2 0 0 5 中国控制与决策学术年会论文集P r o c e e d i n g so f2 0 0 5 C h i n e s eC o n t r o la n dD e c i s i o nC o n f e r e n f 15 1 7基于盈余函数的信道选择方案分析曾晖，孙宇舸，井元伟( 东北大学信息科学与工程学院，辽宁沈阳1 1 0 0 0 4 )摘要z 为了让用户合理使用信逆以获得最大刺益，从用户的利益函数出发，讨论信道的选择问题当用户占用信道时，首先从奉小区空 1 8 的名义信道中为其分配出借优先毅最小的信道，若没有空阉，则向邻近的小区借用，以获得较大的盈余值为前提l 当用户释放信遵时，则选择代竹函数最小的信道采用对策论甲的N a s h 平衡和S t a e k e l b e r g 策略引导备用户选择台适信道以获得较大盈求该方采不仅可以提高信道的利用率、降低呼阻率，而且可阻保证用户得到较满意的盈杂值仿真结景说明了此方法的适用性关建词：通信系统 盈余值；服务质量；信道借用；对策论，激励C h a n n e lc h o o s i n gp r o j e c ta n a l y s i sb a s e do ns u r p l u sf u n c t i o nZ E N GH u i ，S U NY u g e ，J 1 N GY u a n w e i( F a c u l t yo fI n f 。r m a t i o nS c i e n c ea n dE n g i n e e r i n g N o r t h e a s t e r nC o r r e s p o n d e n t fJ I N GY u a n w e l ，E m a i l ：y w j j i n g m a i l e d u c n )A b s t r a c t ：T h ep r o b l e mo fc h a n n e lc h o i c ei si n v e s t i g a t e df r o mt h ep o i n to fv i e wo ft h eu s e r s b e n e f i tf u n c t i o na n dan o v e ls o l u t i o ni sp r o p o s e d W h e nu s e r sp o s s e s sac h a n n e l ，t h em i n i m u m l e n d i n g p r i o r i t yc h a n n e li sa s s i g n e df o rn o m i n a lc h a n n e li no n e so w nc e l lf i r s t l y I ft h e r ei sn ov a c a n c y ti t i sb o r r o w e df r o mt h en e i g h b o r h o o dc e l l s W h e nu s e r sr e l e a s ec h a n n e l t h em i n i m u mc o s tf u n c t i o nc h a n n e li sc h o s e n N a s he q u i l i b r i u ma n dS t a c k e l b e r gs t r a t e g yo ft h eg a m et h e o r ya r ee m p l o y e dt ol e a dt h eu s e r st oc h o o s et h em a x i m a ls u r p l u sv a l u es c h e m e T h i sd e c i s i o na n dc o n t r o ls c h e m ec a nn o to n l ye n h a n c ec h a n n e lu t i l i z a t i o na n dr e d u c et h eb l o c k i n gr a t e ，b u ta l s og u a r a n t e et h es a t i s f i e ds u r p l u sv a l u e S i m u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h ea p p l i c a b i l i t yo ft h ep r o p o s e dm e t h o d K e yw o r d s ：C o m m u n i c a t i o ns y s t e m s ；s u r p l u sv a l u e q u a l i t yo fs e r v i c e ；c h a n n e lb o r r o w i n g g a m e t h e o r y i n c e n t i v e sl 引言随着光纤传输速率的不断增加，A T M 网络的交换处理速率已显得跟不上时代的发展了，因此，把一个光纤链路的传输设备分成多个低速的倍道，从而发展多信道A T