Compositional Performance Modelling with the TIPPtool

Stochastic process algebras have been proposed as compositional specification formalisms for performance models. In this paper, we describe a tool which aims at realising all beneficial aspects of compositional performance modelling, the TIPPtool. It incorporates methods for compositional specification as well as solution, based on state-of-the-art techniques, and wrapped in a user-friendly graphical front end. Apart from highlighting the general benefits of the tool, we also discuss some lessons learned during development and application of the TIPPtool. A non-trivial model of a real life communication system serves as a case study to illustrate benefits and limitations

The evaluation of computer performance by means of state-dependent queueing network models

Imperial Users onl

Performance Tuning of Streaming Applications via Search-space Decomposition

High-performance streaming applications are typically pipelined and deployed on architecturally diverse (hybrid)systems. Developers of such applications are interested in customizing components used, so as to benefit application performance. We present an efficient and automatic technique for design-space exploration of applications in this problem domain. We solve performance tuning as an optimization problem by formulating cost functions using results from queueing theory. This results in a mixed-integer nonlinear optimization problem which is NP-hard. We reduce the search complexity by decomposing the search space. We have developed a domain-specific decomposition technique using topological information of the application embodied in the queueing network models. Our analysis includes when our decomposition preserves optimality. Our preliminary empirical results confirm two-fold benefits--solving a problem that is currently not solvable using state-of-the-art solvers and in some problem instances, improving initial solution value from the solver by over two orders of magnitude

Efficient partitioning and assignment on programs for multiprocessor execution

The general problem studied is that of segmenting or partitioning programs for distribution across a multiprocessor system. Efficient partitioning and the assignment of program elements are of great importance since the time consumed in this overhead activity may easily dominate the computation, effectively eliminating any gains made by the use of the parallelism. In this study, the partitioning of sequentially structured programs (written in FORTRAN) is evaluated. Heuristics, developed for similar applications are examined. Finally, a model for queueing networks with finite queues is developed which may be used to analyze multiprocessor system architectures with a shared memory approach to the problem of partitioning. The properties of sequentially written programs form obstacles to large scale (at the procedure or subroutine level) parallelization. Data dependencies of even the minutest nature, reflecting the sequential development of the program, severely limit parallelism. The design of heuristic algorithms is tied to the experience gained in the parallel splitting. Parallelism obtained through the physical separation of data has seen some success, especially at the data element level. Data parallelism on a grander scale requires models that accurately reflect the effects of blocking caused by finite queues. A model for the approximation of the performance of finite queueing networks is developed. This model makes use of the decomposition approach combined with the efficiency of product form solutions

Locating emergency services with priority rules: The priority queuing covering location problem

One of the assumptions of the Capacitated Facility Location Problem (CFLP) is that demand is known and fixed. Most often, this is not the case when managers take some strategic decisions such as locating facilities and assigning demand points to those facilities. In this paper we consider demand as stochastic and we model each of the facilities as an independent queue. Stochastic models of manufacturing systems and deterministic location models are put together in order to obtain a formula for the backlogging probability at a potential facility location. Several solution techniques have been proposed to solve the CFLP. One of the most recently proposed heuristics, a Reactive Greedy Adaptive Search Procedure, is implemented in order to solve the model formulated. We present some computational experiments in order to evaluate the heuristics’ performance and to illustrate the use of this new formulation for the CFLP. The paper finishes with a simple simulation exercise.Location, queuing, greedy heuristics, simulation

Techniques for the Fast Simulation of Models of Highly dependable Systems

With the ever-increasing complexity and requirements of highly dependable systems, their evaluation during design and operation is becoming more crucial. Realistic models of such systems are often not amenable to analysis using conventional analytic or numerical methods. Therefore, analysts and designers turn to simulation to evaluate these models. However, accurate estimation of dependability measures of these models requires that the simulation frequently observes system failures, which are rare events in highly dependable systems. This renders ordinary Simulation impractical for evaluating such systems. To overcome this problem, simulation techniques based on importance sampling have been developed, and are very effective in certain settings. When importance sampling works well, simulation run lengths can be reduced by several orders of magnitude when estimating transient as well as steady-state dependability measures. This paper reviews some of the importance-sampling techniques that have been developed in recent years to estimate dependability measures efficiently in Markov and nonMarkov models of highly dependable system

Decomposition of discrete-time open tandem queues with Poisson arrivals and general service times

