通信網(wǎng)絡(luò)資源分配算法研究

王磊

傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)由于分層問題造成資源不能很好分配。隨著虛擬網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，解決了傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)資源分配利用率低問題。本文就通信網(wǎng)絡(luò)資源分配算法研究進(jìn)行分析，分析當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)資源分配算法存在問題及發(fā)展趨勢，為網(wǎng)絡(luò)資源分配提供幫助。

1引言

隨著移動互聯(lián)網(wǎng)不斷發(fā)展，對網(wǎng)絡(luò)需求量不斷增加，目前無線通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展受到計(jì)算能力、帶寬和緩存等網(wǎng)絡(luò)資源限制。傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)資源采用分層思想設(shè)計(jì)，提高了網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展性和獨(dú)立性，但是帶來網(wǎng)絡(luò)資源浪費(fèi)，不能實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源合理分配。為解決這一問題提出了虛擬網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，該技術(shù)的出現(xiàn)解決了網(wǎng)絡(luò)資源分配的問題。

2通信網(wǎng)絡(luò)資源

人工智能技術(shù)對網(wǎng)絡(luò)資源需求越來越高，傳統(tǒng)網(wǎng)路資源主要有話音業(yè)務(wù)外通信網(wǎng)絡(luò)還承擔(dān)Internet網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)，這些業(yè)務(wù)要求具有高帶寬、低延時(shí)以及穩(wěn)定性好的特性。綜合分析當(dāng)前通信網(wǎng)絡(luò)資源有帶寬、緩存、功率、計(jì)算資源、碼字資源、路由選擇等，如表1所示。

上述網(wǎng)絡(luò)資源中緩存資源分配采用特定的算法進(jìn)行管理。網(wǎng)絡(luò)資源的分組傳輸過程中會受到隊(duì)列緩存、延遲方式等因素造成帶寬利用率不高的問題，是通信網(wǎng)絡(luò)資源分配算法的研究難點(diǎn)。功率分配是通信網(wǎng)絡(luò)資源分配重要技術(shù)，隨著節(jié)能技術(shù)的提出，傳統(tǒng)單純的調(diào)整功率方法已經(jīng)無法滿足多種網(wǎng)絡(luò)資源共同優(yōu)化問題，該技術(shù)是通信網(wǎng)絡(luò)資源的研究難點(diǎn)。

3通信網(wǎng)絡(luò)資源分配算法研究進(jìn)展

3.1帶寬資源分配算法研究

目前常見的帶寬資源分配技術(shù)有動態(tài)帶寬分配、靜態(tài)帶寬分配以及動態(tài)和靜態(tài)帶寬資源混合分配。

動態(tài)分配是指根據(jù)用戶的帶寬需求實(shí)時(shí)調(diào)整網(wǎng)絡(luò)帶寬資源。正交頻分復(fù)用無源光網(wǎng)絡(luò)通信資源分配技術(shù)提出了一種多業(yè)務(wù)分層帶寬分配算法，如圖1所示。

針對商住混合樓宇通信網(wǎng)絡(luò)資源利用問題，提出了一種RWDM-PON帶寬分配算法，該算法在ONU業(yè)務(wù)突發(fā)超出帶寬限制時(shí)會進(jìn)行動態(tài)帶寬調(diào)整。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明所設(shè)計(jì)算法明顯增強(qiáng)了系統(tǒng)延時(shí)性能。針對現(xiàn)有控制算法不能很好控制異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)傳輸問題，提出了HWNs網(wǎng)絡(luò)資源分配模型。該模型支持多鏈路接入動態(tài)資源分配算法，模型核心思想是以傳輸速率最大化為目的，通過分析用于接入網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)進(jìn)行動態(tài)傳輸最優(yōu)。通過仿真結(jié)果表明所設(shè)計(jì)的算法能夠有效提高系統(tǒng)傳輸效率，充分利用系統(tǒng)資源。為改善TDMA以太網(wǎng)中分布式實(shí)時(shí)系統(tǒng)的帶寬資源利用率不高問題，提出了一種基于流量特征的動態(tài)帶寬算法。所設(shè)計(jì)的算法考慮到傳輸時(shí)間和傳輸周期，同時(shí)增加了傳輸開銷，實(shí)現(xiàn)了多任務(wù)實(shí)時(shí)調(diào)用和分配。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)的動態(tài)帶寬分配算法提高了網(wǎng)絡(luò)帶寬資源利用率也降低了通信延時(shí)性。

