多服務(wù)網(wǎng)絡(luò)資源分配模型和定價機(jī)制研究.pdf

1、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的研究經(jīng)歷了開放系統(tǒng)互聯(lián)、高速網(wǎng)絡(luò)及協(xié)議實(shí)現(xiàn)、高性能網(wǎng)絡(luò)等發(fā)展階段，目前正在進(jìn)入高可用網(wǎng)絡(luò)研究階段。隨著網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的日益普及和新型應(yīng)用的不斷涌現(xiàn)，網(wǎng)絡(luò)的社會性也在不斷增強(qiáng)，并推動互聯(lián)網(wǎng)從單純的信息基礎(chǔ)設(shè)施，逐漸發(fā)展成為社會的重要組成部分。在此過程中，網(wǎng)絡(luò)資源的控制和分配顯得尤為重要，如何將有限的資源，以合適的方式，分配給適當(dāng)?shù)挠脩?，發(fā)揮其應(yīng)有的價值，成為網(wǎng)絡(luò)研究工作者必須考慮的問題。采用經(jīng)濟(jì)學(xué)的理論和方法，對多服務(wù)網(wǎng)絡(luò)的資源分配

2、問題進(jìn)行建模分析和研究，近年來受到研究人員的普遍關(guān)注。 論文從擁塞控制、QoS提供等網(wǎng)絡(luò)資源分配常用的技術(shù)手段和面臨的困境入手，分析了經(jīng)濟(jì)學(xué)方法應(yīng)用于多服務(wù)網(wǎng)絡(luò)資源分配問題中的必要性和可行性，并分別針對網(wǎng)絡(luò)資源分配的優(yōu)化目標(biāo)、實(shí)現(xiàn)手段，以及定價機(jī)制在多QoS服務(wù)提供中的具體應(yīng)用等方面存在的問題，進(jìn)行了比較系統(tǒng)的探討和研究。 論文包括三個部分的內(nèi)容：第一部分(第二、三章)，在現(xiàn)狀分析的基礎(chǔ)上，研究并提出具有一定經(jīng)濟(jì)學(xué)意義的

3、網(wǎng)絡(luò)資源分配優(yōu)化模型；第二部分(第四、五章)，針對有連接接納控制和無連接速率控制兩種情形，研究面向彈性非實(shí)時應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)定價和資源分配機(jī)制；第三部分(第六、七、八章)，針對硬實(shí)時接納控制、軟實(shí)時速率控制，以及多服務(wù)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)先級分配等情形，研究面向?qū)崟r應(yīng)用和特定QoS要求的網(wǎng)絡(luò)定價和資源分配機(jī)制。具體來說： 第二章介紹了一些基本的經(jīng)濟(jì)學(xué)概念和思想，如效用、效用最大化和用戶需求、總效用和社會福利最大化的資源分配目標(biāo)等，分析了社會福利最大

4、化目標(biāo)與一些常用的公平性原則，如最大-最小公平、加權(quán)比例公平等的關(guān)系。概括了定價機(jī)制在網(wǎng)絡(luò)資源分配問題中的應(yīng)用和研究現(xiàn)狀，介紹了擁塞定價和QoS定價的基本思想，對定價方法、定價實(shí)現(xiàn)機(jī)制等進(jìn)行了比較全面的歸納分析，并結(jié)合價格作用的時間尺度、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的連接特性和QoS要求等，給出了定價機(jī)制應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)資源分配問題的基本思路。 第三章分析了網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的生產(chǎn)和消費(fèi)特性，給出網(wǎng)絡(luò)資源分配的生產(chǎn)．消費(fèi)概念模型，并采用福利經(jīng)濟(jì)學(xué)的分析方法，得到資

