通信網(wǎng)絡(luò)流量控制與激勵價控策略研究.pdf

1、多優(yōu)先級通信網(wǎng)絡(luò)的定價問題在九十年代以前一直未得到重視，這主要是因為缺乏經(jīng)濟背景，而近幾年倍受專家學(xué)者的關(guān)注。網(wǎng)絡(luò)需求量在最近幾年成指數(shù)增長，受到用戶追求高額利潤要求的刺激，網(wǎng)絡(luò)管理者僅僅依靠增加網(wǎng)絡(luò)資源已滿足不了市場的需要。近幾年來研究焦點已轉(zhuǎn)移到提高網(wǎng)絡(luò)資源的利用率，提供更高的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量(QoS)，以滿足用戶需求量的不斷增加及網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的日益多樣性，同時這也預(yù)示著網(wǎng)絡(luò)資源(緩沖器，帶寬等)將不足，而價控可作為一種手段解決這些不充足的

2、資源分配以及控制網(wǎng)絡(luò)擁塞、提高網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量等問題。 基于以上分析，為適應(yīng)目前網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)應(yīng)用的日益多樣性和復(fù)雜性，以及用戶需求量的不斷增加，我們以系統(tǒng)和用戶的最大盈余為目標(biāo)函數(shù)，建立隨機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的激勵價格管理策略，利用激勵價控策略對網(wǎng)絡(luò)所具有的調(diào)整、引導(dǎo)和激勵作用，使網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)穩(wěn)定在平衡點處。建立和完善合理的動態(tài)價格機制，加強動態(tài)定價對隨機需求量的激勵作用，提高網(wǎng)絡(luò)資源的利用率，更好的控制網(wǎng)絡(luò)擁塞的發(fā)生，是本文研究的方向。本文的主要工

3、作概括如下： 研究了多用戶非線性網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的Nash平衡問題，討論了系統(tǒng)各優(yōu)先級價差與Nash平衡的關(guān)系。建立了網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和用戶盈余函數(shù)的數(shù)學(xué)模型，同時利用差分理論論證了各優(yōu)先級價差對系統(tǒng)達到Nash平衡的影響，定量給出了由各優(yōu)先級價差的取值范圍來確定平衡點位置的方法，及網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)達到Pareto最優(yōu)的Nash平衡條件，并就優(yōu)先級價差對用戶服務(wù)選擇的影響以及系統(tǒng)的平衡問題進行了分析。數(shù)值結(jié)果驗證了該方法的有效性。 利用對策論中

4、的Nash平衡和激勵Stackelberg策略的相關(guān)概念，以用戶盈余函數(shù)的線性組合作為管理者的網(wǎng)絡(luò)盈余，以系統(tǒng)的Nash平衡點作為系統(tǒng)的期望策略組合，以個體用戶的盈余函數(shù)最大化為目標(biāo)函數(shù)，建立了多用戶多優(yōu)先級網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的交叉干擾價控策略。由于用戶的非合作性，即使系統(tǒng)具有Nash平衡點，也很難達到Nash平衡或穩(wěn)定在Nash平衡點處。這是因為采用Nash平衡策略也不一定會使用戶改變其選擇，用戶會單方面追求增加自己的盈余，采取使自己消費最優(yōu)的

5、策略組合，從而使系統(tǒng)在Nash平衡點不穩(wěn)定。為此在用戶組之間建立Nash平衡，并且制定相應(yīng)的激勵策略來維護最優(yōu)狀態(tài)。提出了一個激勵Stackelberg策略引導(dǎo)用戶遵從對系統(tǒng)整體有益的服務(wù)請求這一策略組合，使系統(tǒng)達到Nash平衡，并且穩(wěn)定在Nash平衡點處。 針對多用戶多優(yōu)先級網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的管理問題，建立了多優(yōu)先級競爭網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的Lotka-Volterra模型；以用戶盈余函數(shù)的線性組合作為管理者的網(wǎng)絡(luò)盈余，以網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的狀態(tài)平衡點作為

6、系統(tǒng)的期望策略組合，將使用不同優(yōu)先級的用戶分成用戶組，并以各用戶組盈余函數(shù)最大化為目標(biāo)函數(shù)，給出了激勵價控策略設(shè)計方法，使系統(tǒng)在狀態(tài)平衡點處達到Nash平衡，同時使?fàn)顟B(tài)平衡點成為網(wǎng)絡(luò)總體的最優(yōu)策略組合。 引入網(wǎng)絡(luò)需求函數(shù)，利用最優(yōu)化理論及經(jīng)濟學(xué)的邊際理論，針對用戶可隨機利用多個優(yōu)先級的情況，分析了對網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的最佳供給與動態(tài)定價，以網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)最大化為目標(biāo)函數(shù)，給出了多個優(yōu)先級的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)最佳資源分配和動態(tài)定價的計算方法，描述了網(wǎng)絡(luò)服務(wù)

7、質(zhì)量可升級的連接管理策略；根據(jù)網(wǎng)絡(luò)需求函數(shù)給出用戶需求量的估計值，又以網(wǎng)絡(luò)利潤達到最大時的網(wǎng)絡(luò)需求量的無偏估計值作為系統(tǒng)的期望策略組合，提出了激勵價控策略。由于網(wǎng)絡(luò)管理者與用戶利益的非一致性和網(wǎng)絡(luò)資源分配的相對長時期不變性，用戶需求量與網(wǎng)絡(luò)資源分配往往有很大差距，所設(shè)計的激勵價控策略可提高網(wǎng)絡(luò)的利用率，使網(wǎng)絡(luò)資源分配與用戶需求量達到統(tǒng)一，同時可通過變化控制參數(shù)，來調(diào)控策略對系統(tǒng)的激勵作用。這樣不僅提高了網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的盈余，同時也解決了網(wǎng)絡(luò)擁

8、塞控制問題。 對網(wǎng)絡(luò)定價策略類型進行了分析，提出三個定價策略，即靜態(tài)無激勵平價策略、動態(tài)定價策略和點激勵價控策略。分析了各定價策略的應(yīng)用條件及對網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的作用，對價格策略問題的更深入研究有重要意義。 引用對策論的Nash平衡和激勵Stackelberg策略的概念，分析了激勵價控策略的激勵效應(yīng)問題，給出了激勵價控策略對用戶激勵效應(yīng)的性能指標(biāo)。所給出的激勵價控策略有效性的判斷方法簡單實用。數(shù)值例子說明了所提出的激勵價控策略評