[论文解读] The Value of State Dependent Control in Ridesharing Systems

Siddhartha Banerjee, Yash Kanoria+1 more|arXiv (Cornell University)|Mar 13, 2018

Transportation and Mobility Innovations参考文献 19被引用 13

一句话总结

本文提出了适用于网约车系统的缩放最大权重（SMW）调度策略，其中车辆分配依赖于实时系统状态。在完全资源共享条件下，SMW策略可确保需求丢失概率随车队规模增大而呈指数衰减，其中一种SMW策略通过基于请求率保护供给不足的位置，实现了最优衰减指数。

ABSTRACT

We study the design of state-dependent control for a closed queueing network model of ridesharing systems. We focus on the dispatch policy, where the platform can choose which vehicle to assign when a customer request comes in, and assume that this is the exclusive control lever available. The vehicle once again becomes available at the destination after dropping the customer. We consider the proportion of dropped demand in steady state as the performance measure. We propose a family of simple and explicit state-dependent policies called Scaled MaxWeight (SMW) policies and prove that under the complete resource pooling (CRP) condition (analogous to the condition in Hall's marriage theorem), each SMW policy leads to exponential decay of demand-dropping probability as the number of vehicles scales to infinity. We further show that there is an SMW policy that achieves the optimal exponent among all dispatch policies, and analytically specify this policy in terms of the customer request arrival rates for all source-destination pairs. The optimal SMW policy protects structurally under-supplied locations.

研究动机与目标

• 设计依赖于状态的调度策略，以在重载条件下最小化网约车系统中的需求丢失概率。
• 分析在车辆在服务后返回至下车地点的闭合排队网络模型中调度策略的性能。
• 识别一种调度策略，使其在车辆数量增加时实现需求丢失概率的最优指数衰减率。
• 以各起点-终点对的客户请求到达率来显式表征最优策略。
• 表明最优策略天然地保护网络中结构性供给不足的位置。

提出的方法

• 提出一类依赖于状态的调度策略，称为缩放最大权重（SMW），其中车辆分配基于缩放后的队列长度和请求率。
• 使用闭合排队网络模型来表示车辆和客户流在各起点-终点对之间的动态行为。
• 将完全资源共享（CRP）条件——类似于Hall婚姻定理——作为关键结构假设，以确保系统稳定性和性能保证。
• 推导需求丢失概率的衰减率作为系统规模的函数，表明在SMW策略下可实现指数衰减。
• 通过在所有可能的SMW策略中最大化衰减指数，识别出最优SMW策略。
• 分析最优策略的结构，表明其优先考虑供给相对需求较低的位置。

实验结果

研究问题

• RQ1 在网约车系统中，何种调度策略结构可使需求丢失概率随车队规模增大而实现最快衰减？
• RQ2 完全资源共享条件如何影响依赖于状态的调度策略在网约车网络中的性能？
• RQ3 能否推导出一种简单且显式的策略，使其达到需求丢失概率的最优衰减指数？
• RQ4 最优策略如何保护网络中的结构性供给不足位置？
• RQ5 最优调度策略的解析形式如何以客户请求到达率来表达？

主要发现

• 在完全资源共享条件下，所有缩放最大权重（SMW）策略均可确保需求丢失概率随车辆数量增加而呈指数衰减。
• 存在一种特定的SMW策略，其在所有可能的调度策略中实现了最优衰减指数。
• 最优SMW策略可显式地以所有起点-终点对的客户请求到达率来表征。
• 最优策略通过在车辆分配中优先考虑这些位置，天然地保护了结构性供给不足的位置。
• 采用最优SMW策略带来的性能增益通过最大衰减指数体现，且仅在此特定策略下可实现。
• SMW框架为大规模网约车系统中设计高性能调度策略提供了可扩展且分析可 tractable 的方法。