5、源分配問題的優(yōu)化目標(biāo)，指出當(dāng)社會福利函數(shù)取得最大值時，網(wǎng)絡(luò)資源分配達(dá)到效率和公平意義上的最優(yōu)。通過對資源約束、QoS約束等進(jìn)行數(shù)學(xué)抽象，將資源分配的概念模型轉(zhuǎn)化為一個多約束優(yōu)化模型NRAP，并區(qū)分單節(jié)點(diǎn)和多節(jié)點(diǎn)情形，對模型做了進(jìn)一步的分析，給出了求解示例。 第四章面向有連接的彈性應(yīng)用，探討了基于可變連接價格的TCP接納控制問題。將該問題描述為追求連接阻塞率最小化和活動連接時長最大化的多目標(biāo)優(yōu)化問題，分別考察了在連接請求確定和隨機(jī)

6、到達(dá)時的連接價格確定問題，提出了在阻塞率不高于某一設(shè)定值的情況下，使得單位時間內(nèi)期望活動連接時長最大化的連接價格調(diào)整算法，并給出了基于Socks代理協(xié)議的實(shí)現(xiàn)方案。 第五章面向無連接的彈性應(yīng)用，探討了基于擁塞價格的速率控制問題。針對已有的梯度投影算法收斂速度慢、效率不高的問題，提出了基于近似共軛梯度法的鏈路價格調(diào)整算法，分析了基于概率標(biāo)記的端到端價格傳遞機(jī)制，并重點(diǎn)探討了價格估計中的樣本量選擇問題，以使價格估計具有較高的精度和一

7、定的可信度。在此基礎(chǔ)上，把連接一級的接納控制和分組一級的速率控制相結(jié)合，提出了基于多尺度擁塞定價的資源分配思想，以適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和算法部署的實(shí)際需要。 第六章面向有明確QoS要求的硬實(shí)時應(yīng)用，探討了基于有效帶寬的接納控制和網(wǎng)絡(luò)定價問題。從有效帶寬的“生產(chǎn)函數(shù)”特性出發(fā)，分析了以價格為導(dǎo)向、以費(fèi)用最小化為目標(biāo)的有效帶寬資源組合方式，從相對價格和絕對價格調(diào)整兩個層面，提出了追求分配步調(diào)一致和資源有效利用率的帶寬/緩沖區(qū)價格調(diào)整算法。

8、 第七章面向速率自適應(yīng)和時延自適應(yīng)的軟實(shí)時應(yīng)用，探討了帶擁塞補(bǔ)償?shù)木W(wǎng)絡(luò)定價和速率控制問題。對其網(wǎng)絡(luò)費(fèi)用構(gòu)成進(jìn)行了分析，提出了帶擁塞補(bǔ)償?shù)木W(wǎng)絡(luò)定價機(jī)制和算法，對造成網(wǎng)絡(luò)擁塞的數(shù)據(jù)流收取額外的擁塞費(fèi)用，對受到擁塞影響的數(shù)據(jù)流給予一定的價格補(bǔ)償。給出了擁塞/補(bǔ)償價格的設(shè)置原則，并分析說明了算法的激勵相容性。 第八章面向支持多種服務(wù)的區(qū)分服務(wù)/多優(yōu)先級服務(wù)網(wǎng)絡(luò)，探討了基于區(qū)別定價的多QoS服務(wù)選擇問題。將應(yīng)用層面的QoS選擇和設(shè)定

9、，轉(zhuǎn)化為技術(shù)層面的服務(wù)令牌分配問題進(jìn)行研究，提出了基于預(yù)算約束和效用最大化的服務(wù)令牌分配機(jī)制以及基于服務(wù)令牌的端用戶DSCP設(shè)定算法，并區(qū)分服務(wù)容量固定不變和動態(tài)調(diào)整兩種情形，給出了網(wǎng)絡(luò)端自適應(yīng)的多QOS服務(wù)價格調(diào)整與資源分配算法。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本文提出的網(wǎng)絡(luò)資源分配模型、算法思想和網(wǎng)絡(luò)定價實(shí)現(xiàn)機(jī)制，具有相當(dāng)?shù)目尚行院鸵欢ǖ膬?yōu)越性。我們認(rèn)為，將經(jīng)濟(jì)學(xué)理論和方法應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)資源分配問題中，將對網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的研究及其協(xié)議和算法機(jī)制的