效用最优化的无线网络资源分配研究

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全球通信技术长期以来一直处于高速发展,各种网络接入技术不断成熟,逐渐呈现泛在、异构的网络环境。而用户业务需求也越来越多样化,各种高速率数据业务层出不穷,未来的业务将呈现泛在、异构、多样化、智能化及个性化等特点。面对这种相互融合补充的网络结构,个性化的用户需求,多样化的业务类型,以用户需求为中心,增强用户的业务体验将变得尤为重要。如何在无线网络有限的资源下,满足各种业务的服务质量(Quality of Service, QoS)要求,使得系统效用或者运营商收益能够达到最大化,是一个相当值得研究的课题。本文基于效用理论,首先构建动态统一效用函数,然后分别针对传统单路径和多路径网络,研究效用最优化的资源分配策略,主要的研究内容和贡献如下:第一,针对不同业务的特性,将用户行为、偏好、无线环境等影响因素加入到业务的效用函数中,建立了一个融合各种业务的动态统一效用函数表达,并提出一种网络性能与用户行为的互动演化机制。在此基础上,提出基于统一效用的资源分配模型,并将效用函数实现的公平性与其他公平准则进行了对比分析。第二,针对传统单路径网络,基于如何有效利用和公平分配有限的网络资源,从而优化网络性能,提高社会福利,提出一种效用及实时业务QOS联合保证的资源分配方案。该方案不再单纯以效用最优为资源分配目标,将效用模型与具有不同QOS需求的业务相结合,通过定义期望带宽与需求带宽,结合效用的变化,建立排序准则,在该准则下依次首先满足QoS保证业务的需求带宽。在此基础上,再将剩余带宽在QoS保证业务与BE业务间以效用最大化的优化目标进行资源分配。结果表明,提出的方案不仅体现了资源分配效率的要求,达到系统效用的最优,同时优先保证实时业务的QOS要求,并减少QOS保证业务与尽力而为BE(Best Effort, BE)业务之间的不公平度,且其算法复杂度较低,易于实现,为优化网络系统的整体性能提供了研究思路。第三,近年来,基于多路径传输技术的很多研究工作集中在路径管理机制,较少研究系统效用及网络收益问题。基于多路径传输技术的发展,分析了多路径传输技术的关键性问题,提出一种效用最优化的多路径资源分配模型,即CMT-NUM模型。对模型求解的经济学含义进行了分析,最后利用经济学理论设计算法求解。仿真结果表明,该方案在保证业务最低需求的条件下,实现了系统效用的最大化。此外,针对系统效用与运营商收益的关系进行了详细的定性探讨,为运营商的定价、资源配置等决策提供参考。
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