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通信学报 2019年第2期40卷 82-91页

作者：谭国真韩国栋张福新丁男刘明剑大连理工大学计算机与科学技术学院辽宁大连116024 山东科技大学计算机科学与工程学院山东青岛266590 大连海洋大学信息工程学院辽宁大连116023

协同车辆安全系统依靠周期性广播的单跳数据分组来追踪周围车辆,车辆密度过高会导致信道拥塞,严重影响协同车辆安全系统的性能。现有的拥塞控制策略仅保证网络层的性能,没有考虑车辆不同交通场景下的微观服务需求。为解决该问题,提出了... 详细信息

协同车辆安全系统依靠周期性广播的单跳数据分组来追踪周围车辆,车辆密度过高会导致信道拥塞,严重影响协同车辆安全系统的性能。现有的拥塞控制策略仅保证网络层的性能,没有考虑车辆不同交通场景下的微观服务需求。为解决该问题,提出了一种基于网络效用最大化理论的分布式拥塞控制策略。该策略首先提出了车联网信道资源分配的网络效用最大化模型,并且提出了反映车辆安全需求的效用函数;然后基于该模型,建立了传输功率固定条件下无线信道资源分配的优化问题;最后为求解该优化问题,设计了分布式拥塞控制算法UBRCC,该算法通过更新车辆的拥塞"价格"求解最优数据分组发送速率,实现了面向单个车辆安全需求的信道资源分配。仿真实验结果表明,UBRCC算法在控制信道拥塞的同时,能够有效地减小传输时延,确保数据分组可靠发送,满足车辆安全应用的服务需求。

关键词：协同车辆安全系统车联网拥塞控制公平性网络效用最大化

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无线网络效用最大化算法的收敛性分析

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北京理工大学学报 2014年第8期34卷 807-812页

作者：廖盛斌谭运猛华中师范大学教育技术工程中心湖北武汉430079 华中科技大学电信系湖北武汉430074

针对分布式效用最大化算法中的信息交互和反馈易于受随机噪声干扰,研究了随机噪声对分布式效用最大化算法收敛性影响问题.通过将随机噪声模拟为鞅,采用鞅方法分析了随机噪声对分布式效用最大化算法的影响,给出并证明了带有反馈噪声的分... 详细信息

针对分布式效用最大化算法中的信息交互和反馈易于受随机噪声干扰,研究了随机噪声对分布式效用最大化算法收敛性影响问题.通过将随机噪声模拟为鞅,采用鞅方法分析了随机噪声对分布式效用最大化算法的影响,给出并证明了带有反馈噪声的分布式效用最大化算法几乎处处收敛的一个充分条件.仿真实验验证了理论分析的正确性.

关键词：网络效用最大化鞅噪声几乎处处收敛无线网络

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基于网络效用最大化的车联网功率控制算法

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计算机应用 2017年第12期37卷 3345-3350,3380页

作者：左雨星郭爱煌黄博王露同济大学电子与信息工程学院上海201804

针对车联网(Io V)中车流密度增加到一定程度时,即使无线信道中只有信标消息,信道拥塞也会发生的问题,提出一种分布式加权公平功率控制(D-WFPC)算法。首先,考虑车联网的实际信道特性,采用Nakagami-m衰落信道模型建立随机信道模型;然后,... 详细信息

针对车联网(Io V)中车流密度增加到一定程度时,即使无线信道中只有信标消息,信道拥塞也会发生的问题,提出一种分布式加权公平功率控制(D-WFPC)算法。首先,考虑车联网的实际信道特性,采用Nakagami-m衰落信道模型建立随机信道模型;然后,考虑车联网中节点的移动性,基于网络效用最大化(NUM)模型建立功率控制优化问题,控制本地信道负载在阈值之下,从而避免拥塞;最后,通过对偶分解和迭代法解决该问题,设计分布式算法,每辆车根据周围环境的邻居车辆的信标消息,动态调整发射功率。仿真实验中,与固定发射功率方案相比,随着车流密度增大,D-WFPC算法能有效降低时延和丢包率,最高降幅分别达到24%和44%;与公平分布式发射功率拥塞控制(FCCP)算法相比,D-WFPC算法全程性能占优,时延和丢包率的最高降幅分别达到10%和4%。仿真结果表明,D-WFPC算法能快速收敛,保证车联网中消息的低时延、高可靠传输。

