异构无线网络带宽分配博弈算法的实验经济法解决方案

⃝⃝可在www.sciencedirect.com在线获取ScienceDirectICT Express 2（2016）80www.elsevier.com/locate/icte利用EEM方法解决异构无线网络的带宽分配问题C.P. Maheswarana， C.P. Helen Sulochanaba印度泰米尔纳德邦Kanyakumari区Thuckalay Noorul Islam高等教育中心计算机科学与工程系b电子和通信工程系，圣泽维尔Chunkankadi，Kanyakumari District，泰米尔纳德邦，印度接收日期：2015年9月2日;接受日期：2016年2016年3月16日在线发布摘要相对于快速发展的第四代（4G）无线通信系统，一个突出的特征是异构无线接入。尽管这个惊人的功能允许用户同时连接到几个无线接入网络，但也出现了各种异构网络之间的带宽分配（BA）方面的针对这一问题，本文提出了一种可行且有效的解决方案，即异构无线网络带宽分配博弈算法（BAG）本文提出将资源分配RA或带宽分配问题建模为博弈，然后将其公式化以使不同网络的总效用最大化。本文提出的博弈模型也证明了实验经济学方法（EEM）的存在。为了将过多的资源或带宽分配给单个用户，还设计了仿真结果表明，该方案不仅具有较高的实用性，而且在较少的迭代次数内降低了阻塞概率。c2016韩国通信信息科学研究所。出版社：Elsevier B.V.这是一篇开放获取的文章，CC BY-NC-ND许可证（http：//creativecommons. org/licenses/by-nc-nd/4. 0/）。关键词：异构无线网络;实验经济法;分布式带宽分配; BAG算法;语音数据应用1. 介绍一般的期望是，4G系统应该考虑到各种异构网络的存在和相互作用。但是，由于各种无线技术的出现，它带来了关于4G异构无线接入网络中的无线电资源管理的新的和严重的问题[1]。出现的这些挑战强化了无线电资源分配技术在涉及无线通信系统时可以起到非常关键的作用的事实，并且因此将能够帮助更有效地利用有限的无线资源近年来不断发展的不同无线接入技术和系统架构在覆盖范围、移动性支持、*通讯作者。电子邮件地址：maheswaran ncp@yahoo.co.in（C.P.Maheswaran），helenrajan@yahoo.com（C.H. Sulochana）。同行评审由韩国通信信息科学研究所负责。这篇论文已经由教授处理崔英数据速率和价格。这种产生的异构无线环境导致关于用户和服务提供商的两个问题的出现。第一个问题出现时，理性的用户选择接入网络和服务类从各种服务提供商的基础上的性能观察，可用的服务类。决定（即，动态地做出关于网络和服务选择的策略（例如，策略），以最大化个体效用。第二个问题出现在服务提供商必须分配可用的网络容量（即，带宽）到已经提供的服务类别。为了使利润最大化，由于用户表现出动态行为，因此必须动态地执行该带宽关于异构无线网络，已经进行了有限的工作，集中在网络选择和速率控制问题。文献[2]提出了一种基于进化博弈的动态网络选择算法在文献[3]中，为了控制不同网络之间的流量分配提出了一种基于H1优化的多网同时接入的鲁棒速率控制框架。http://dx.doi.org/10.1016/j.icte.2016.02.0122405-9595/c2016韩国通信信息科学研究所。Elsevier B. V.的出版服务。这是CC BY-NC-ND许可证下的开放获取文章（http：//creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4. 0/）。C.P. Maheswaran，C.H.苏洛查纳/ICT Express 2（2016）8081在[1]中讨论了异常控制。为了解决无线网络中的数据传输问题，还应用了微分博弈[4]在文献[5]中，adhoc网络中的路由被表示为一个具有耦合约束的微分对策然而，还没有进行考虑异构无线网络中的动态最优带宽分配问题的工作，其结果是用户可以以动态方式改变他们的服务选择。解决这个问题是本文的主要贡献。2. 前期工作迄今为止，已经提出了许多资源分配出租。Paolo和Sergio [6]提出了一种针对随机接入（RA）通信网络的分布式学习机制[6]该方法允许自治节点提高它们的吞吐量性能，并研究这些智能节点之间的各种行为和内部信念函数的影响。