Heuristic algorithm for estimating the number of states of asynchronous MC-flow events | Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta. Upravlenie, vychislitelnaja tehnika i informatika – Tomsk State University Journal of Control and Computer Science. 2014. № 3(28).

Heuristic algorithm for estimating the number of states of asynchronous MC-flow events

The non-synchronous MC-flow of events, which is a mathematical model employed in Integrated Services Digital Networks (ISDNs), is considered. The flow intensity is a piecewise constant stationary random process A(t) with n states A 1,A 2,...,A n (A 1 > A 2 > ... > A n > 0 ). Process A (t) at a moment t is in the state i if A (t) = A ;- (i = 1, n ). During stationary state interval there is a Poisson flow of events with state rate A i . Duration of staying in the i-th state is an exponentially distributed random value with the distribution function F i (т) = 1 - e " , a ii = - X a ij (i = 1, n ), where a^ > 0 (i, j = 1, n , i * j ) is the transition rate from state i to state j. j=1, j *i A flow occurs under conditions of uncertainty when information about the parameters and the number of states is not available. The problem is to estimate the values of unknown parameters A i, a^ (i, j = 1, n , i * j ), and n, using information from the moments t 1,..., tk . According to the definition of a flow, trace includes time intervals with A (t) = A ;- (the stationary state intervals), where the flow behaves like a Poisson flow. We consider the histogram of all possible rate estimates of some stationary state interval, on which N +1 events of a Poisson flow with rate X were realized: t 1,t 2,...,t N+ 1 (A e A 1,A 2,...,A n ). This histogram is an estimate of the mixture of distribution densities: N (N........- (-г f 1Г V¥ Pn ( )= N qfP ( ) Pk ( ) = A ^ VA qkN )= ^^-/-И) , k = 2N ;Xq N )= 1. N (N - 1) k=2 It is proved that P N (A) is an unimodal function, and arg max (P N (A)) = A 0 --_- > A . So, the histogram of all possible rate estimates of a Poisson process has the only maximum. The maximum value indicates the flow rate. Each stationary state interval in the trace of MC-flow is a Poisson flow segment of constant intensity. The histogram, based on this trace, has several maxima in the condition of large duration of stationary state intervals. The number of these maxima is the estimate of the number of states n. The estimates А i, i = 1, n are defined as the maximum points of histogram envelope curve of all possible rate estimates. Another way to determine the estimates А t, i = 1, n is to build n likelihood functions and to solve n optimization problems on maximization of the likelihood functions by the variable X.

Download file
Counter downloads: 350

Keywords

асинхронный МС-поток событий, состояния потока, оценка, интервал стационарности, плотность вероятностей, гистограмма, non-synchronous Markov chain flow of events, flow state, estimation, stationary state interval, probability density, histogram

Authors

NameOrganizationE-mail
Bekkerman Ekaterina A.Tomsk State Universitybekkermankn@tspu.edu.ru
Gortsev Alexander M.Tomsk State Universitygam@mail.fpmk.tsu.ru
Всего: 2

