ІМІТАЦІЙНЕ МОДЕЛЮВАННЯ ДОВЖИНИ ЧЕРГИ ТА ЧАСУ ОЧІКУВАННЯ В РОЗПОДІЛЕНИХ МЕРЕЖЕВИХ СЕРВІСАХ З АВТОСКЕЙЛІНГОМ З УРАХУВАННЯМ ЗАТРИМКИ АКТИВАЦІЇ РЕСУРСІВ

Анотація

У статті досліджується вплив затримки активації ресурсів (cold start) на основні характеристики систем масового обслуговування - середню довжину черги та середній час очікування - у розподілених мережевих сервісах з автоскейлінгом. Актуальність роботи зумовлена широким використанням хмарних і мікросервісних архітектур, у яких затримка запуску нових інстансів може суттєво впливати на якість обслуговування, особливо при бурстових навантаженнях. На відміну від більшості існуючих досліджень, що базуються на пуассонівських потоках заявок та припущенні миттєвої активації ресурсів, у роботі розглядається детермінований бурстовий потік, характерний для сервісів онлайн відеоконференцій. Метод дослідження ґрунтується на дискретно-подієвому імітаційному моделюванні із застосуванням середовища GPSS World. Розроблено дві моделі системи: базову з нульовою затримкою активації та розширену, що враховує ненульовий час ініціалізації серверів. Реалізовано механізм автоскейлінгу з пороговою логікою та квитковою (token-based) системою обмеження масштабування. Проведено серію експериментів при значеннях затримки активації τ у діапазоні від 0 до 9 одиниць модельного часу з фіксацією основних метрик: середньої довжини черги, часу очікування, пікових значень та інтенсивності операцій масштабування. Отримані результати показали нелінійний характер залежності часу очікування та довжини черги від затримки активації. Виявлено чотири характерні режими роботи системи: зона швидкого зростання при малих τ, зона насичення, резонансна зона при τ, рівному інтервалу між бурстами, та зона деградації при τ, що перевищує цей інтервал. Встановлено ефект «детермінованого резонансу», за якого система демонструє покращення характеристик завдяки синхронізації моменту активації ресурсів із надходженням навантаження. Також зафіксовано ефект надмірної активності автоскейлера при малих затримках, що відповідає явищу oscillation у реальних системах. Практична цінність роботи полягає у визначенні кількісних залежностей між параметрами автоскейлінгу та характеристиками якості обслуговування, що дозволяє обґрунтовано налаштовувати параметри масштабування у хмарних середовищах. Запропонований підхід може бути використаний для аналізу інших типів навантаження та оптимізації поведінки систем із динамічним розподілом ресурсів.