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

1、計(jì)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(huì)性也在不斷增強(qiáng)，并推動(dòng)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(huì)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(jià)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(jià)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(gè)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(shí)應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)定價(jià)和資源分配機(jī)制；第三部分(第六、七、八章)，針對硬實(shí)時(shí)接納控制、軟實(shí)時(shí)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(shí)應(yīng)用和特定QoS要求的網(wǎng)絡(luò)定價(jià)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(huì)福利最大化的資源分配目標(biāo)等，分析了社會(huì)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(jià)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(jià)和QoS定價(jià)的基本思想，對定價(jià)方法、定價(jià)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(jià)格作用的時(shí)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(jià)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(huì)福利函數(shù)取得最大值時(shí)，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(gè)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(jià)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(dòng)連接時(shí)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(shí)的連接價(jià)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(shí)間內(nèi)期望活動(dòng)連接時(shí)長最大化的連接價(jià)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(jià)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(jià)格調(diào)整算法，分析了基于概率標(biāo)記的端到端價(jià)格傳遞機(jī)制，并重點(diǎn)探討了價(jià)格估計(jì)中的樣本量選擇問題，以使價(jià)格估計(jì)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(jià)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(shí)應(yīng)用，探討了基于有效帶寬的接納控制和網(wǎng)絡(luò)定價(jià)問題。從有效帶寬的“生產(chǎn)函數(shù)”特性出發(fā)，分析了以價(jià)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(jià)格和絕對價(jià)格調(diào)整兩個(gè)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(jià)格調(diào)整算法。

8、 第七章面向速率自適應(yīng)和時(shí)延自適應(yīng)的軟實(shí)時(shí)應(yīng)用，探討了帶擁塞補(bǔ)償?shù)木W(wǎng)絡(luò)定價(jià)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(jià)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(jià)格補(bǔ)償。給出了擁塞/補(bǔ)償價(jià)格的設(shè)置原則，并分析說明了算法的激勵(lì)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(jià)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(dòng)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(jià)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(jià)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