基于博弈論的網絡流量速率分配及控制研究.pdf

1、隨著網絡技術的不斷發(fā)展及新型網絡的不斷出現(xiàn)，導致對各種復雜異構網絡的資源進行高效地分配和管理是異常困難的。網絡上承載業(yè)務在數量上持續(xù)快速地增長則加劇了這種困難。在網絡資源分配及管理框架中，網絡流量速率分配及控制對提升網絡整體性能、保障用戶業(yè)務流量QoS及避免網絡擁塞等具有至關重要的地位及作用。傳統(tǒng)網絡流量速率分配及控制研究主要是從控制論及最優(yōu)化理論的角度進行的，這些方法需要集中控制及全局信息，其復雜度相對較高。網絡異構性及網絡不斷融合特

2、征導致網絡中可能存在自私流量或結點的場景，而網絡固有的分布式特征，則使得網絡流量很難擁有網絡的全局信息。針對上述復雜的狀況，博弈論提供了一系列工具對分布式不完全信息環(huán)境下自私理性的用戶競爭資源問題建立數學模型，并能對不完全信息下的最優(yōu)資源分配進行求解。本文針對基于不同技術構建的網絡，應用博弈論對不同網絡的流量速率分配及控制機制進行了研究。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絡速率最優(yōu)分配機制。應用經

3、濟學中的社會福利函數思想和根據流量的優(yōu)先級構造了基于公平意識的流量效用函數，證明了網絡帶寬最優(yōu)分配模型的納什均衡解存在性，提出了一種基于優(yōu)先級的網絡帶寬最優(yōu)分配機制。仿真結果表明了提出的帶寬分配機制既能使得流量根據優(yōu)先級獲得區(qū)分服務又能保證帶寬分配相對公平，從而保證網絡中不同業(yè)務流的QoS。
　　 2 建立了基于非合作博弈的無線自組織網絡流量控制模型。根據無線自組織網絡中流量控制和無線信道的特性，利用非合作博弈理論構造了基于網絡

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

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

6、認知無線單跳網絡流量速率控制模型。應用反向歸納法對提出Stackelberg博弈模型納什均衡進行分析，證明了模型的納什均衡存在性及唯一性，并提出了基于stackelberg 博弈的認知無線單跳網絡速率控制算法。仿真驗證了模型的正確性及有效性，仿真結果表明在模型的納什均衡處網絡整體效用是最優(yōu)的。
　　 5.提出了基于勢力場博弈的無線網絡視頻流速率控制模型及算法。根據視頻流特性定義了基于信噪比和流量速率的勢力場效用函數，建立了基于勢