排队论在计算机与通信网络中的应用解析

"这篇资料是关于排队论及其在计算机中的应用，主要由天津大学的计算机科学家 Chunfeng Liu 提供。课程涵盖了排队理论的基础、基本排队模型、到达过程和服务时间过程，以及在通信网络（包括电路交换网络和包交换网络）和计算机分时系统中的应用。" **排队理论** 排队理论是一种数学方法，用于分析和预测系统中等待服务的个体（如数据包、电话呼叫等）的行为模式。它研究的是随机到达和服务时间的统计特性如何影响系统的效率和性能。 **基本排队模型** 基础的排队模型包括单服务台模型（如M/M/1模型）、多服务台模型（如M/M/k模型）以及更复杂的网络模型。这些模型通过模拟到达率、服务率和服务策略来分析等待队列的长度和等待时间。 **到达过程和服务时间过程** 在排队系统中，到达过程通常假设为泊松过程，具有恒定的到达率。服务时间过程可以假设为指数分布，表示服务时间是独立且均匀分布的。这种假设使得分析简化，但实际应用中可能需要考虑其他分布形式。 **通信网络中的应用** - **电路交换网络**：在电路交换网络中，物理信道被分割成固定带宽的电路，资源在通话期间是专用的，没有排队延迟。性能评估主要关注呼叫阻塞概率，这可以通过Erlang-B公式计算。 - **包交换网络**：在计算机网络中广泛使用，包括分组交换和数据报网络。数据包在网络中经历存储和转发，可能导致排队延迟。性能分析侧重于延迟和吞吐量。 **包交换网络的类型** - **分组交换网络**：数据包在网络层进行处理，可适应多种网络结构，包括无线网络。数据包流在传输过程中进行统计复用。 - **虚拟电路网络**（如ATM、MPLS）：提供预分配带宽和QoS保证，需要连接建立和准入控制。 **课程目标** 学习者将掌握基本的排队论原理和模型，并能理解和分析通信网络的性能，特别是网络层的分组交换网络和电路交换网络的性能指标。 这门课程旨在使学生具备分析和优化计算机系统和通信网络性能的能力，通过排队论的方法解决实际问题，提高系统效率和服务质量。