Malarvizhi和Rhymend [7]; Golam等人[8]已经讨论了异构无线网络之间的负载平衡（LB）架构[8，7]。博弈论是分析无线网络资源分配问题的有效工具。Maheswaran和Helen Sulochana [4]提出了一种新的基于博弈论技术和策略空间的集成蜂窝网络ICN建模，它精确地定义了接入网络之间的博弈，这些接入网络以非合作方式竞争以最大化其收益，并以透明的方式将质量点和权重因子联系起来。在博弈论的背景下，质量点的概念是选择服务于用户的服务请求的最佳网络。Maheswaran和HelenSulochana [9]在他们的论文中重点讨论了集成蜂窝网络（ICN）路由协议的准源选择过程（QCP）方面。QCP算法[9]被设计为可以部署在BS中，当需要转移呼叫业务时，BS将帮助选择准源。QCP的主要目标是选择具有最大可能性成功检测中继路由的源节点。此外，QCP中的源节点当网络规划者能够根据各种TDS的数量和带宽选择合理的QCP时，可以实现相对较低的呼叫阻塞率选择QCP以减少在每个小区中部署的TDS的数量的替代过程将是估计过载业务的量。Dusit和Ekram [5]提出了一种针对4G异构无线网络的带宽分配合作博弈框架在他们的论文中，带宽分配问题被表述为合作博弈[5]，并且从Shapley值获得解。基于该值，他们提出了一种带宽分配算法，该算法将带宽分配给新连接，从而能够满足相应用户的需求。这一过程与非合作方法相矛盾，后者认为每个网络都可以以贪婪和自私的方式最大化自己必须指出的是，在异构无线网络中基于博弈论的联合带宽分配已被详细研究。但是，当分布式带宽分配也被考虑时，关于异构无线网络还没有进行彻底的调查[10由于不同的网络在分布式异构环境中以最大化自身利润为原则进行操作，因此基于非合作博弈的模型在分析各种竞争性场景中的分布式资源分配问题时更加有用。在这里，语音和数据应用程序的标准应用程序已被考虑，而rese-established BA问题。此外，效用理论，这也已经实现了这里已经发现，表现出很大程度的效率，同时解决资源分配问题，异构无线网络。本文主要研究异构网络环境下的分布式带宽分配算法第一步是定义关于语音和数据应用的效用函数的概念。由于语音应用[13]不需要太多的带宽来成功传输，因此一旦满足要求，就不会出现针对语音应用的更多带宽分配的要求。但这不是尊重的情况数据应用，因此，增加带宽成为必要。提出一个单一的显式效用函数来代表所有类型的应用并不容易，因为不同的应用有不同的需求[3]。显然，语音和数据应用是由不同的效用函数定义的[2，3]。因此，在本文中，我们已经将容量约束下的效用函数最大化问题模拟为非合作带宽分配博弈，由此，每个网络通过以分布式方式执行BA来我们还研究了这个博弈的实验经济学方法[14，12]是否存在。论文的其余部分组织如下：第3节描述了异构网络的系统模型和各种应用程序的效用。第四节提出了基于试验经济法的分布式BA算法在第5节中，基于模拟测试研究了性能。最后，第6节提供了我们的研究结果所得出的结论。3. 系统模型如 图 1 所 示 ， 本 文 考 虑 了 由 IEEE 802.11 无 线 LAN（WLAN）和CDMA蜂窝网络组成的异构无线网络环境。我们已经假设允许用户连接到两个无线电接入网络。不同的正交集合已经被用于表示无线资源，即，用于CDMA的码和用于WLAN的介质的IEEE802.11具有介质访问控制的82C.P. Maheswaran，C.H.苏洛查纳/ICT Express 2（2016）80nk--∈=B≤BMax=联系我们联系我们CDMA1WLAN 1CDMA2WLAN2CDMA3Fig. 1. 集成无线网络环境。表1综合网络环境的结构。CDMAWLAN网络号0302小区半径1000米50米(MAC)提出了一种基于载波侦听多址接入与冲突避免（CSMA/CA）协议的多址接入方案。对于WLAN，用户占用信道的持续时间将决定资源利用率。此外，必须记住，成功发送数据分组所需的持续时间也需要额外的开销空闲时间，因此不等于分组占用该特定信道的实际时间。在传输数据之前Vijay等人[15]通过分析在WLAN上成功传输数据包当每个用户在宽带CDMA系统中的整个带宽上扩展其信号时，当解调任何特定用户的信号时，其他用户的信号表现为伪白因此，我们面临着一个具有挑战性的情况下，不仅来自同一个小区的用户共享所有的时间-频率的自由度，而且来自不同的小区的用户。