基于PSO的ABC支持型QoS切换管理机制的研究与仿真实现

论文摘要

随着Internet中各种技术的迅速发展,网络应用不再局限于文件传输、电子邮件等传统应用,一些新型的移动业务正在不断地出现,因此下一代互联网NGI(Next Generation Internet)应当是包括有线传输与无线传输的异构网络。目前,人们对通信质量的要求越来越高,因此NGI必须提供服务质量QoS(Quality of Service)保证,支持总最佳连接ABC(Always Best Connected)。为了使人们能够在任何时间、任何地点都以“最佳”的方式接入网络,设计一个合理的切换管理机制将成为通信领域的研究热点。本文着重研究了NGI中支持ABC的QoS切换管理机制。为了更好地支持ABC,切换决策综合考虑了网络信息的模糊性、用户QoS需求、用户偏好、用户愿意支付的费用以及网络供应商收益等问题。为了解决网络信息不精确的问题,利用模糊数学理论,设计出合理的网络模型和数学模型。为了保证用户对不同QoS参数设置权重的合理性,采用层次分析法进行一致性校验、。为了判定网络服务策略与用户QoS需求的贴近程度,引入多目标决策方法,进行一致性度量。为了体现用户与网络供应商之间的公平性,提出了一个简单的服务管理策略及动态定价策略。为了能够真正实现全赢,引入了微观经济学中的博弈论方法,为用户和网络供应商计算效用,并利用Nash均衡来兼顾双方的利益。另外,由于所研究的问题是NP完全问题,因此使用了两种粒子群优化算法(PSO, Particle Swarm Optimization),通过迭代寻找最优解,进而选择出最合理的接入网分配方案。为了验证本文设计切换机制的可行性和有效性并对算法性能进行评估,基于NS2(Network Simulator 2)仿真平台,建立相应的仿真模型来对本文设计的切换机制进行仿真实验,并对结果进行分析。仿真结果表明,本文设计的切换机制是可行且有效的,在满足用户基本QoS需求的基础上,兼顾用户对网络及供应商类型的偏好,同时,综合、考虑用户和网络供应商的利益,使决策更加公平,能够很好地解决NGI中支持ABC的QoS切换决策问题。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 NGI
• 1.1.1 NGI概述
• 1.1.2 NGI主要特征
• 1.1.3 NGI面临的挑战
• 1.2 总最佳连接
• 1.2.1 ABC概述
• 1.2.2 ABC情景
• 1.2.3 ABC参与者
• 1.2.4 ABC参考模型
• 1.2.5 ABC研究面临的挑战
• 1.3 QoS
• 1.3.1 NGI中的QOS目标
• 1.3.2 NGI中的QOS保证问题
• 1.3.3 NGI中已有的QOS解决方案
• 1.4 切换管理
• 1.4.1 基本概念
• 1.4.2 切换触发
• 1.4.2.1 量化指标
• 1.4.2.2 切换触发原因
• 1.4.2.3 切换触发问题研究现状
• 1.4.3 切换决策
• 1.4.3.1 NGI中切换决策目标
• 1.4.3.2 NGI中切换决策考虑的参数
• 1.4.3.3 NGI中切换决策研究现状
• 1.5 ABC支持型QoS切换管理
• 1.6 课题来源
• 第二章 相关理论基础
• 2.1 模糊数学
• 2.2 微观经济学
• 2.3 层次分析法
• 2.3.1 建立递阶层次结构模型
• 2.3.2 构造判断矩阵
• 2.3.3 层次单排序及一致性检验
• 2.3.4. 层次总排序及一致性检验
• 2.4 多目标决策方法
• 2.5 粒子群算法
• 2.5.1 算法思想的起源
• 2.5.2 算法的基本流程
• 2.5.3 算法优点
• 第三章 NGI中ABC支持型QoS切换管理机制设计
• 3.1 网络模型
• 3.1.1 蜂窝刻画
• 3.1.2 移动终端刻画
• 3.2 数学模型
• 3.2.1 QoS参数权重计算
• 3.2.2 模糊度计算
• 3.2.3 评价函数计算
• 3.2.4 满意度计算
• 3.2.5 移动终端对服务策略的偏好计算
• 3.3 服务策略模型
• 3.3.1 定义理想服务策略与非理想服务策略
• 3.3.2 服务策略选择框图
• 3.3.3 服务策略贴近度计算
• 3.3.4 服务策略选择
• 3.4 博弈模型
• 3.4.1 成本与定价
• 3.4.1.1 成本
• 3.4.1.2 定价
• 3.4.2 效用计算
• 3.4.2.1 移动终端效用计算
• 3.4.2.2 蜂窝效用计算
• 3.4.3 博弈分析
• 3.5 单用户ABC支持型QoS切换管理机制
• 3.5.1 优化目标
• 3.5.2 算法流程
• 3.6 多用户ABC支持型QoS切换管理机制
• 3.6.1 优化目标
• 3.6.2 基于繁殖退化PSO算法的切换机制
• 3.6.2.1 算法概述
• 3.6.2.2 基本定义
• 3.6.2.3 算法流程
• 3.6.3 基于吸收变异PSO算法的切换机制
• 3.6.3.1 算法概述
• 3.6.3.2 算法流程
• 第四章 仿真实现与性能评价
• 4.1 仿真环境
• 4.2 仿真实现
• 4.2.1 主要的C++类和函数
• 4.2.2 主要的Otcl类和模块
• 4.3 性能评价
• 4.3.1 拓扑用例
• 4.3.2 运行用例
• 4.3.3 基准算法
• 4.3.4 单用户切换性能评价
• 4.3.4.1 效用值
• 4.3.4.2 Nash均衡解比例
• 4.3.4.3 用户QOS满意度
• 4.3.4.4 平均切换次数
• 4.3.4.5 平均偏好满意程度
• 4.3.5 多用户切换性能评价
• 4.3.5.1 效用值
• 4.3.5.2 Nash均衡解比例
• 4.3.5.3 用户QoS满意度
• 4.3.5.4 平均切换次数
• 4.3.5.5 供应商类型平均偏好满意程度
• 4.3.5.6 蜂窝类型平均偏好满意程度
• 4.3.6 参数对算法性能的影响
• 4.3.6.1 迭代次数对算法性能的影响
• 4.3.6.2 群体规模对算法性能的影响
• 第五章 结束语
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的论文