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当前各种无线异构网络共存,不同无线接入网络在网络覆盖面积、业务能力、使用成本上有较大的差异,且服务种类、速率等各不相同,这就必须对网络资源进行优化控制,合理分配网络业务负载。同时,在城市等用户业务比较密集的通信热点地区很容易造成新呼叫的阻塞概率及切换呼叫的掉线率的提高;相对而言,非热点小区的资源利用率低,这就造成整个网络环境的资源分配不均匀。因此对异构无线网络负载均衡的研究是非常必要的。
本文在泛在网络中异构无线网络融合与协同发展背景下,在博弈论和最优化理论的基础上,主要从以下两个方面展开研究,概括如下:
首先,研究了基于非合作博弈的异构无线网络的负载均衡。将博弈论中的非合作博弈与最优化理论相结合,考虑网络中所有用户的利益与网络的效用两个部分,第一部分是用户利益最大化模型,最大化全网络用户利益;第二部分是网络间带宽资源竞争的非合作博弈模型,通过网络之间的非协作博弈使网络根据接入的用户数量来提供带宽与价格,运用迭代算法使其达到非合作博弈的稳定状态--纳什均衡,从而实现了带宽在网络与用户间的均衡分配。同时,还对纳什均衡的存在性、唯一性,以及迭代算法的稳定性进行了证明。最终使各个网络中用户的平均利益达到均衡状态,用户带宽进行合理分配,网络带宽得到充分应用,提高网络带宽的利用率,异构无线网络达到负载均衡。
第二,研究了基于多目标优化的异构无线网络负载均衡算法。在博弈论的效用函数的基础上,利用用户带宽进行两个优化目标的建立:一,全网络效用的最大化;二,网络负载成本的最小化;而两个目标函数之间是相互矛盾的,最大化全网络效用使用户接入带宽较大的网络,而最小化网络负载则是将用户接入带宽较小的网络,为了使用户的利益达到优化,根据最优化理论中的多目标优化来建立联合网络负载与全网络效用的多目标优化模型。文中通过关联矩阵法进行数量化描述,用关联矩阵来表示网络与用户之间的对应关系,采用优化工具箱TOMLAB求解0-1规划问题,得到网络带宽的分配方案以及用户在网络中的接入情况,使带宽优化分配,网络负载均衡。