無線-移動(dòng)網(wǎng)中帶寬分配及其公平性研究.pdf

1、近年來因特網(wǎng)的發(fā)展呈現(xiàn)出網(wǎng)絡(luò)資源相對(duì)稀缺、應(yīng)用多樣化和商業(yè)化幾大特點(diǎn)。無線/移動(dòng)通信網(wǎng)與因特網(wǎng)的融合推動(dòng)了移動(dòng)環(huán)境下多媒體應(yīng)用的發(fā)展，同時(shí)，移動(dòng)環(huán)境下的用戶要求得到與有線環(huán)境中相同的服務(wù)質(zhì)量(QoS)。無線網(wǎng)帶寬資源固有的貧乏性難以滿足這種日益增長(zhǎng)的需要，成為提供多媒體服務(wù)的QoS性能瓶頸。在商業(yè)化環(huán)境下僅僅通過超量供給來解決網(wǎng)絡(luò)資源稀缺和滿足不同類型用戶的服務(wù)要求是不可行的。所以如何合理分配相對(duì)稀缺的網(wǎng)絡(luò)資源、激勵(lì)用戶選擇合適的服務(wù)類

2、型，從而優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)整體的效益，便成為一個(gè)重要的研究課題。 本論文重點(diǎn)研究無線多媒體蜂窩網(wǎng)絡(luò)中，保證多業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量的帶寬分配及其公平性問題。分為兩大部分：第一部分研究連接級(jí)的呼叫接納控制策略，保證系統(tǒng)連接級(jí)的QOS性能指標(biāo)和對(duì)呼叫接納的公平性，這是粗粒度的帶寬分配：第二部分研究帶寬適應(yīng)的公平性問題，這是細(xì)粒度的帶寬分配。兩者均是針對(duì)無線多業(yè)務(wù)蜂窩網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的QoS控制。 在第一部分中，本文側(cè)重利用價(jià)格機(jī)制研究多業(yè)務(wù)無線蜂窩網(wǎng)絡(luò)

3、的呼叫接納控制問題。這部分主要工作如下： 首先，提出了面向多業(yè)務(wù)的基于效用的參數(shù)合并方法。將應(yīng)用以其效用特征曲線進(jìn)行分類，將多業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)化為有限的幾個(gè)效用類，從效用類這一更“粗”的層次上考慮問題，而不是精確對(duì)每個(gè)業(yè)務(wù)進(jìn)行控制，從而大大簡(jiǎn)化了問題。提出了標(biāo)準(zhǔn)呼叫到達(dá)率的概念，將同一效用類內(nèi)的多維流量統(tǒng)一到一維流量，使最優(yōu)呼叫到達(dá)率的求解變得容易。利用該參數(shù)合并方法，能夠?qū)．K．Hou等人提出的與價(jià)格機(jī)制相結(jié)合的接納控制模型由單業(yè)務(wù)推

4、廣到對(duì)多業(yè)務(wù)的支持。該參數(shù)合并的思想同樣可用于對(duì)多維Markov模型進(jìn)行簡(jiǎn)化。 其次，提出了面向多業(yè)務(wù)的混合呼叫接納控制策略(MMCAC)。以面向多業(yè)務(wù)的參數(shù)合并方法為基礎(chǔ)，提出了面向多業(yè)務(wù)的混合呼叫接納控制策略MMCAC，將價(jià)格機(jī)制與以概率接納的思想融合在一起，既利用了價(jià)格機(jī)制的整流特征，又為不同偏好的用戶提供了選擇的余地，綜合考慮了系統(tǒng)性能和用戶的滿意度。所用價(jià)格機(jī)制充分考慮了有效性與易用性兩個(gè)方面，資源在兩類不同偏好用戶間

5、的劃分方式具有簡(jiǎn)單、有效和方便的特點(diǎn)。與守衛(wèi)信道策略(GC)和自適應(yīng)的接納控制策略(ACAC)相比，MMCAC更能適應(yīng)未來無線多業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)流量模式的變化，使系統(tǒng)性能更穩(wěn)定。 第三，在公平性方面對(duì)MMCAC進(jìn)行了改進(jìn)(EMMCAC)。引入雙重價(jià)格機(jī)制的思想，對(duì)切換呼叫也實(shí)施動(dòng)態(tài)價(jià)格進(jìn)行適當(dāng)?shù)南拗?，不過，為其設(shè)置比較高的啟動(dòng)閾值，用于應(yīng)對(duì)極端情況下新呼叫和切換呼叫間流量的不平衡性，加速其恢復(fù)到正常狀態(tài)，并為不同偏好的切換用戶提供了選擇

6、的余地。EMMCAC策略與MMCAC策略相比，能夠有效調(diào)節(jié)極端情況下切換呼叫與新呼叫之間流量的不平衡性，使系統(tǒng)的各QoS指標(biāo)得到更好地滿足，并能使系統(tǒng)的資源利用率略微提高。另外，在一定條件下窄帶業(yè)務(wù)對(duì)寬帶業(yè)務(wù)具有阻塞作用，傳統(tǒng)的接納控制原則(一般是先到先接納)會(huì)造成對(duì)寬帶業(yè)務(wù)接納的不公平現(xiàn)象，針對(duì)該問題，對(duì)EMMCAC策略中CAC模塊的接納原則進(jìn)行了修改，引入有效的接入平衡機(jī)制，用來緩解這種不公平現(xiàn)象。分析結(jié)果表明，這種接入平衡機(jī)制具有

7、公平合理的特點(diǎn)，且對(duì)系統(tǒng)資源利用率的影響比較小，資源預(yù)留期也比較短。 在第二部分中，側(cè)重對(duì)已接納呼叫的帶寬適應(yīng)算法及其公平性進(jìn)行研究，提出了基于效用加權(quán)公平的帶寬分配和適應(yīng)方案。由于應(yīng)用的多樣性，不同應(yīng)用具有不同的效用特性，所以從速率適應(yīng)的公平性來看待帶寬適應(yīng)的公平性問題是不合適的，因此本文從效用公平的角度研究帶寬分配和帶寬適應(yīng)問題。為了對(duì)所提算法從帶寬分配和帶寬適應(yīng)兩方面作公平性評(píng)價(jià)，首先將效用公平性指數(shù)擴(kuò)展到分別針對(duì)分配公平

8、和降級(jí)公平的兩種效用加權(quán)公平指數(shù)UWFI_Ⅰ和UWFI_Ⅱ。然后針對(duì)多業(yè)務(wù)、多優(yōu)先級(jí)的自適應(yīng)多媒體應(yīng)用，提出了基于效用加權(quán)公平的帶寬分配方案(UWF_BA)和基于效用加權(quán)公平的帶寬適應(yīng)方案(UWF_BD)，并給出了基于量子遺傳算法的求解方法，量子遺傳算法具有搜索能力強(qiáng)和收斂速度快的特點(diǎn)，可在線使用；接著將UWF_BD與UWF_BA方案從兩類公平性指數(shù)UWFI_Ⅰ和UWFI_Ⅱ的角度進(jìn)行了對(duì)比，得出公平的帶寬分配方案不能保證公平的帶寬適應(yīng)