In der Grobplanungsphase vernetzter Logistik- und Produktionssysteme ist man häufig daran interessiert, mit geringem Berechnungsaufwand eine zufriedenstellende Approximation der Leistungskennzahlen des Systems zu bestimmen. Hierbei bietet die Modellierung mittels zeitdiskreter Methoden gegenüber der zeitkontinuierlichen Modellierung den Vorteil, dass die gesamte Wahrscheinlichkeitsverteilung der Leistungskenngrößen berechnet werden kann. Da Produktions- und Logistiksysteme in der Regel so konzipiert sind, dass sie die Leistung nicht im Durchschnitt, sondern mit einer bestimmten Wahrscheinlichkeit (z.B. 95%) zusichern, können zeitdiskrete Warteschlangenmodelle detailliertere Informationen über die Leistung des Systems (wie z.B. der Warte- oder Durchlaufzeit) liefern. Für die Analyse vernetzter zeitdiskreter Bediensysteme sind Dekompositionsmethoden häufig der einzig praktikable und recheneffiziente Ansatz, um stationäre Leistungsmaße in den einzelnen Bediensystemen zu berechnen. Hierbei wird das Netzwerk in die einzelnen Knoten zerlegt und diese getrennt voneinander analysiert. Der Ansatz basiert auf der Annahme, dass der Punktprozess des Abgangsstroms stromaufwärts liegender Stationen durch einen Erneuerungsprozess approximiert werden kann, und so eine unabhängige Analyse der Bediensysteme möglich ist. Die Annahme der Unabhängigkeit ermöglicht zwar eine effiziente Berechnung, führt jedoch zu teilweise starken Approximationsfehlern in den berechneten Leistungskenngrößen. Der Untersuchungsgegenstand dieser Arbeit sind offene zeitdiskrete Tandem-Netzwerke mit Poisson-verteilten Ankünften am stromaufwärts liegenden Bediensystem und generell verteilten Bedienzeiten. Das Netzwerk besteht folglich aus einem stromaufwärts liegenden M/G/1-Bediensystem und einem stromabwärts liegenden G/G/1-System. Diese Arbeit verfolgt drei Ziele, (1) die Defizite des Dekompositionsansatzes aufzuzeigen und dessen Approximationsgüte mittels statistischer Schätzmethoden zu bestimmen, (2) die Autokorrelation des Abgangsprozesses des M/G/1-Systems zu modellieren um die Ursache des Approximationsfehlers erklären zu können und (3) einen Dekompositionsansatz zu entwickeln, der die Abhängigkeit des Abgangsstroms berücksichtigt und so beliebig genaue Annäherungen der Leistungskenngrößen ermöglicht. Im ersten Teil der Arbeit wird die Approximationsgüte des Dekompositionsverfahrens am stromabwärts liegenden G/G/1-Bediensystem mit Hilfe von Linearer Regression (Punktschätzung) und Quantilsregression (Intervallschätzung) bestimmt. Beide Schätzverfahren werden jeweils auf die relativen Fehler des Erwartungswerts und des 95%-Quantils der Wartezeit im Vergleich zu den simulierten Ergebnissen berechnet. Als signifikante Einflussfaktoren auf die Approximationsgüte werden die Auslastung des Systems und die Variabilität des Ankunftsstroms identifiziert. Der zweite Teil der Arbeit fokussiert sich auf die Berechnung der Autokorrelation im Abgangsstroms des M/G/1-Bediensystems. Aufeinanderfolgende Zwischenabgangszeiten sind miteinander korreliert, da die Abgangszeit eines Kunden von dem Systemzustand abhängt, den der vorherige Kunde bei dessen Abgang zurückgelassen hat. Die Autokorrelation ist ursächlich für den Dekompositionsfehler, da die Ankunftszeiten am stromabwärts liegenden Bediensystem nicht unabhängig identisch verteilt sind. Im dritten Teil der Arbeit wird ein neuer Dekompositionsansatz vorgestellt, der die Abhängigkeit im Abgangsstroms des M/G/1-Systems mittels eines semi-Markov Prozesses modelliert. Um eine explosionsartige Zunahme des Zustandsraums zu verhindern, wird ein Verfahren eingeführt, das den Zustandsraum der eingebetteten Markov-Kette beschränkt. Numerischen Auswertungen zeigen, dass die mit stark limitierten Zustandsraum erzielten Ergebnisse eine bessere Approximation bieten als der bisherige Dekompositionsansatz. Mit zunehmender Größe des Zustandsraums konvergieren die Leistungskennzahlen beliebig genau