Как эффективно оценить медиану экспоненциально распределенной величины?
Построение гистограммы - это довольно легко, только вот информативность там не самая лучшая. Особенно в вашем случае.
Вы поясните, что вы вкладываете в значение оценить. Т.е. о чем должна говорить оценка. Если вам критично количество долгих запросов - то можно как оценку взять количество запросов отклоняющихся от математического ожидания на какую-нибудь величину(см. неравенство Чебышева). Если вас что-то другое интересует - то укажите, будем думать
> Простая оценка Х как среднее значение ряда является несостоятельной. 
Почему нельзя выбрасывать выпады при вычислении среднего которые в № раз больше/меньше чем текущее среднее ? 
Рекурентную формулу для вычисления  среднего арифметического на окне из № отсчетов думаю найти можно, или вывести в тетрадке.