基于博弈论的AP选择和资源管理

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近年来,随着移动用户数量的增加以及内置无线网卡的移动便携设备(比如,平板,手机,笔记本等)的迅速发展,人们对互联网的要求越来越高,希望可以随时随地的接入互联网。为了满足人们的需求,无线局域网以其低成本,易扩展,灵活性等特点得到了迅速的发展,并且被广泛的密集部署在各种各样的应用场合中。但是由于无线网络中无线资源的有限性以及移动用户数量的急剧增加,使得密集AP部署的无线局域网的网络性能受到极大的挑战。在密集AP部署的多速率无线自治局域网中,很多用户终端节点同时处于多个AP的覆盖范围内,默认情况下,每一个用户都选择信号强度最大的AP进行关联接入。这种基于信号强度的关联接入方式会导致AP的负载不均衡以及网络性能的下降。尤是其当引入多速率以后,IEEE 802.11采用的DCF机制会产生性能异常现象(IEEE 802.11 performance anomaly)进而严重影响整个网络的总体吞吐量。为了提高用户以及整个网络的性能,优化AP和用户之间的关联机制已经成为了近些年的网络研究热点。尤其是在用户之间具有很强的竞争关系,用户与用户之间,以及用户与AP之间的目标是相互制约影响的环境下,如何兼顾用户公平性和最大化网络吞吐量两个优化目标是目前AP关联中迫切需要解决的问题。匹配博弈作为博弈论的一种模型,它不仅是一种研究具有竞争关系的理性实体之间交互的数学工具,同时,不同于其他博弈模型,匹配博弈可以同时考虑多方市场参与者的不同优化目标,允许博弈中的参与者具有不同的收益目标,因此,本文引入匹配博弈来解决上述问题。首先针对多速率情况下的IEEE 802.11异常现象,我们引入基于时间公平的带宽分配机制来解决。然后在基于时间公平的带宽分配机制的基础上,联合的考虑AP关联和带宽分配问题。不同于现有研究将吞吐量和公平性两个优化目标转化为一个基于比例公平的单目标优化问题,本文引入匹配博弈,将用户和AP之间的关联问题建模为一个具有同事效应(peereffect)的多对一双边匹配博弈,并提出一个匹配算法来解决该关联问题,该匹配算法可以很好地描述吞吐量和公平性之间的均衡关系。最后我们通过MATLAB平台对我们的算法进行仿真验证,首先证明了在单AP带宽分配中,基于时间公平的带宽分配机制要优于DCF中默认的带宽分配机制;然后描述了吞吐量和公平性之间的均衡关系,并将本课题提出的匹配关联算法与FAME算法进行比较;最后对匹配算法的性能以及AP的负载均衡进行了验证分析。
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