Alocação ótima de buffers e servidores em redes de filas Markovianas por enxame de partículas.

Abstract

Este estudo investiga o problema de otimização em redes de filas finitas. Trata-se de um desafiador problema de investigação científica. O interesse é adaptar a quantidade de áreas de espera (do inglês, buffers) e a quantidade de servidores, que atendam aos requisitos de desempenho do sistema, como por exemplo, a taxa de saída (do inglês, throughput), que é a taxa na qual o sistema processa suas entradas. A grande maioria dos sistemas tem disponibilidade de recursos limitada, isso para a quantidade de servidores e também para o espaço total em áreas de espera, o custo total envolvido no processo é afetado sobremaneira por esses impactos financeiros. Nesse contexto ganha destaque o problema de alocação conjunta de áreas de espera e servidores, conhecido como BSAP (do inglês Buffers and Servers Allocation Problem), um incitador problema na área de teoria das filas, cuja metodologia de solução pode ser aplicada a diversas situações reais modeladas na forma de filas ou redes de filas. O problema de alocação de áreas de espera e servidores (BSAP) não possui um tratamento simplista do ponto de vista computacional, isso se deve ao fato de se tratar de um problema de programação não linear, cuja solução analítica não apresenta forma fechada, consequentemente devem ser utilizados métodos aproximados e livres de derivada em sua solução. A investigação para obtenção de uma solução para esse problema se torna ainda mais complexa quando o objeto de interesse deixa de ser um sistema de filas simples e se torna uma rede de filas complexa. Um objeto particular é investigar a eficácia do algoritmo Particle Swarm Optimization (PSO) na otimização dessas redes de filas complexas. O foco da pesquisa é avaliar como o algoritmo PSO pode ser aplicado para aprimorar a alocação de recursos, como servidores e espaços de buffers, em diversas topologias de redes de filas com configurações em série, fusão, divisão e mistas. O estudo apresenta garantias de que o algoritmo PSO pode ser utilizado para reduzir os custos totais associados à gestão dessas redes, enquanto se mantém a qualidade do serviço oferecido. O estudo explora a capacidade do algoritmo PSO em fornecer soluções econômicas e eficientes que se adaptam às variações nos custos relativos entre servidores e buffers, bem como às características específicas de cada topologia de rede. Além de avaliar a performance do algoritmo PSO em diferentes cenários, a pesquisa destaca a flexibilidade e a robustez do algoritmo ao lidar com a complexidade das redes de filas. O estudo demonstra que o algoritmo PSO é uma ferramenta poderosa para a otimização de recursos, capaz de contribuir para a redução de custos e melhoria na eficiência operacional das redes de filas.