关键词：车联网车载自组织网络拥塞控制功率控制网络效用最大化加权公平

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基于网络效用最大化的无线网络资源分配研究

基于网络效用最大化的无线网络资源分配研究

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作者：王飞重庆大学

学位级别：博士

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... 详细信息

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 ofService，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。基于网络效用最大化(Network 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。 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NP-hard问题。为了求解这一非凸优化问题，基于随机对偶理论和粒子群优化(PSO)方法，给出了一个动态速率和功率分配算法。通过使用这个算法，可以在不知道网络状态分布的基础上动态分配功率和速率。并且，当信道条件变化的随机性非常大时，该算法可以提供一个很好的近似解。实验结果表明所提出的算法可以有效地利用网络资源以最大化网络性能，同时可以很好地满足不同数据流的不同QoS需求。 ④对于上行通信采用OFDMA多址接入方式的无线蜂窝网络，研究了其中的子载波和功率分配问题。为了将子载波在具有不同信道条件的用户间公平分配，并将每个用户的功率在该用户使用的子载波间有效分配，给出了一个带有公平性考虑的最优化模型。这里的公平性是通过赋予每个用户一个效用函数，并设置分配给每个用户的子载波数量下限而得到保证。特别地，允许效用函数取非凹、非可微函数，以便所提模型也适合于实时业务的资源分配。为了求解这一非凸优化问题，作者提出了一个基于蚁群优化(ACO)的算法。利用该算法，可以公平有效地分配子载波和功率。实验结果表明，相比于其它算法，所提出的算法在资源分配的公平性方面具有更好的性能。

关键词：资源分配网络效用最大化效用函数粒子群优化(PSO) 蚁群优化(ACO)

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基于网络效用最大化的无线Mesh网跨层优化算法研究

基于网络效用最大化的无线Mesh网跨层优化算法研究

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作者：李可维华中科技大学

学位级别：博士

随着经济的发展、社会的进步,人们对无线通信的要求也不断提升。使用者期望无线Mesh网络能以更低廉的价格提供更快的传输速率,更多样的业务以及更可靠的服务。网络的分层设计虽然降低了复杂性而且易于模块化和标准化,但在网络性能上只... 详细信息

