论文题目: 基于非合作博弈模型的QoS分配中关键技术的研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 计算机应用技术
作者: 陶军
导师: 顾冠群
关键词: 非合作博弈,均衡,分配,拥塞控制,自私性路由,资源分配
文献来源: 东南大学
发表年度: 2005
论文摘要: 当今的Internet中,网络的用户为了各自的利益而相互“扭斗”,随着网络多媒体应用的广泛应用与普及,“扭斗”现象日趋严重和激烈,因此这些多媒体传输应用对网络的QoS支持提出了更高的要求,迫切地需要网络能够进行动态的,高效的QoS分配。然而传统的尽力而为的转发机制服务、异构性和动态性将仍将是Internet的一个长期特征,很难提高网络的可用性以满足上述应用的要求,所以对支持QoS分配技术的研究引起了广泛的关注。长期以来,对支持网络QoS分配技术的研究与性能评价都是从纯粹工程技术的角度出发,如链路利用率、吞吐量等。这些方法着重去改进与提高技术的某项或几项性能指标,而忽略了端用户的非合作行为。从根本上说,传统的QoS分配中关键技术的设计与优化,在具备较高的技术性能指标的同时,对端用户的行为缺乏合理的解释。在当今缺少约束的Internet中,端用户不能心甘情愿地被约束,没有人积极地遵守和采用以上研究的协议与技术,他们会采取各种方式去冲破这种束缚,例如,采用不受TCP拥塞控制约束的方式发送数据(UDP报文)。这将成为Internet进一步发展的障碍,埋下拥塞崩溃的隐患。因此,在研究网络QoS分配技术时,有必要引入新的研究方法和理论,博弈理论是这项研究理所当然的数学工具之一,为该研究提供了坚实的数学基础。本论文使用博弈理论对贯穿整个QoS分配中的流速与拥塞控制、路由选择和资源分配等关键技术进行了深入的研究,全面地剖析了端用户的非合作行为本质。在流速与拥塞控制的研究中,本论文通过研究端系统的非合作行为,讨论了非合作拥塞博弈模型中流速率的Nash均衡解。在此基础上,面向单链路环境设计了符合TCP友好要求的异步流速控制算法(FCAG-SL)和同步流速控制算法(FCSG-SL);然后创造性地提出多跟随者和多层次Stackelberg拥塞博弈模型,研究存在等级关系的网络端系统的博弈行为,设计与实现了存在等级关系端系统的多层次流速控制算法(HCAS);最后本论文研究了重复拥塞博弈模型,讨论了几种有效的惩罚威胁策略以规范用户的非合作行为,设计了基于无限重复博弈模型的流速控制算法(FCAR)。在路由选择的研究中,本论文研究了自私性路由博弈模型,研究与推理了路由均衡的解析解。研究了“原子”路由博弈与“非原子”路由博弈的特点。设计与实现了基于博弈理论的自私性路由选择算法(SRAG),并创造性地将自私性路由博弈与流速拥塞博弈结合。在资源分配的研究方面,本论文提出资源分配博弈模型,设计了一种基于端系统竞价的资源定价机制,创造性的提出能反映竞价风险的端系统效用函数。设计了一种基于博弈理论的资源分配算法(RANG)。此外,论文通过仿真实验分别对所提出的算法进行了分析和验证,并对论文进行了总结,指出了不足以及将来的研究方向。
论文目录:
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 立题背景和目标
1.2 论文研究的关键问题
1.2.1 QoS 分配问题
1.2.2 非合作博弈问题
1.3 论文主要内容及组织结构
1.4 论文主要贡献
第二章 研究基础
2.1 QoS 分配中的关键技术
2.1.1 流速和拥塞控制
2.1.2 路由选择
2.1.3 资源分配
2.2 非合作的QoS 分配
2.3 非合作博弈模型
2.3.1 Nash 均衡
2.3.2 Stackelberg 均衡
2.3.3 重复博弈
2.4 本章小结
第三章 基于非合作博弈理论的QoS 分配的框架
3.1 QoS 分配中非合作博弈的研究
3.1.1 流速与网络拥塞控制博弈
3.1.2 自私行为下的竞争路由博弈
3.1.3 资源分配博弈
3.1.4 存在的问题
3.2 研究环境
3.3 基于非合作博弈的QoS 分配框架
3.3.1 分配框架
3.3.2 端系统状态的变迁
3.4 小结
第四章 基于非合作博弈的流速与拥塞控制
4.1 非合作拥塞问题的描述
4.2 单链路非合作拥塞博弈模型
4.2.1 单链路拥塞博弈模型
4.2.2 Nash 均衡点的存在性和唯一性
4.2.3 Pareto 最优
4.2.4 集中式最优化拥塞控制方案
4.2.5 集中式最优和基于博弈理论的拥塞控制比较
4.3 基于博弈理论的瓶颈链路流速与拥塞控制算法
4.3.1 FCAG-SL 算法
4.3.2 FCSG-SL 算法
4.3.3 仿真实验
4.3.4 关于FCAG-SL 和FCSG-SL 算法的讨论
4.4 非合作流速与拥塞博弈模型
4.4.1 数学模型
4.4.2 关于上述模型的讨论
4.6 小结
第五章 基于Stackelberg 博弈和重复博弈的流速与拥塞控制
5.1 Stackelberg 博弈问题的描述
5.2 Stackelberg 拥塞博弈模型
5.2.1 单跟随者Stackelberg 拥塞博弈模型
5.2.2 多跟随者Stackelberg 拥塞博弈模型
5.2.3 多层次Stackelberg 拥塞博弈模型
5.3 基于Stackelberg 博弈的流速与拥塞控制算法
5.3.1 算法中端系统的状态迁移
5.3.2 HCAS 算法框架
5.3.3 仿真实验
5.3.4 关于HCAS 算法的分析和讨论
5.3 重复博弈问题的描述
5.4 重复拥塞博弈模型
5.4.1 数学模型
5.4.2 无限重复博弈
5.4.3 两个基于无限重复博弈的流速控制实例
5.4.4 关于重复模型中一些问题的讨论
5.5 基于重复博弈的流速控制算法
5.5.1 FCAR 算法
5.5.2 仿真实验
5.5.3 关于FCAR 算法的讨论
5.6 本章小结
第六章 基于博弈理论的自私性路由选择
6.1 自私性路由博弈模型
6.1.1 数学模型
6.1.2 Stackelberg 自私性路由博弈
6.1.3 无限重复自私性路由博弈
6.1.4 对于博弈模型的讨论
6.2 基于博弈理论的自私性路由选择算法
6.2.1 SRAG 算法
6.2.2 算法中端系统的博弈过程
6.2.3 关于SRAG 算法中一些问题的讨论
6.3 仿真实验
6.4 本章小结
第七章 基于博弈理论的资源分配
7.1 资源分配问题的描述
7.2 资源分配博弈模型
7.2.1 网络资源的定价机制
7.2.2 资源分配博弈模型
7.2.3 关于资源分配博弈模型的讨论
7.3 基于博弈理论的资源分配算法
7.3.1 算法的框架
7.3.2 RANG 算法
7.3.3 关于RANG 算法中一些问题的讨论
7.4 仿真实验
7.5 本章小结
第八章 结束语
8.1 论文总结
8.2 有待解决的问题
8.3 进一步的研究工作
参考文献
致谢
作者在攻读博士学位期间发表的学术论文
作者在攻读博士学位期间参加的科研项目
发布时间: 2007-06-11
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