基于博弈论的可生存网络资源管理研究

论文摘要

网络可生存性是网络基本能力的保证，是网络提供服务质量(QoS)的前提和保证。随着网络业务流量日益增大以及网络业务类型多样化，研究网络存在性问题成为目前网络研究的一个热点，也为构建下一代互联网奠定基础。 网络可生存性通常是以网络连通性以及网络性能、业务容量等性能来度量，影响网络可生存性因素很多，网络可生存性研究方面涉及问题也比较多。本文研究了影响互联网可生存性的关键部件路由器，分析了其网络资源管理方法和现存技术对网络可生存性问题的影响，提出了公平有效的网络资源分配方法，避免或控制了网络拥塞现象发生，从而提高网络可存生性的研究思路。 本文主要从路由器队列管理技术和路由选择技术两个方面，运用博弈论思想，研究路由器网络资源管理机制，提出了基于路由器的网络资源公平有效分配方案，从而提高网络可生存性。 具体来说，本文主要研究内容和贡献如下： 1．研究了网络生存性的相关问题，分析了影响网络可生存性的关键部件，表明保障这些关键部件正常、有效地工作是网络可生存性的基本保证。在此研究基础上，表明针对网络关键部件路由器，寻求其公平有效地网络资源分配方法，避免或控制网络拥塞现象发生，是保证和提高网络可生存性的关键所在。 2．介绍了博弈论相关概念和知识，着重介绍了博弈问题的解，即Nash均衡存在条件以及最优性等相关问题，分析了博弈论在路由器资源管理中的应用情况以及相关研究状况，为本文提出的解决方案奠定了基础。 3．介绍了目前路由器资源管理的方案和思路，并针对其中的路由器队列管理方法和路由选择技术进行了分析和研究；基于博弈论思想，提出了将路由器队列管理看作是路由器网络资源管理过程的概念，构建了路由器队列管理博弈模型，确定了该博弈问题的Nash均衡条件；运用上述博弈模型的Nash均衡条件，从理论上证明了目前典型路由器队列管理技术的非均衡性，并表明这种非均衡性将导致网络资源分配的不公平。4．在实时业务和非实时业务等多种业务类型共存的网络环境下，研究了路由器网络资源的公平性分配问题，提出了基于博弈论思想的路由器实吋队列管理新方法，该方法提高了网络资源分配的公平性，有效控制和避免网络中拥塞现象，最终提高了网络可生存性。 文中首先介绍了基于博弈论思想的网络资源管理方法在路由器队列管理中的研究状况；介绍了路由器队列管理博弈模型，研究了基于博弈论的路由器队列管理方法的均衡性条件以及任务流条件；其次，研究了路由器队列管理中的两种关键技术，即丢弃算法和调度算法，提出了基于博弈论路由器丢弃算法和调度算法。另外，针对目前网络，尤其是下一代网络中多媒体等实时任务广泛应用情况，研究了路由器排队算法，提出了一种适合实时特性路由器的排队算法；再次，在结合上述路由器队列管理关键技术基础上，提出了一种基于博弈论思想的路由器实时队列管理方法；最后，构建了算法实例，设计了实验模型并用实验方法仿真了算法结果，同时对算法结果进行了分析和比较。 5．分析了路由器路由选择技术对影响网络可生存性的影响，表明了路由器将业务均衡地转发网络各个路径上，能避免大量业务集中在最短路径或处理能力强的路径上，导致网络拥塞现象，影响网络可生存性。文中针对IPv6协议中任意播路由中的均衡路由问题，提出了基于博弈论思想的优化路由算法，即均衡的路由算法，从路由角度提高网络连通性和效率，保证网络可存生性。 文中首先介绍了网络路由均衡性选择的研究状况；介绍了合作参与者间的博弈理论；其次，构建了合作参与者间的博弈模型，提出了基于合作博弈的均衡路由算法，并用实验方法仿真了算法结果；再次，在合作博弈模型基础上，进而研究了实际网络路由状况，构建了非合作参与者间的博弈模型，提出了一基于非合作博弈的均衡路由算法，并用实验方法仿真了算法结果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 网络服务质量
• 1.2 网络可生存性
• 1.3 网络可生存性的关键技术
• 1.4 本文研究内容及创新点
• 1.5 项目背景及本文内容安排
• 第二章 博弈论相关知识
• 2.1 博弈论简介
• 2.1.1 概述
• 2.1.2 纳什均衡
• 2.2 博弈论与网络资源管理
• 2.2.1 简介
• 2.2.2 相关研究
• 2.3 本章小结
• 第三章 路由器资源管理技术
• 3.1 简介
• 3.2 路由器队列管理方法
• 3.2.1 关键技术
• 3.2.2 路由器队列管理相关方法
• 3.2.2.1 被动式队列管理
• 3.2.2.2 主动式队列管理
• 3.3 路由器队列管理方法的Nash均衡分析
• 3.3.1 Nash均衡条件
• 3.3.2 典型路由器队列管理方法的Nash均衡性
• 3.4 路由技术
• 3.4.1 简介
• 3.4.2 常用路由算法思路
• 3.4.3 常用路由优化算法
• 3.5 本章小结
• 第四章 基于博弈论的路由器队列管理方法
• 4.1 相关研究
• 4.2 路由器队列管理均衡条件
• 4.2.1 任务模型
• 4.2.2 路由器业务流的均衡条件
• 4.2.2.1 离散业务流均衡条件
• 4.2.2.2 连续业务流均衡条件
• 4.3 基于博弈论的路由器队列管理关键技术研究与设计
• 4.3.1 丢弃算法分析与设计
• 4.3.2 调度算法分析与设计
• 4.3.2.1 GPS方法分析
• 4.3.2.2 MPS方法思想
• 4.3.2.3 MPS方法思想及其Nash均衡
• 4.4 实时排队算法分析与设计
• 4.4.1 简介
• 4.4.2 相关研究
• 4.4.3 一种新的路由器排队方法
• 4.5 一种基于博弈论的路由器实时队列管理方法
• 4.6 实验设计与结果分析
• 4.6.1 实验设计
• 4.6.2 实验结果分析
• 4.7 本章小结
• 第五章 基于博弈论的均衡路由方法
• 5.1 相关研究
• 5.2 合作博弈理论
• 5.3 一种合作博弈的路由均衡算法
• 5.3.1 任务模型
• 5.3.2 合作路由博弈模型
• 5.3.3 算法设计
• 5.3.4 实验设计与结果分析
• 5.3.4.1 实验设计
• 5.3.4.2 实验结果与分析
• 5.4 一种非合作博弈的路由均衡方法
• 5.4.1 任务模型
• 5.4.2 非合作路由博弈模型
• 5.4.3 算法设计
• 5.4.4 实验设计与结果分析
• 5.4.4.1 实验设计
• 5.4.4.2 实验结果与分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 博士期间发表的学术论文及其著作
• 博士期间参加的科研项目