随着经济的发展、社会的进步,人们对无线通信的要求也不断提升。使用者期望无线Mesh网络能以更低廉的价格提供更快的传输速率,更多样的业务以及更可靠的服务。网络的分层设计虽然降低了复杂性而且易于模块化和标准化,但在网络性能上只能做到每层的局部优化,而达不到全局最优,这使得全网的效率和性能都有所降低。在有线网络中,网络的高容量和高可靠性掩盖了分层设计的这些负面影响。而无线链路性能较差,且无线信道状态与网络拓扑均随着时间变化,使得分层设计的网络性能并不理想。特别是对于有严格的性能要求,针对孤立的单层所设计的协议,往往会在层间产生消极的影响,显著降低端到端的性能,同时也使网络对于动态变化和干扰极度脆弱。因此,无线Mesh网络中严格的性能要求需要通过跨层设计来满足。基于网络效用最大化的跨层优化是无线网络跨层设计的一种系统化方法。它将协议栈中各层的功能与性能要求抽象为数学优化问题中的目标函数与限制条件,用函数变量表示网络资源(如时隙、频带、功率、链路速率、能耗),将这些网络中的要素与要求以数学优化问题的形式表示出来,从而将跨层设计统一到一个完善的数学理论框架之下。本文主要研究了采用多无线接口多信道技术的无线Mesh网络跨层优化问题,基于网络效用最大化方法对优化问题建模,并提出了相应的求解算法。主要包括联合速率控制与功率分配的多信道Mesh网跨层优化、联合信道分配与速率控制的多信道Mesh网跨层优化以及结合了无线网络随机因素的跨层优化等三个部分,对多无线多信道Mesh网络的拥塞控制、功率控制、信道分配、无线接口分配与无线链路调度等问题的联合优化建模做了一定的研究,主要内容如下： 1)联合功率分配与速率控制的无线Mesh网络跨层优化本研究内容以网络效用最大与总功耗最小为目标,对多无线多信道的无线Mesh网络速率控制与功率控制进行联合优化,对能够动态分配多个链路功率的网络设计相应的分布式算法。该算法通过改变本征权的取值能够在网络效用与网络功耗之间取得折衷,并能根据各节点的速率要求动态调整各条链路的发射功率使得网络达到效用与功耗的联合最优。 2)联合信道分配、调度与速率控制的多无线多信道网络跨层优化本研究内容将联合速率控制、链路调度与信道分配的跨层优化问题建模为一个混合整数非线性规划问题。首先将采用单路由的多无线多信道的Mesh网络的联合速率控制与信道分配的跨层优化问题建模为混合整数非线性规划问题,接着将联合拥塞控制、信道分配与链路调度的优化问题推广到采用多路由技术的Mesh网络中,提出了一种两步式的分布式算法,即通过放松整数约束将难以高效解决的混合整数非线性规划转化为易解决的凸规划得到问题的上界,然后在可行解集内逼近该上界获得近优解。 3)带随机因素的联合拥塞控制与功率控制的跨层优化本研究内容基于随机网络效用最大化方法建立无线Mesh网络跨层优化模型。针对无线Mesh网中的随机数据流与无线传播环境的时变随机性,提出了一种基于机会约束规划的联合拥塞控制与功率控制的模型,并利用遗传算法对其进行了仿真验证。本论文基于网络效用最大化的跨层优化方法研究了无线Mesh网络亟需解决的几个关键问题,为无线Mesh网从理论走向应用进行了探索性的研究。本论文的研究有助于加快该领域的实用化步伐,具有一定的理论前瞻性和实用价值。

关键词：无线Mesh网络跨层优化无线资源分配网络效用最大化多无线接口多信道分布式算法

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基于网络效用最大化的多路径网络拥塞控制研究

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数学的实践与认识 2013年第20期43卷 141-149页

作者：卜佑军朱珂贺炜汪斌强国家数字交换系统工程技术研究中心河南郑州450002

随着互联网的飞速发展,互联网用户和应用都在快速增长,对于网络服务质量的要求也越来越高,拥塞控制已经成为一个十分重要的问题.基于网络效用最大化的模型研究了多路径网络的拥塞控制问题,将此问题建模为基于用户发送速率的凸规划问题,... 详细信息

随着互联网的飞速发展,互联网用户和应用都在快速增长,对于网络服务质量的要求也越来越高,拥塞控制已经成为一个十分重要的问题.基于网络效用最大化的模型研究了多路径网络的拥塞控制问题,将此问题建模为基于用户发送速率的凸规划问题,基于对偶分解得到了分布式的求解方法,仿真结果验证了算法的收敛性.研究内容对多路径的TCP开发具有一定的参考意义.

关键词：网络效用最大化拥塞控制多路径优化

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基于网络效用最大化的DDoS攻击主动防御机制研究

基于网络效用最大化的DDoS攻击主动防御机制研究

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作者：田正先华中科技大学

学位级别：硕士

在当今众多的网络安全事件中,分布式拒绝服务(DDoS Distributed Denial of Service)攻击由于其与生俱来的操作简单性、破坏严重性和防御困难性,一直以来是网络安全面临的重大威胁之一,因此针对DDoS攻击防御新手段的研究有着重要的意义... 详细信息

