通信網(wǎng)絡(luò)中非線性優(yōu)化的關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、在過去的數(shù)年中，非線性優(yōu)化框架已經(jīng)被成功的應(yīng)用到了通信系統(tǒng)中的一個(gè)較寬廣的領(lǐng)域，從高速因特網(wǎng)，到無(wú)線Ad hoc網(wǎng)絡(luò)，從均衡技術(shù)和編碼到寬帶接入，從信息論到網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣！１菊撐膰L試對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)中的非線性優(yōu)化問題的關(guān)鍵技術(shù)，以及非線性優(yōu)化在通信網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用進(jìn)行探討。 首先，考慮非線性優(yōu)化方法應(yīng)用在通信網(wǎng)絡(luò)的資源分配問題中。特別的，本論文考慮一個(gè)OFDMA網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景的等功率分配下的子載波分配問題。提出了一種與控制論有相似性的自適應(yīng)算法。

2、首先通過定義效用函數(shù)的方法，將子載波分配問題抽象為一個(gè)非線性目標(biāo)函數(shù)優(yōu)化問題。然后通過控制和調(diào)整實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)和非實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)在子載波分配中的權(quán)重，通信網(wǎng)絡(luò)集中控制器可以自適應(yīng)調(diào)節(jié)實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)和非實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的公平性。這種類似于控制論中的負(fù)反饋控制的方法可以認(rèn)為是本部分的亮點(diǎn)和創(chuàng)新。 通信網(wǎng)絡(luò)中的非線性優(yōu)化問題的一個(gè)顯著難點(diǎn)就是求解復(fù)雜度高，特別是當(dāng)目標(biāo)問題是非凸問題時(shí)。基于這個(gè)原因，目前學(xué)術(shù)界提出了基于“網(wǎng)絡(luò)效用函數(shù)最大化”（NUM）理論的多種

3、非線性優(yōu)化問題的分解方法?！熬W(wǎng)絡(luò)效用函數(shù)最大化”理論的核心就是把通信網(wǎng)絡(luò)本身看作一個(gè)非線性優(yōu)化器；網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)可以分布式地協(xié)同參與完成網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化過程。當(dāng)目標(biāo)問題非凸時(shí)，亦可以采用求解目標(biāo)問題的對(duì)偶問題（是凸問題）從而避免直接處理目標(biāo)問題，使問題得到解決。近幾年研究得非常多的即是如何將一個(gè)NUM問題進(jìn)行分解，從而便于網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行處理。這部分本論文將總結(jié)近些年學(xué)術(shù)界提出的多種分解方法，并通過數(shù)值仿真比較它們的性能。 接著，本文考

4、慮非線性優(yōu)化問題中的一個(gè)關(guān)鍵問題，即通用效用函數(shù)定義方法。通用效用函數(shù)定義是通信網(wǎng)絡(luò)中非線性優(yōu)化問題的一個(gè)新出現(xiàn)的研究點(diǎn)。它著眼于探討是否存在一種通用的效用函數(shù)定義方法，可以在保證非線性優(yōu)化問題的目標(biāo)函數(shù)凸性的前提下，保證完整、客觀地刻畫數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)特性，例如延時(shí)、吞吐量、丟包率等。在這部分，基于作者發(fā)表在ICC會(huì)議的一篇論文，對(duì)OFDMA系統(tǒng)下的通用效用函數(shù)定義給出一系列設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。這系列準(zhǔn)則可以為后來(lái)的研究人員更好地研究OFDMA系統(tǒng)下的

5、資源分配問題提供幫助。 非線性優(yōu)化是求解網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化問題的通用方法，既可以應(yīng)用在集中式網(wǎng)絡(luò)中，也可以應(yīng)用在分布式網(wǎng)絡(luò)中。例如，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）中的分布式數(shù)據(jù)融合問題就可以建模為一個(gè)典型的非線性優(yōu)化問題。數(shù)據(jù)融合（Data Fusion）是個(gè)信號(hào)處理領(lǐng)域的術(shù)語(yǔ)，已經(jīng)研究了數(shù)十年。近幾年，由于WSN的廣泛使用，如何高效率利用WSN的分布式特性進(jìn)行有效的數(shù)據(jù)融合引起了學(xué)者們的興趣。因此多種基于非線性優(yōu)化的分布式數(shù)據(jù)融合算法被提出，