无线多媒体网络带宽分配优化算法

摘要

近年来无线网络通信技术取得了卓越的发展，为无线多媒体网络用户提供了更好的用户体验。在无线多媒体网络中基于不同用户的需求合理的分配资源以提供良好的服务质量保证(QoS)是一项十分重要的资源分配、管理机制。然而，由于网络资源限制以及无线网络链路的多样性使得无线网络中的资源分配机制仍是一项有待解决的难题。在众多无线网络资源分配机制中对网络带宽的分配是其中一项最令人关注的领域，如何能够建立一个能够动态调整其分配策略以满足无线网络中众多不确定因素所产生的影响进而保证对网络用户提供最佳的服务质量保证是一项十分有意义的课题。本文即将着力研究无线多媒体网络中的带宽分配机制以达到全局最优化的用户服务质量保证。截至目前为止，对于网络带宽效用最大化的研究仅在网络用户带宽需求为非实时弹性带宽需求的情况下有较为满意的结果。在非实时弹性带宽需求的前提下，由于用户满意度函数为凹函数，从而使得传统的凸优化理论可以有效的解决该优化问题。然而对于无线多媒体网络中的大多数用户而言，其用户满意度函数呈现为一种非凹函数，从而导致凸优化理论无法解决网络用户全局效用最大化问题。
　　本文首先建立了无线多媒体网络全局用户满意度最大化的数学模型。由于非凸优化问题仍是数学领域的一个难题，将不会直接尝试去求解该优化问题而是通过建立一个与原数学模型相近似的优化模型。通过优化理论求解该近似的优化模型并分析该近似模型与原问题的相关性，进而通过近似模型的最优解带入原问题中作为计算的起始点。在求解原问题的迭代算法中，本文创新性的提出了用户间竞争点的概念，从而有效的反映出了用户在带宽分配机制中的满意度增长速率及未来潜力。基于此设计的迭代算法有效的避免了传统贪婪算法中无法取得全局最优解的缺陷。最终，本文通过仿真计算以论证该算法的有效性及其广泛适用性。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 研究现状与发展趋势

1．3 无线多媒体网络带宽分配的重点与难点

1．3．1 服务端角度

1．3．2 用户端角度

1．4 论文的主要内容

2 数学模型的建立

2．1 用户满意度函数(效用函数)

2．2 用户带宽分配全局最优化模型

2．3 优化问题的基本解法

2．3．1 拉格朗日乘数法及拉格朗日对偶函数

2．3．2 外点罚函数法

2．4 本章小结

3 近似优化模型的建立及求解

3．1 近似模型的建立

3．2 近似模型建立依据及可行性分析

3．3 近似模型的求解

3．4 本章小结

4 原问题的求解

4．1 基于梯度的迭代算法

4．2 用户竞争点

4．3 基于梯度和竞争点的迭代算法

4．4 本章小结

5 实验仿真及数据分析

5．1 仿真环境建立

5．2 仿真结果及数据分析

5．2．1 信道条件优秀，满足全局凸优化条件

5．2．1 普通信道环境

6 总结与展望

参考文献

致谢