在当今众多的网络安全事件中,分布式拒绝服务(DDoS Distributed Denial of Service)攻击由于其与生俱来的操作简单性、破坏严重性和防御困难性,一直以来是网络安全面临的重大威胁之一,因此针对DDoS攻击防御新手段的研究有着重要的意义。本文首先以防御系统部署位置的不同,分三种类型介绍了当前DDoS攻击的防御技术;并引入了网络效用最大化(NUM Network Utility Maximization)和对偶理论的概念。然后再针对当前一种危害程度较大、基于宽带的大规模DDoS攻击特点进行重点分析。这种攻击可在现有的防御系统响应之前,迅速阻塞网络,瘫痪大量的网络传输结点。在这种攻击发生的情况下,即使一些合法的访问数据流并不在直接受攻击的范围内,但如果这些数据流的路由经过攻击流的部分路由链路,那么这些合法的访问数据流也会受到相当严重的附带损害。鉴于上述情况,本文提出一种基于网络效用最大化的主动防御机制(NUM-PDM Proactive Defense Mechanism based on the NUM)。此机制部署在介于攻击者源端网络和被攻击者终端网络之间的中间网络当中,作为防御DDoS攻击的前沿阵线。NUM-PDM的主要目标是通过最大化的利用网络资源,预先为流经核心骨干网络的不同数据流提供一个宽松的隔离带宽,使得发生DDoS攻击时,由攻击流对正常数据流所带来的附带损害减少到最低,并在确定攻击流的情况下,对其进行进一步的遏制,从而实现对DDoS攻击的防御。最后通过模拟真实的核心骨干网络来构建一个网络模型,并采用真实的正常业务流和攻击流数据,从三个指标对本文提出的主动防御机制的效能进行评估,实验数据证明了该防御机制能明显减少攻击流对正常业务流造成的附带损害。

关键词：网络安全分布式拒绝服务主动防御机制网络效用最大化

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光突发交换网络中基于网络效用最大化的带宽分配算法研究

光突发交换网络中基于网络效用最大化的带宽分配算法研究

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作者：张林小雨华中师范大学

学位级别：硕士

光突发交换(OBS, Optical Burst Switching)网络是目前光网络领域的研究热点,它与其他两种光网络相比的优势在于,数据在光突发交换网络中是以控制分组和突发数据的形式沿不同信道分离传输,避免了由于光学技术尚未突破而导致的光缓存问... 详细信息

光突发交换(OBS, Optical Burst Switching)网络是目前光网络领域的研究热点,它与其他两种光网络相比的优势在于,数据在光突发交换网络中是以控制分组和突发数据的形式沿不同信道分离传输,避免了由于光学技术尚未突破而导致的光缓存问题。而网络效用最大化(NUM, Network Utility Maximization)问题则是考验网络实用性的重要指标,本文旨在提出一种能适用于光突发交换网络的网络效用最大化的算法,从而研究光突发交换网络中的网络效用问题,对光突发交换网络的实用性研究具有重要的前瞻性意义。本文从光突发交换网络的基础结构入手,对光突发交换网络的结构和功能以及TCP over OBS的性能都做了研究,并对光突发交换网络的分层模型和重要节点,即边缘节点和核心节点的结构和功能都做了详细的介绍。此外,本文还对网络效用最大化问题做了深入的了解和研究,选择了目前文献中具有和光突发交换网络结构和性能类似的特殊网络模型,即行满秩路由矩阵网络和单跳流网络的网络效用最大化算法作为理论基础。本文着重从基础算法出发,选择从行满秩路由矩阵的对伪逆矩阵和奇异值分解这两个方面入手,提出了一种可用于计算光突发交换网络中解决网络效用最大化问题的新型算法,并在算法的结尾提出了一个带宽分配方案。将算法应用到两个模型网络上进行计算,并通过MATLAB仿真。仿真结果表明,通过带宽分配算法得到的个体流速向量,能使得光突发交换网络的网络效用在流级别和路由级别同时达到最优。使得传统网络上解决网络效用最大化问题的算法在下一代光网络中得到了继承和发展。

