文档介绍：基于网络效用最大化的无线网络资源分配
研究
重庆大学博士学位论文
学生姓名:王飞
指导教师:廖晓峰教授
副导师:郭松涛教授
专业:计算机科学与技术
学科门类:工学
重庆大学计算机学院
二 O 一二年十月
Study on Wireless Resource Allocation Based
work Utility Maximization
A Thesis Submitted to Chongqing University
in Partial Fulfillment of the Requirement for the
Docter’s Degree of Engineering
By
Wang Fei
Supervised by Prof. Liao Xiaofeng
Assistant Supervised by Prof. Guo Songtao
Specialty: Computer Science and Technology
College puter Science of
Chongqing University, Chongqing, China
October 2012
中文摘要
摘要
随着无线网络应用的日益普遍以及复杂多媒体业务的不断涌现,无线网络的
业务量急剧增加。由于无线网络所能提供的传输能力大多是有一定限度的,如何
将有限的无线资源,以合适的方式分配给不同的用户或业务,以满足他们对无线
资源的需求就成为一个必须要考虑的问题。然而,无线网络资源的稀缺性,无线
网络信道状态的不稳定性,无线网络中不同类型业务的不同服务质量(Quality of
Service,简称 QoS)需求,以及无线资源分配过程中体现的不公平性,都给无线网
络资源分配带来了很多挑战。work Utility Maximization,
简称 NUM)理论,本论文主要研究了无线 Ad Hoc 网络与无线蜂窝网络的资源分
配。论文主要从以下几个方面展开了研究:
①对于支持实时业务的无线 Ad Hoc 网络,研究了其中的速率和功率分配问
题。由于实时业务具有严格的 QoS 需求,因此,需要在充分考虑它们 QoS 需求的
基础上进行资源分配。首先,对于信道慢衰落的网络,给出了一个基于 NUM 的资
源分配模型。在这个模型中,我们充分考虑了实时业务对于 QoS 度量,即端到端
时延、缓冲区溢出引起的丢包率、以及数据流可靠度的需求。其次,对于信道快
衰落的网络,通过允许网络经历一定的信道快衰落引起的拥塞,提出了另外一个
模型。在这个模型中,除了考虑上述 QoS 度量外,我们还考虑了信道快衰落引起
的丢包率。虽然这两个模型都是非凸的,通过适当的数学变换并利用拉格朗日对
偶法,我们仍然给出了若干分布式算法。最后,通过与一个已有模型相对比,实
验结果表明本论文提出的模型更适合处理实时业务的资源分配,它们可以使得实
时业务的 QoS 需求得到很好的满足。
②研究了瑞利快衰落环境中,无线 Ad Hoc 网络中带有链路中断约束的速率
和功率分配问题。此时,由于信道快衰落,无线通信可能会发生中断,以至于大
量数据包被丢弃,从而数据流目的节点的接收速率远小于源节点的发送速率。为
了处理这种情形的资源分配,作者提出了一个基于 NUM 的模型。在这个模型中,
为了更公平地分配资源,作者假设效用函数是目的节点接收速率的函数而非源节
点发送速率的函数。同时,为了充分考虑数据包的丢失,作者考虑了通信链路的
中断概率。而且,通过考虑信道快衰落的统计特性,给出并利用了一个近似平均
信道容量。虽然所提出的模型是非凸的,通过变量替换并使用拉格朗日对偶法,
仍然给出了一个分布式算法。并且,由于提出的模型充分考虑了信道快衰落的统
计特性,链路功率可以不随信道的快衰落状态而变化。通过与基本的 NUM 模型相
对比,实验结果表明提出的模型可以更好地处理快衰落环境中的资源分配。
I
重庆大学博士学位论文
③对于弹性流与非弹性流共存的信道慢衰落的无线 Ad Hoc 网络,研究了其
中的动态速率和功率分配问题。在充分考虑弹性流和非弹性流的不同 QoS 需求的
基础上,给出了一个基于 NUM 的随机最优化模型。这个模型的目的是在动态分配
链路功率和数据流服务速率的基础上,最大化网络性能并满足不同数据流的不同
QoS 需求。由于允许非弹性流的效用函数取任意非凹函数,所提出的模型是一个