαχείριση της συνδεσιμότητας σε ένα τόσο ετερογενές δικτυακό περιβάλλον αποτελεί ανοιχτό πρόβλημα, με σκοπό να υποστηρίζεται η κινητικότητα των χρηστών σε δίκτυα διαφορετικών τεχνολογιών και βαθμίδων, αντιμετωπίζοντας θέματα πολυπλοκότητας και διαλειτουργικότητας, υποστηρίζοντας τις απαιτήσεις των τρεχουσών εφαρμογών και των προτιμήσεων των χρηστών και διαχειρίζοντας ταυτόχρονα πολλαπλές δικτυακές διεπαφές. Η συλλογή, η μοντελοποίηση, η διεξαγωγή συμπερασμάτων και η κατανομή πληροφορίας περιεχομένου σε σχέση με δεδομένα αισθητήρων θα παίξουν κρίσιμο ρόλο σε αυτήν την πρόκληση. Με βάση τα παραπάνω, κρίνεται σκόπιμη η αξιοποίηση των αρχών της επίγνωσης περιεχομένου και της αυτονομικότητας, καθώς επιτρέπουν στις δικτυακές οντότητες να είναι ενήμερες του εαυτού τους και του περιβάλλοντός τους, καθώς και να αυτοδιαχειρίζονται τις λειτουργίες τους ώστε να πετυχαίνουν συγκεκριμένους στόχους. Επιπλέον, χρειάζεται ακριβής ποσοτική αξιολόγηση της απόδοσης λύσεων διαχείρισης της συνδεσιμότητας για ετερογενή δίκτυα, οι οποίες παρουσιάζουν διαφορετικές στρατηγικές επίγνωσης περιβάλλοντος, απαιτώντας μια μεθοδολογία που να είναι περιεκτική και γενικά εφαρμόσιμη ώστε να καλύπτει διαφορετικές προσεγγίσεις, καθώς οι υπάρχουσες μεθοδολογίες στην βιβλιογραφία είναι σχετικά περιορισμένες. Tο σύνολο της μελέτης επικεντρώνεται σε δύο θεματικούς άξονες. Στο πρώτο θεματικό μέρος της διατριβής, αναλύεται ο ρόλος της επίγνωσης περιβάλλοντος και της αυτονομικότητας, σε σχέση με την διαχείριση της συνδεσιμότητας, αναπτύσσοντας ένα πλαίσιο ταξινόμησης και κατηγοριοποίησης, επεκτείνοντας την τρέχουσα βιβλιογραφία. Με βάση το προαναφερθέν πλαίσιο, ταξινομήθηκαν και αξιολογήθηκαν λύσεις για την υποστήριξη της κινητικότητας σε ετερογενή δίκτυα, οι οποίες δύνανται να θεωρηθούν ότι παρουσιάζουν επίγνωση περιβάλλοντος και αυτο-διαχειριστικά χαρακτηριστικά. Επιπλέον, μελετήθηκε κατά πόσον οι αποφάσεις που λαμβάνονται ως προς την επιλογή του κατάλληλου δικτύου, σύμφωνα με την κάθε λύση, είναι αποτελεσματικές και προτάθηκαν τρόποι βελτιστοποίησης των υπαρχουσών αρχιτεκτονικών, καθώς και προτάσεων προς περαιτέρω ανάπτυξη σχετικών μελλοντικών λύσεων. Στο δεύτερο θεματικό μέρος της διατριβής, αναπτύχθηκε μια ευέλικτη αναλυτική μεθοδολογία, περιλαμβάνοντας όλους τους παράγοντες που μπορούν να συνεισφέρουν στην συνολική χρονοκαθυστέρηση, λαμβάνοντας υπόψιν την σηματοδοσία, την επεξεργαστική επιβάρυνση και την συμφόρηση (μελέτη ουράς), επεκτείνοντας την τρέχουσα βιβλιογραφία. Η μεθοδολογία είναι περιεκτική, ενώ ταυτόχρονα προσφέρει κλειστού τύπου λύσεις και έχει την δυνατότητα να προσαρμόζεται σε διαφορετικές προσεγγίσεις. Προς απόδειξη αυτού, εφαρμόσαμε την μεθοδολογία σε δύο λύσεις με διαφορετική στρατηγική επίγνωσης περιβάλλοντος (μια μεταδραστική και μια προδραστική). Και για τις δύο προσεγγίσεις, τα αναλυτικά αποτελέσματα επιβεβαιώθηκαν από προσομοιώσεις, επιβεβαιώνοντας την αποτελεσματικότητα και την ακρίβεια της αναλυτικής μεθοδολογίας. Επιπλέον, αποδείχθηκε ότι η προδραστική προσέγγιση εμφανίζει καλύτερη απόδοση ως προς την συνολική χρονοκαθυστέρηση, ενώ χρειάζεται σημαντικά λιγότερους επεξεργαστικούς πόρους, παρουσιάζοντας πιθανά οφέλη και στην συνολική ενεργειακή κατανάλωση και στα λειτουργικά και κεφαλαιουχικά κόστη (OPEX και CAPEX)

Response times in healthcare systems

It is a goal universally acknowledged that a healthcare system should treat its patients – and especially those in need of critical care – in a timely manner. However, this is often not achieved in practice, particularly in state-run public healthcare systems that suffer from high patient demand and limited resources. In particular, Accident and Emergency (A&E) departments in England have been placed under increasing pressure, with attendances rising year on year, and a national government target whereby 98% of patients should spend 4 hours or less in an A&E department from arrival to admission, transfer or discharge. This thesis presents techniques and tools to characterise and forecast patient arrivals, to model patient flow and to assess the response-time impact of different resource allocations, patient treatment schemes and workload scenarios. Having obtained ethical approval to access five years of pseudonymised patient timing data from a large case study A&E department, we present a number of time series models that characterise and forecast daily A&E patient arrivals. Patient arrivals are classified as one of two arrival streams (walk-in and ambulance) by mode of arrival. Using power spectrum analysis, we find the two arrival streams exhibit different statistical properties and hence require separate time series models. We find that structural time series models best characterise and forecast walk-in arrivals, but that time series analysis may not be appropriate for ambulance arrivals; this prompts us to investigate characterisation by a non-homogeneous Poisson process. Next we present a hierarchical multiclass queueing network model of patient flow in our case study A&E department. We investigate via a discrete-event simulation the impact of class and time-based priority treatment of patients, and compare the resulting service-time densities and moments with actual data. Then, by performing bottleneck analysis and investigating various workload and resource scenarios, we pinpoint the resources that have the greatest impact on mean service times. Finally we describe an approximate generating function analysis technique which efficiently approximates the first two moments of customer response time in class-dependent priority queueing networks with population constraints. This technique is applied to the model of A&E and the results compared with those from simulation. We find good agreement for mean service times especially when minors patients are given priority

Optimal regulation of finite Markov Chains

Imperial Users onl