Scheduling and queue management for information freshness in multi-source status update systems

Bilginin hedeflenen yere zamanında ulaştırılması, mevcut ve gelişmekte olan zamana duyarlı uygulamaların birçoğunda oldukça önemlidir. Gecikme, veri hızı veya kayıp gibi geleneksel performans ölçütleri literatürde kapsamlı bir şekilde incelenmiş olsa da, yaşa duyarlı trafiğin yönetimine ilişkin araştırmalar nispeten olgunlaşmamıştır. Son zamanlarda, yaşa duyarlı trafik taşıyan ağ bağlantılı sistemlerde bilginin güncelliğini ölçmek için başta Bilgi Yaşı (AoI) ve zirve AoI (PAoI) ölçütleri olmak üzere Senkronizasyon Yaşı (AoS), sürüm yaşı, ikili tazelik gibi alternatiflerin de dahil olduğu birçok bilgi tazeliği ölçütü tanıtılmıştır. Bu tezin odak noktası, yakın geçmişte önerilmiş bilgi tazeliği ölçütlerini kullanarak yaşa duyarlı trafik taşıyan çeşitli çok kaynaklı durum güncelleme sistemlerinde yaş-agnostik çizelgeleme ve kuyruk yönetimi politikalarının geliştirilmesi ve performans modellemesidir. Bu tezde, ilk olarak, olasılıksal İsteğe-Bağlı-Üretim (GAW) ve Tek Tamponlu Rastgele Varış (RA-SB) sunucuları için AoI ve PAoI ölçütlerinin kesin dağılımları, faz tipi (PH tipi) hizmet süresi dağılımlarına sahip genel sayıda heterojen bilgi kaynağı ile incelenmiş ve bunun için AMC (Emici Markov Zincirleri) yöntemi olarak adlandırılan emici Sürekli Zaman Markov Zincirleri (CTMC) tabanlı bir analitik modelleme yöntemi önerilmiştir. İkinci olarak, Poisson bilgi paketi varışlarına ve üstel dağılımlı hizmet sürelerine sahip homojen çok kaynaklı bir durum güncelleme sistemi üzerinde çalışılmıştır; bu sistemde sunucu, Kaynak Başına Tek Tampon Kuyruklama (SBPSQ) olarak adlandırılan her kaynaktan gelen en güncel paketi tutan bir kuyruk ile donatılmıştır. Bu durum için, AMC yöntemi kullanılarak İlk Kaynak İlk Hizmet (FSFS) ve En Erken Hizmet Verilen İlk Hizmet (ESFS) politikaları olmak üzere iki SBPSQ tabanlı çizelgeleme politikası incelenmiş ve ESFS'nin bu özel durum için uygun bir çizelgeleyici olduğu gösterilmiştir. Üçüncü olarak, Deterministik GAW (D-GAW) ve Deterministik RA-SB (D-RA-SB) sunucuları için iki heterojen bilgi kaynağına sahip genel bir durum güncelleme sistemi incelenmiştir, yani kaynaklar farklı önceliklere ve genel dağılımlı hizmet sürelerine sahiptir. Her iki sunucuda da amaç, zaman ortalaması alınmış ve iki kaynak arasında ağırlıklandırılmış sistem AoI/AoS'yi en aza indirmektir. D-GAW sunucusu için optimal güncelleme politikası kapalı formda edilmiştir. Daha sonra, D-RA-SB sunucusu için, D-GAW sunucusunun optimal politika yapısına dayanan Örüntü Tabanlı Değiştirme (PR) politikası olarak isimlendirilmiş bir paket değiştirme politikası önerilmiştir. Son olarak, uzak bir sunucunun heterojen popülerliklere ve hizmet sürelerine sahip birden fazla öğenin zamanla değişen içeriğini, sistemin ağırlıklı toplam ikili tazeliğini en üst düzeye çıkarmak için yerel bir önbelleğe teslim ettiği ve sunucunun her öğe için en güncel içeriği tutan bir kuyrukla donatıldığı bir önbellek güncelleme sisteminde çizelgeleme incelenmiştir. Orijinal sistem kısıtlarının gevşetildiği bir duruma uygulanan dışbükey optimizasyona dayalı bir Su-doldurma tabanlı Çizelgeleme (WFS) politikası ve bunun uzantısı olan Genişletilmiş WFS (E-WFS) politikası önerilmiş olup, bu iki politika düşük hesaplama karmaşıklığı ve neredeyse optimal ağırlıklı toplam ikili tazelik performansına sahiptir.