CDMA系统的一个关键特性是通用频率复用。这种特性使用户能够使用扩频技术占用整个带宽. Saswati和Prasanna [14]已经成功地将代码映射到频谱资源。效用函数的主要特征是它将用户使用的网络资源映射为实数。 在几乎所有的无线应用中，带宽是评估用户满意度的最重要因素这里我们图二、应用程序的实用性从图1中，我们可以了解网络环境的结构。在此，bandv（b）意味着在满足带宽要求之后增加带宽对效用函数几乎没有任何影响，而bandd（b）意味着即使数据应用需要大带宽，也不能将整个范围的资源分配给单个数据应用。为了防止分配太多的资源给任何特定的用户，当带宽增加时，效用曲线的斜率减小，如图2所示。与数据应用相比，语音应用的中断会给用户带来更高程度的不愉快，因此，语音应用的优先级高于数据应用[2]。4. 利用EEM进行带宽分配在这一部分中，我们构造了一个基于博弈的带宽分配算法（BAG），并提出了一个基于该模型的BA算法。令k表示应用的类型，其中，kK，K 1，2，. . .，K，m表示网络的指数，mM，M 1，2，. . .，M，并且bm表示分配给用户nk的带宽，其中 nk是第k个应用程序的用户1 k，2 k，. . . ，N k. 我们假设带宽已分配给所有用户。由网络m提供的不应超过容量的总带宽然后可以被实现为：约束：网络m提供的总带宽不应超过容量C初始化k和nk的值，其中k=nk=1将f（ b）表示为特定应用的效用函数，K， Nkmi=k，j=nknkMMax//其中Bm是最大频带-以及b网络提供的带宽。可以安全地假设效用函数必须是关于b的非减函数。特别地，当f（ b） b时，效用是带宽本身，这是大多数传统网络优化的目标函数。当使用效用函数（例如对分配资源的满意度）来捕捉用户网络宽度m4.1. 问题公式化80.《袋类》的三个基本组成部分界定如下：在异构网络中，不同网络的利益是冲突的，并且因此，每个网络都是·C.P. Maheswaran，C.H.苏洛查纳/ICT Express 2（2016）8083=关于我们n=−mxn1n1n2= B |n k∈ Nk，bnk ∈0，Bmax(2)umbm，B−m是B−m中的连续函数，拟B，bxn1第1（b）+xn2[1]（um bm，B−m≥ um bm，B−m对于所有B M ∈ Bm，那么N1 2Nn[联系我们]式中，n（b）=α+βln nn nb +γn，nm−q被定义为一个单一的球员谁干扰所有其他假设：EEM存在于BAG中：通过G=[M，{Bm}，玩家• 带宽矢量bm=[b m，b m，. . . ，b m]1×N，{u m}]。证据：EEM仅在以下两种情况下存在已经被定义为参与者的策略，对于任何一个参与者，该策略应该取um关于bm的二阶导数。n∈Nm。策略空间Bm定义为：满足下面提到的条件，Fudenberg和Tirole [11]：(1)B_m是有限维姆姆·mm尤克阿德利德温泉浴场。由于Bm={带宽向量}0≤b≤max.效用函数将玩家的感受映射号码We表示um（bm，B−m）为效用函数，网络m，其中，B-m是BA矩阵，它包括除m之外的所有网络。BAG算法可以表示为GM，Bm，um，其中M1，2，. . . ，M是网络的指数集。允许用户根据已分配给他们的带宽计算自己的效用，然后选择 使其效用最大化的网络由于用户只能选择一个网络，因此网络实用程序Algorithm或NetU凹的，以bm计。唯一需要证明的是，凹性(1) 以限制bm1的维数，因为m由函数在与其域相交的任意直线上的行为确定[1]。(2) 在对任意n∈Nm取um对bm的二阶导数后，我们得到：δ2um<$B−m，bm<$M pq（q+1）n2n2um B−m，bm定义如下：δ（bm）2=−xn2δ2um<$B−m，bm<$（bm）q+2，β.n1(3)δ（bm）2n1（bm+γ）2结合网络效用法，网络m的效用函数可表示为：因此，我们看到，um是一个拟凹函数在bm，从而满足这两个条件，证明EEM确实存在于BAG。虽然它有利于有一个单一的平衡点，证明EEM的唯一性是一个罕见的性质，非合作游戏[13]。Forgo等人提出了建立EEM唯一性所需的一些充分条件[10 ]第10段。4.3. 基于博弈论的−mm1米至2米n1=1n2=1基于上述分析，提出了一种分配算法，在该算法中，所有网络迭代地调整它们的分配结果我们表示Mdn12 =[1− p（b）]p>0，0

下载后可阅读完整内容，剩余1页未读，立即下载