靜態(tài)帶寬資源分配是指系統(tǒng)可用總資源固定，用戶根據(jù)系統(tǒng)預(yù)設(shè)方式進(jìn)行帶寬使用。為解決無源光網(wǎng)絡(luò)帶寬分配方式，設(shè)計(jì)了一種分配模型，該模型核心思想是增加多個(gè)服務(wù)臺和多個(gè)休假同時(shí)增加限定門的排隊(duì)模型。在排隊(duì)中添加了靜態(tài)帶寬資源分配算法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明增加靜態(tài)資源分配算法后能夠有效避免帶寬擁塞情況也降低了業(yè)務(wù)接入延時(shí)性。在經(jīng)典的隨機(jī)帶寬調(diào)度算法基礎(chǔ)上，提出了一種基于多面體優(yōu)先列的帶寬資源調(diào)度算法。通過仿真結(jié)果表明所設(shè)計(jì)的資源管理算法改善了網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行性能。光網(wǎng)絡(luò)與電網(wǎng)絡(luò)混合網(wǎng)絡(luò)能增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)帶寬，因此將該混合網(wǎng)絡(luò)模型應(yīng)用到網(wǎng)絡(luò)資源分配優(yōu)化中設(shè)計(jì)了網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D并進(jìn)行仿真，結(jié)果表明該方法降低了帶寬分配拒絕率，從而提高了帶寬利用率。

3.2能量資源分配算法研究

合理能量管理在通信網(wǎng)絡(luò)資源分配中能有效控制網(wǎng)絡(luò)能耗、提高網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性。針對認(rèn)知小蜜蜂網(wǎng)絡(luò)框架進(jìn)行聯(lián)合頻譜資源功率分配問題研究，提出了開放式共享空閑頻譜資源共享分配算法，該算法中增加了多個(gè)限制條件的分?jǐn)?shù)形勢能量效用函數(shù)，實(shí)現(xiàn)了并行迭代求解，提高了算法運(yùn)行效率。仿真結(jié)果表明設(shè)計(jì)的算法提高了網(wǎng)絡(luò)資源綜合利用率和能量效率。

為解決通信網(wǎng)絡(luò)中各信道傳輸質(zhì)量不同導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)吞吐量存在差異，提出采用優(yōu)化傳輸功率、傳輸時(shí)間進(jìn)行資源控制。設(shè)計(jì)能量傳輸控制模型，該模型核心思想是在傳統(tǒng)的資源分配算法HDEA基礎(chǔ)上增加優(yōu)化方法。實(shí)驗(yàn)仿真結(jié)果表明所設(shè)計(jì)算法網(wǎng)絡(luò)吞吐量提高了50 %，具有較高的性能。

3.3緩存資源分配算法研究

緩存資源分配算法是進(jìn)行隊(duì)列調(diào)度和緩存操作。為提高網(wǎng)絡(luò)用戶滿意度，設(shè)計(jì)了新的緩存資源分配算法。該算法思想是將用戶行為接入到小站緩存內(nèi)容中，以用戶滿意度效用函數(shù)作為指標(biāo)，當(dāng)轉(zhuǎn)移后的效用滿足用戶需求則進(jìn)行新的滿意度調(diào)整，最終完成滿意度最優(yōu)求解。實(shí)驗(yàn)仿真結(jié)果表明所設(shè)計(jì)的算法能夠大大提高用戶滿意度。針對蜂窩網(wǎng)資源分配目標(biāo)優(yōu)化問題，設(shè)計(jì)了深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)蜂窩資源管理算法。該算法核心思想是采用深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法進(jìn)行蜂窩系統(tǒng)傳輸效率優(yōu)化，以能量效率作為懲罰值，同時(shí)構(gòu)建誤差函數(shù)完成反向訓(xùn)練。仿真結(jié)果表明所設(shè)計(jì)算法能夠提高資源傳輸效率和降低系統(tǒng)能耗。

4結(jié)束語

通信網(wǎng)絡(luò)資源分配算法為通信傳輸提供了新的方式，本文分析了通信網(wǎng)絡(luò)資源分配算法研究進(jìn)展，得到目前常見網(wǎng)絡(luò)資源分配算法主要有：帶寬資源分配算法、能量資源分配算法以及緩存資源分配算法。分別對3種算法研究進(jìn)展進(jìn)行分析，得到的帶寬資源分配算法相對成熟，但隨著能源問題日益突顯該類算法不能解決能源資源分配問題。能源資源分配算法是近年來比較熱門算法，但該算法比較復(fù)雜發(fā)展道路還很長。緩存資源分配算法在用戶滿意度改進(jìn)方面具有較高的運(yùn)行效率。