This paper contributes tail bounds of the age-of-information of a general class of parallel systems and explores their potential. Parallel systems arise in relevant cases, such as in multi-band mobile networks, multi-technology wireless access, or multi-path protocols, just to name a few. Typically, control over each communication channel is limited and random service outages and congestion cause buffering that impairs the age-of-information. The parallel use of independent channels promises a remedy, since outages on one channel may be compensated for by another. Surprisingly, for the well-known case of M$\mid$M$\mid$1 queues we find the opposite: pooling capacity in one channel performs better than a parallel system with the same total capacity. A generalization is not possible since there are no solutions for other types of parallel queues at hand. In this work, we prove a dual representation of age-of-information in min-plus algebra that connects to queueing models known from the theory of effective bandwidth/capacity and the stochastic network calculus. Exploiting these methods, we derive tail bounds of the age-of-information of parallel G$\mid$G$\mid$1 queues. In addition to parallel classical queues, we investigate Markov channels where, depending on the memory of the channel, we show the true advantage of parallel systems. We continue to investigate this new finding and provide insight into when capacity should be pooled in one channel or when independent parallel channels perform better. We complement our analysis with simulation results and evaluate different update policies, scheduling policies, and the use of heterogeneous channels that is most relevant for latest multi-band networks.


翻译:本文为并行系统中一类通用的时延界限计算贡献了尾部边界。并行系统在多频段移动网络,多技术无线接入或多路径协议等相关情况下往往会出现服从概率分布的随机服务中断和拥塞所带来的缓冲区占用和时延增长。独立通道的并行使用通常被视为一种理想的解决方案,因为在一个通道上的中断可能可以通过另一个通道来弥补。令人惊讶的是,在M $\mid$ M $\mid$ 1队列的知名情况下,我们发现固定容量在一条通道中的汇聚效果比容量分散到多个通道中的并行系统表现更好。我们无法对其他类型的并行队列提供类似的普遍规律,因为目前还没有解决方案。在本文中,我们提出了时延界限的极小代数的双重表达式,其可以与有效带宽/容量的理论和随机网络微积分中的排队模型相联系。利用这些方法,我们推导出并行G $ \mid $ G $ \mid $ 1队列的时延界限尾部边界。除了传统的并行队列,我们还研究了根据通道记忆性的马尔可夫通道,在此类通道下,我们发现并行系统的真正优势。我们继续研究这个新发现,并提供有关何时应该将容量汇聚在一条通道中或何时应该使用独立并行通道的见解。我们补充了仿真结果,并评估了不同的更新策略,调度策略和异构通道的使用,这在最新的多频段网络中最为相关。

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