References

Cox D.R. The analysis of non-Markovian stochastic processes // Proceedings of Cambridge Philosophical Society. 1955. V. 51, No. 3. P. 433-441.
Kingman J.F.C. On doubly stochastic Poisson process // Proceedings of Cambridge Philosophical Society. 1964. V. 60, No. 4. P. 923-930.
Горцев А.М., Назаров А.А., Терпугов А.Ф. Управление и адаптация в системах массового обслуживания. Томск: Изд-во ТГУ, 1978. 208 с.
Башарин Г.П., Кокотушкин В.А., Наумов В.А. О методе эквивалентных замен расчета фрагментов сетей связи // Изв. АН СССР. Техн. кибернетика. 1979. № 6. С. 92-99.
Башарин Г.П., Кокотушкин В.А., Наумов В.А. О методе эквивалентных замен расчета фрагментов сетей связи // Изв. АН СССР. Техн. кибернетика. 1980. № 1. С. 55-61.
Neuts M.F. A versatile Markov point process // J. Appl. Probab. 1979. V. 16. P. 764-779.
Lucantoni D.M. New results on the single server queue with a batch Markovian arrival process // Communications in Statistics Stochastic Models. 1991. V. 7. P. 1-46.
Lucantoni D.M., Neuts M.F. Some steady-state distributions for the MAP/SM/1 queue // Communications in Statistics Stochastic Models. 1994. V. 10. P. 575-598.
Card H.C. Doubly stochastic Poisson processes in artificial neural learning // Neural Networks, IEEE Transaction. 1998. V. 9. Issue 1. P 229-231.
Breuer L. An EM algorithm for batch Markovian arrival processes and its comparison to a simpler estimation procedure // Annals of Operations Research. 2002. V. 112. P. 123-138
Telek M., Horvath G. A minimal representation of Markov arrival processes and a moments matching method // Performance Evaluation. 2007. V. 64. P. 1153-1168.
Okamura H., Dohi T., Trivedi K.S. Markovian arrival process parameter estimation with group data // IEEE/ACM Transactions on Networking. 2009. V. 17. P. 1326-1339.
Horvath A., Horvath G., TelekM. A joint moments based analysis of networks of MAP/MAP/1 queues // Performance Evaluation. 2010. V. 67. P. 759-788.
Нежельская Л.А. Нелинейная оптимальная фильтрация дважды стохастического потока с инициативными событиями // Тезисы докладов научно-технической конференции «Микросистема-91». Суздаль. М. : Всесоюзн. общество информатики и вычислительной техники, 1991. С.
Горцев А.М., Нежельская Л.А. Оценка параметров синхронного МС-потока событий // Сети связи и сети ЭВМ : тез. докл. Восьмой Белорус. зимней школы-семинара по теории массового обслуживания. Минск : Изд-во БГУ, 1992. С. 33.
Горцев А.М., Нежельская Л.А Оптимизация параметров адаптера при наблюдении за МС-потоком // Стохастические и детерминированные модели сложных систем. Новосибирск: Изд-во ВЦ СО АН СССР, 1988. С. 20-32.
Горцев А.М., Нежельская Л.А. Оптимальная нелинейная фильтрация марковского потока событий с переключениями // Техника средств связи. Сер. Системы связи. 1989. Вып. 7. С. 46-54.
Нежельская Л.А. Алгоритм оценивания состояний полусинхронного потока событий с учётом мёртвого времени // Массовое обслуживание: потоки, системы, сети: материалы Четырнадцатой Белорус. зимней школы-семинара по теории массового обслуживания. Минск : Изд-во
Горцев А.М., Калягин А.А., Нежельская Л.А. Оптимальная оценка состояний обобщенного полусинхронного потока событий // Вестник Томского государственного университета. Управление, вычислительная техника и информатика. 2010. № 2(11). С. 66-81.
Горцев А.М., Нежельская Л.А. О связи МС-потоков и МАР-потоков событий // Вестник Томского государственного университета. Управление, вычислительная техника и информатика. 2011. № 1(14). С. 13-21.
Gortsev A.M., Nezhel'skaya L.A., Solov 'ev A.A. Optimal State Estimation in MAP Event flows with Unextendable Dead Time // Automation and Remote Control. 2012. V. 73, No. 8. P. 1316-1326.
Bushlanov I.V., Gortsev A.M., Nezhel'skaya L.A. Estimating parameters of the synchronous towfold-stochastic flow of events // Automation and Remote Control. 2008. V. 69, No. 9. P. 1517-1533.
Bushlanov I.V., Gortsev A.M. Optimal estimation of the state of a synchronous double stochastic flow of events // Automation and Remote Control. 2004. V. 65, No. 9. P. 1389-1399.
Горцев А.М., Зуевич В.Л. Оптимальная оценка состояний асинхронного дважды стохастического потока событий с произвольным числом состояний // Вестник Томского государственного университета. Управление, вычислительная техника и информатика. 2010. № 2(11). С.
Горцев А.М., Зуевич В.Л. Оптимальная оценка состояний асинхронного потока событий с конечным числом состояний в условиях непродлевающегося мертвого времени // Вестник Томского государственного университета. Управление, вычислительная техника и информатика
Горцев А.М., Зуевич В.Л. Оптимальная оценка параметров асинхронного дважды стохастического потока событий с произвольным числом состояний // Вестник Томского государственного университета. Управление, вычислительная техника и информатика. 2011. № 4(17). С
Наумов В.А. Марковские модели потоков требований // Системы массового обслуживания и информатика. М. : Изд-во УДН, 1987. С. 67-72.
Феллер В. Введение в теорию вероятностей и её приложения. М. : Мир, 1967. Т. 2. 752 с.
Шуленин В.П. Математическая статистика. Томск : Изд-во НТЛ, 2012. Ч. 1. 540 с.
 Heuristic algorithm for estimating the number of states of asynchronous MC-flow events | Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta. Upravlenie, vychislitelnaja tehnika i informatika – Tomsk State University Journal of Control and Computer Science. 2014. № 3(28).

Heuristic algorithm for estimating the number of states of asynchronous MC-flow events | Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta. Upravlenie, vychislitelnaja tehnika i informatika – Tomsk State University Journal of Control and Computer Science. 2014. № 3(28).

Download full-text version
Counter downloads: 1534