A reliability of software is a type of nonfunctional requirement. Traditionally, a validation of the reliability is processed at the integration phase in software development life cycle. However, it increases the cost and the risk for the development. In this paper, we propose reliability analysis method based on mathematical analytic model at the architecture design phase of the development process as follows. First, we propose the software modeling methodology for reliability analysis using Hierarchical combined Queueing Petri Nets(HQPN). Second, we derive the Markov Reward Model from the HQPN based model. We apply our approach to the video conference system to verify the usefulness of our approach. Our approach supports quantitative evaluation of the reliability.
In this research, we study the problem of opportunistic spectrum access (OSA) in a time-varying environment with fading channels, where the channel state is characterized by both channel quality and the occupancy of primary users (PUs). First, a finite-state Markov channel model is introduced to represent a fading channel. Second, by probing channel quality and exploring the activities of PUs jointly, a two-dimensional partially observable Markov decision process framework is proposed for OSA. In addition, a greedy strategy is designed, where a secondary user selects a channel that has the best-expected data transmission rate to maximize the instantaneous reward in the current slot. Compared with the optimal strategy that considers future reward, the greedy strategy brings low complexity and relatively ideal performance. Meanwhile, the spectrum sensing error that causes the collision between a PU and a secondary user (SU) is also discussed. Furthermore, we analyze the multiuser situation in which the proposed single-user strategy is adopted by every SU compared with the previous one. By observing the simulation results, the proposed strategy attains a larger throughput than the previous works under various parameter configurations.
To obtain realistic performance measures for wireless networks, one should consider changes in performance due to failure related behavior. In performability analysis, simultaneous consideration is given to both pure performance and performance with failure measures. SRN is an extension of stochastic Petri nets and provides compact modeling facilities for system analysis. In this paper, a new methodology to model and analyze performability based on stochastic reward nets (SRN) is presented. Composite performance and availability SRN models for wireless handoff schemes are developed and then these models are decomposed hierarchically. The SRN models can yield measures of interest such as blocking and dropping probabilities. These measures are expressed in terms of the expected values of reward rate functions for SRNs. Numerical results show the accuracy of the hierarchical model. The key contribution of this paper constitutes the Petri nets modeling techniques instead of complicate numerical analysis of Markov chains and easy way of performance analysis for channel allocation under SRN reward concepts.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.10
no.8
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pp.3602-3620
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2016
Dynamic topology is one of the main influence factors on network performability. However, it was always ignored by the traditional network performability assessment methods when analyzing large-scale mobile ad hoc networks (MANETs) because of the state explosion problem. In this paper, we address this problem from the perspective of complex network. A two-layer hierarchical modeling approach is proposed for MANETs performability assessment, which can take both the dynamic topology and multi-state nodes into consideration. The lower level is described by Markov reward chains (MRC) to capture the multiple states of the nodes. The upper level is modeled as a small-world network to capture the characteristic path length based on different mobility and propagation models. The hierarchical model can promote the MRC of nodes into a state matrix of the whole network, which can avoid the state explosion in large-scale networks assessment from the perspective of complex network. Through the contrast experiments with OPNET simulation based on specific cases, the method proposed in this paper shows satisfactory performance on accuracy and efficiency.
The Markov Chain approach is used to develop an economic adjustment model of a process whose quality can be affected by a single special cause, resulting in changes of the process mean by incorrect adjustment of the process when it is operating according to its capability. The $\bar{X}$ control chart is thus used to signal the special cause. It is demonstrated that the expressions for the expected cycle time and the expected cycle cost are easier to obtain by the proposed approach than by adopting that in Collani, Saniga and Weigang (1994). Furthermore, this approach would be easily extended to derive the expected cycle cost and the expected cycle time for the case of multiple special causes or multiple control charts. A numerical example illustrates the proposed method and its application.
It is important for communication networks to possess the capability to overcome failures and provide survivable services. We address modeling and analysis of performability affected by both performance and availability of system components for a token ring network under failure and repair conditions. Stochastic reward nets (SRN) is an extension of stochastic Petri nets and provides compact modeling facilities for system analysis. In this paper, hierarchical SRN modeling techniques are used to overcome state largeness problem. The upper level model is used to compute availability and the lower level model captures the performance. And Normalized Throughput Loss (NTL) is obtained for the composite ring network for each node failures occurrence as a performability measure. One of the key contributions of this paper constitutes the Petri nets modeling techniques instead of complicate numerical analysis of Markov chains and easy way of performability analysis for a token ring network under SRN reward concepts.
KIPS Transactions on Software and Data Engineering
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v.11
no.8
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pp.331-338
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2022
Successor representation (SR) is a model of human reinforcement learning (RL) mimicking the underlying mechanism of hippocampal cells constructing cognitive maps. SR utilizes these learned features to adaptively respond to the frequent reward changes. In this paper, we evaluated the performance of SR under the context where changes in latent variables of environments trigger the reward structure changes. For a benchmark test, we adopted SR-Dyna, an integration of SR into goal-driven Dyna RL algorithm in the 2-stage Markov Decision Task (MDT) in which we can intentionally manipulate the latent variables - state transition uncertainty and goal-condition. To precisely investigate the characteristics of SR, we conducted the experiments while controlling each latent variable that affects the changes in reward structure. Evaluation results showed that SR-Dyna could learn to respond to the reward changes in relation to the changes in latent variables, but could not learn rapidly in that situation. This brings about the necessity to build more robust RL models that can rapidly learn to respond to the frequent changes in the environment in which latent variables and reward structure change at the same time.
In this paper, we develop queueing network models of communication networks with reliability model considering link failures. The reliability of a communication network with a virtual connection exposed to link failures is analyzed. Stochastic Reward Nets (SRN) is an extension of stochastic Petri nets and provides compact modeling facilities for system analysis. To get the performance index, appropriate reward rates are assigned to its SRN. It is shown that SRN modeling is well suited to specify, automatically generate and solve for reliability under rerouting. Markov models using SRN are developed and solved to depict various rerouting caused by link failures and reliability analysis in communication networks.
Multimedia communication systems are characterized by supporting three different typer of services such as circuit switched services, and packet switched real Lime and non real time services. The wireless channels in a cell ate allocated by calls of these different service classes and the different service requirements have to be met. SRN is an extension of stochastic Petri nets and provides compact Modeling facilities for system analysis. To get the performance index, appropriate reward rates are assigned to its SRN. In this paper, we present a SRN model for performance analysis of channel allocation of multimedia mobile communication systems. The key contribution of this paper constitutes the Petri nets modeling techniques instead of complicate numerical analysis of Markov chains and easy way of performance analysis for channel allocations under SRN rewards concepts.
In a fault-tolerant modern manufacturing systms characterized by the configuration, in which automated redundant machines prone to unexpected failures are interconnected with other complex subsystems such as AGV's, robots, computer control systems to produce complete parts, faulures together with repairs and reconfigurations should be considered as the three basic events to be modeled for computing the performance of manufacturing systems. In this papre, transient analysis is applied to modular cell manufacturing systems form a performability viewpoint whose modeling adantage is that various performanc e measures can be evaluated compositely in the context of application. The hypothertical modular cells are modeled firstly with hybrid decomposition method and availability measures as special cases of performability are computed and comments on performabililty modeling analysis are mentioned.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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