基于博弈論的網(wǎng)絡(luò)流量速率分配及控制研究.pdf

1、隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展及新型網(wǎng)絡(luò)的不斷出現(xiàn)，導(dǎo)致對(duì)各種復(fù)雜異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的資源進(jìn)行高效地分配和管理是異常困難的。網(wǎng)絡(luò)上承載業(yè)務(wù)在數(shù)量上持續(xù)快速地增長則加劇了這種困難。在網(wǎng)絡(luò)資源分配及管理框架中，網(wǎng)絡(luò)流量速率分配及控制對(duì)提升網(wǎng)絡(luò)整體性能、保障用戶業(yè)務(wù)流量QoS及避免網(wǎng)絡(luò)擁塞等具有至關(guān)重要的地位及作用。傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)流量速率分配及控制研究主要是從控制論及最優(yōu)化理論的角度進(jìn)行的，這些方法需要集中控制及全局信息，其復(fù)雜度相對(duì)較高。網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)性及網(wǎng)絡(luò)不斷融合特

2、征導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)中可能存在自私流量或結(jié)點(diǎn)的場(chǎng)景，而網(wǎng)絡(luò)固有的分布式特征，則使得網(wǎng)絡(luò)流量很難擁有網(wǎng)絡(luò)的全局信息。針對(duì)上述復(fù)雜的狀況，博弈論提供了一系列工具對(duì)分布式不完全信息環(huán)境下自私理性的用戶競(jìng)爭(zhēng)資源問題建立數(shù)學(xué)模型，并能對(duì)不完全信息下的最優(yōu)資源分配進(jìn)行求解。本文針對(duì)基于不同技術(shù)構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)用博弈論對(duì)不同網(wǎng)絡(luò)的流量速率分配及控制機(jī)制進(jìn)行了研究。本文取得的主要成果如下：
　　 1 提出了一種基于博弈論的新一代網(wǎng)絡(luò)速率最優(yōu)分配機(jī)制。應(yīng)用經(jīng)

3、濟(jì)學(xué)中的社會(huì)福利函數(shù)思想和根據(jù)流量的優(yōu)先級(jí)構(gòu)造了基于公平意識(shí)的流量效用函數(shù)，證明了網(wǎng)絡(luò)帶寬最優(yōu)分配模型的納什均衡解存在性，提出了一種基于優(yōu)先級(jí)的網(wǎng)絡(luò)帶寬最優(yōu)分配機(jī)制。仿真結(jié)果表明了提出的帶寬分配機(jī)制既能使得流量根據(jù)優(yōu)先級(jí)獲得區(qū)分服務(wù)又能保證帶寬分配相對(duì)公平，從而保證網(wǎng)絡(luò)中不同業(yè)務(wù)流的QoS。
　　 2 建立了基于非合作博弈的無線自組織網(wǎng)絡(luò)流量控制模型。根據(jù)無線自組織網(wǎng)絡(luò)中流量控制和無線信道的特性，利用非合作博弈理論構(gòu)造了基于網(wǎng)絡(luò)

4、流量速率和時(shí)延為參數(shù)的流量收益函數(shù)，建立了非合作博弈的無線自組織網(wǎng)絡(luò)流量控制模型，證明了流量控制模型的納什均衡解存在性。數(shù)值仿真結(jié)果表明該模型存在納什均衡解，能有效對(duì)網(wǎng)絡(luò)中流量進(jìn)行控制，滿足不同業(yè)務(wù)的用戶流量QoS需求。
　　 3.建立了基于多組博弈的網(wǎng)絡(luò)流量控制模型。借鑒多組博弈模型來研究新型的網(wǎng)絡(luò)流量控制模型，構(gòu)造了基于網(wǎng)絡(luò)流量速率和時(shí)延為參數(shù)的流量效用函數(shù)，使之能適度地滿足不同業(yè)務(wù)的用戶流量QoS需求，利用多組博弈模型建立

5、了基于Min-MaX的公平網(wǎng)絡(luò)流量控制博弈模型。理論上證明了提出網(wǎng)絡(luò)流量控制模型的非劣納什策略存在性。數(shù)值仿真驗(yàn)證了模型的正確性，仿真結(jié)果驗(yàn)證了用戶流量在非劣納什均衡點(diǎn)效用值是帕累托占優(yōu)的。
　　 4.提出了基于Stackelberg博弈的認(rèn)知無線單跳網(wǎng)絡(luò)速率控制模型及算法。定義博弈追隨者效用函數(shù)為流量吞吐率收益減去支付給認(rèn)知無線接入點(diǎn)的成本，博弈領(lǐng)頭者效用函數(shù)為認(rèn)知結(jié)點(diǎn)所付成本總和，從而建立了基于Stackelberg 博弈的

6、認(rèn)知無線單跳網(wǎng)絡(luò)流量速率控制模型。應(yīng)用反向歸納法對(duì)提出Stackelberg博弈模型納什均衡進(jìn)行分析，證明了模型的納什均衡存在性及唯一性，并提出了基于stackelberg 博弈的認(rèn)知無線單跳網(wǎng)絡(luò)速率控制算法。仿真驗(yàn)證了模型的正確性及有效性，仿真結(jié)果表明在模型的納什均衡處網(wǎng)絡(luò)整體效用是最優(yōu)的。
　　 5.提出了基于勢(shì)力場(chǎng)博弈的無線網(wǎng)絡(luò)視頻流速率控制模型及算法。根據(jù)視頻流特性定義了基于信噪比和流量速率的勢(shì)力場(chǎng)效用函數(shù)，建立了基于勢(shì)