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Many real-life phenomena, such as computer systems, communication networks, manufacturing systems, supermarket checkout lines as well as structural military systems can be represented by means of queueing models. Looking at queueing models, a controller may considerably improve the system's performance by reducing queue lengths, or increasing the throughput, or diminishing the overhead, whereas in the absence of a controller the system behavior may get quite erratic, exhibiting periods of high load and long queues followed by periods, during which the servers remain idle. The theoretical foundations of controlled queueing systems are led in the theory of Markov, semi-Markov and semi-regenerative decision processes. In this thesis, the essential work consists in designing controlled queueing models and investigation of their optimal control properties for the application in the area of the modern telecommunication systems, which should satisfy the growing demands for quality of service (QoS). For two types of optimization criterion (the model without penalties and with set-up costs), a class of controlled queueing systems is defined. The general case of the queue that forms this class is characterized by a Markov Additive Arrival Process and heterogeneous Phase-Type service time distributions. We show that for these queueing systems the structural properties of optimal control policies, e.g. monotonicity properties and threshold structure, are preserved. Moreover, we show that these systems possess specific properties, e.g. the dependence of optimal policies on the arrival and service statistics. In order to practically use controlled stochastic models, it is necessary to obtain a quick and an effective method to find optimal policies. We present the iteration algorithm which can be successfully used to find an optimal solution in case of a large state space.
Diese Arbeit stellt eine einheitliche Workbench zur Entwicklung von mobilen Anwendungen in multihop Ad-Hoc-Netzwerken vor. Die einheitliche Workbench besteht aus drei Bausteinen: einem Simulator für diese Netzwerke, einer hybriden Emulationsumgebung für mobile multihop Ad-Hoc-Netzwerke und einer Ausführungsplattform für Anwendungen auf mobilen Geräten. Anwendungen können bereits im Simulator vollständig implementiert und evaluiert werden. Der entstandene Code kann unverändert sowohl im Emulationsteil als auch auf der Ausführungsplattform für mobile Geräte eingesetzt werden. Im passenden dreistufigen Entwicklungsprozeß wird die Anwendung im Simulator implementiert und getestet, bevor sie -- zusammen mit einer graphischen Oberfläche -- in der hybriden Emulationsumgebung weiter evaluiert und optimiert wird. Zuletzt erfolgt die Erprobung auf mobilen Geräten im Feldversuch. Mehrere tausend bis zehntausend mobile Geräte können in der Workbench durch die Beschränkung auf die topologischen Aspekte des Ad-Hoc-Netzwerks und eine besondere Bewegungsmodellabstraktion, die die besonders effiziente Berechnung der Bewegungs- und Konnektivitätsdaten der Geräte ermöglicht, effizient simuliert werden. Die Vorausberechnung und Wiederverwendung dieser Daten ist möglich. Simulationen können in Echtzeit detailliert visualisiert werden, wobei die Art der Visualisierung und das Ausgabeformat vom Benutzer definiert werden können. Die Workbench und der Softwareentwicklungsprozeß für Anwendungen in mobilen multihop Ad-Hoc-Netzwerken werden anhand einer Fallstudie erprobt. Dabei werden die Erfahrungen bei der Implementierung einer Middleware für Ad-Hoc-Anwendungen sowie bei der Entwicklung einer selbstorganisierenden Auktionsanwendung aufgezeigt.