关键词：光突发交换网络效用最大化路由矩阵带宽分配方案

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基于网络效用最大化的Ad Hoc网络资源分配算法研究

基于网络效用最大化的Ad Hoc网络资源分配算法研究

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作者：安良湖南大学

学位级别：硕士

Ad Hoc网络由于其自组织、无中心、分布式等显著特点,被广泛应用于工业、军事和救灾等诸多领域。Ad Hoc网络中的主机节点主要由电池供电,其能量有限,因此如何通过有效的功率控制策略节约节点的能量至关重要。同时,Ad Hoc网络节点间通信... 详细信息

Ad Hoc网络由于其自组织、无中心、分布式等显著特点,被广泛应用于工业、军事和救灾等诸多领域。Ad Hoc网络中的主机节点主要由电池供电,其能量有限,因此如何通过有效的功率控制策略节约节点的能量至关重要。同时,Ad Hoc网络节点间通信所采用的无线信道也易受信号衰减、干扰等多种因素的影响。针对这些问题,本文基于网络效用最大化(Network Utility Maximization)理论深入研究了节点能量有限和信道衰落下的Ad Hoc网络资源分配问题,取得一些研究成果,主要的研究内容如下:(1)研究了信道衰落下带有链路中断约束的Ad Hoc网络效用最大化问题。由于无线网络的信道存在多种分布形式,其评估需要大量样例,难度较大,但是通过简单的信道均值和方差信息,可以得到服从该均值和方差分布的链路中断概率的上界信息。因此本文在Ad Hoc网络已知其信道均值和方差信息下,考虑了数据流传输过程中因链路中断导致数据流速率逐渐减小的情况,将目的节点接收到的有效速率的效用作为目标效用函数进行网络效用最大化建模。通过变量替换将提出的非凸模型转化为凸优化模型,利用拉格朗日对偶理论对该模型进行分析,并提出了一个分布式的求解算法。实验结果证明了该算法的有效性和收敛性。(2)考虑到无线链路容量受节点发射功率的影响,本文在基于速率效用最大化的基础上引入功率代价函数,提出了 Ad Hoc网络中联合功率控制与速率效用的优化模型。与基于对偶次梯度分解算法的传统无线网络效用最大化不同的是,本文采用具有二阶收敛速度的分布式牛顿算法来解决Ad Hoc网络的资源分配问题,实现网络效用最大化。并针对基于矩阵分裂技术的分布式牛顿算法对偶变量收敛慢的问题,提出了一种改进方案。实验表明,该模型可有效的降低节点的发射功率,在网络速率效用和能量消耗方面取得较好的平衡。同时,改进后的分布式牛顿算法具有更快的收敛速度。

关键词： Ad Hoc网络资源分配网络效用最大化凸优化分布式牛顿算法

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网络效用最大化的SDN负载均衡方法

网络效用最大化的SDN负载均衡方法

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作者：王英李春李云吴广富郑焕平 400065 重庆市南岸区南山街道崇文路2号

本发明涉及软件定义网络领域，特别涉及一种网络效用最大化的软件定义网络负载均衡方法；确定从源节点到目的节点之间存在的多条路径，根据数据流业务属性的不同，赋予满足服务质量的影响因子的不同的权重，然后通过采集交换机的信息，... 详细信息

标准号: CN106656847A

本发明涉及软件定义网络领域，特别涉及一种网络效用最大化的软件定义网络负载均衡方法；确定从源节点到目的节点之间存在的多条路径，根据数据流业务属性的不同，赋予满足服务质量的影响因子的不同的权重，然后通过采集交换机的信息，获取网络中的服务质量的影响因子的值，包括链路利用率、时延和丢包率等实时信息，接着计算路径集中每条路径的效用值和负载，最后结合全局考虑，为数据流选择最佳路径；本发明能够在保证网络动态负载均衡的同时，最大程度上满足业务的服务质量要求。

关键词：定义网络负载均衡影响因子网络效用最大化服务质量要求链路利用率数据流选择数据流业务多条路径目的节点实时信息网络动态最佳路径丢包率源节点权重时延交换机采集服务赋予全局网络保证

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