M 交换技术，目前已成为提高链路和带宽利用率的有效方案但是，对于多信道中的路由选择问题仍然是影响其效率的关键因素其中信道分配技术作为提高系统频谱资源利用率的一种有效措施o ，得到了十分广泛深人的研究因此，具有优先级的信道分配方案的研究不仅可以提高效率，而且由于各个优先级价格的不同，在讨论其盈余值时，引导用户会更加有效在多信道A T M 技术中，其带宽分配可分为呼叫建立阶段和传输阶段在呼叫建立阶段，当一个呼叫被接收时，呼叫处理器会保留部分带宽用于此呼叫；对于传输阶段，具有优先级的信道分配原理是，输入端进来的信元加上路由标签，路由标签带有信元的输出信道群地址和优先级标识，经具有优先级功能的排序网后，属于同一信道群的信元在输出口是连续分布的再根据属于同一信道群的信元被分配的信道偏移地址，即可由信道群地址和偏移地址形成信元的输出信道地址其中，在优先级处理的排序网中，信元在输出时实现两个功能，首先按信道群地址从小到大输出，同时对属于同一信道群的信元，又按优先级从高到低输出，而当属于同一信道群的信元优先级相同时，则随机选择输出o 基金项目：国家自然科学基金项目( 6 0 2 7 4 0 9 9 ) f 高等学校博士学科点专项科研基金项目( 2 0 0 2 0 1 4 5 0 0 7 )作者简介；曾晖( 1 9 7 8 一) 女，吉林长春人博士生从事通信网络中的控制问题研究1 5 1 82 0 0 5 中国控制与央策学术年会论文集文献 3 给出了基于优先级借用的信道分配方案，该方案能够有效降低热点区域的阻塞率，提高系统容量，对G S M 系统具有较好的适用性但是单纯基于优先级，在协调各用户的信道选择方面可能不是很有效，而以效益函数为保证。引导会更容易，更贴台实际文献 4 3 讨论了基于代价函数的信道分配方案，通过代价函数来实现分配策略，此方案利用了局部信息，盂法从整体上进行选择本文研究基于盈余函数的信道借用模型按照统计和预测的数据，分配一定比例的名义信道”当呼叫到来时，首先看本小区的名义信道是否存在空闲，若有空闲信遭则选择出借优先级最小的信道分配给呼叫若小区所有信道均已被占用，则选择空闲信道最多的邻区借用信道，即为此呼叫预留部分带宽呼口q 结束后，求得代价函数最小的信道予以释放为了得到最优解，采用对策论中的S t a c k e l b e r g策略和N a s h 平衡概念，引导用户在网络所希望的信道以及所希望使用的信道比率予以释放该方案不仅提高信道的利用率、降低呼阻率，同时保证小区间较小的服务偏差，而且确保用户有较满意的盈余值，能够使多用户共存的系统平衡稳定的运行 2 模型描述考虑一个具有资源集合t ，的网络，畸( z 。) 为用户i 的效用函数一，表示集合中用户i 以优先级使 用信道的比率，包括开始时占用信道以及后来的释放信遵f ，为用户以不同的优先级占用信道所支付的单价； ，是以不同的优先级释放信道时用户支付的单价J 表示优先级，J 一1 ，2 ，M 参见文献 6 ，可得系统的盈余函数模型为 曼三 “( z 。，) 一地( z 。) 一己l j x , j 一2 j 工( 1 )j - 1J - 】 在式( 1 ) 中，z 一，项表示用户占用信道支付的价格，当用户占用本小区的名义信道时，是支付费用最少的；如果偏离本小区的名义信道，即借用邻区信道，则支付相应的惩罚价或者说是借用价释放信道时亦如此，只是各个信道的代价值是不同的所以，为了确保用户的利益，尽量选择代价函数值较小的信道但是，作为多用户共存的系统，有时不能保证协调统一本文采用对策论中的S t a c k e l b e r g 策略和N a s h 平衡概念，引导各用户在网络所希望的信遭，占用一定信道比率释放不仅实现了用户的发送请求，同时保障了用户的利益不受影响在对策论的策略中，网络是主方，用户是满足N a s h 平衡点的从方，如果网络指定用户按照它的要求使用信道，则它在对策论中处于主寻地位这可在下述的S t a c k e l b e r g 策略中体现出来车( 。，) = f ，+ - + P 。( z 。，) P ( 蜀) ( 2 )其中：商为网络希望用户使用的信道比率；a 代表网络的期望值；p 。( z ；) 为在此信道需要支付的价格；A ( z 。) 是待确定的任意函数也就是说，用户偏离了网络的期望点要支付惩罚价但是，这个策略能使用户产生较小的偏差，以确保其获得满意的盈余 3 弹性通信情况1 ) 线性激励策略以线性函数作为迫使用户达到z j 的激励策略，设声( z “) 一g z 矿用毫( 工o ) 代替t + z ，则 M C i ( z ，) 一U i ( z 。，) 一二 z 。卫。+ ，工。+，一1q 。t z 。，一驾z 。，) t 3 )其中旧( z 。) 是用户的盈余函数对上式关于z ，求导，令其为零，并将z u 取为z ；，于是得到 M 吼一( z 。) ，一1 将 ：( 毛) 带回原式得 ( z j ) = l + 1 ，( 5 )Ha r gm a x “。z 。0 一( 1 i x q 七1 芦。| 七J 一1吼( z 。，西) z ，) 2 工0 ( 6 )由式( 5 ) 和( 6 ) 看出，A ( ? 。) = q i x 。，可作为线性激励策略又由方程( 6 ) ，有下式成立 旦 ( 为) 一( f ，z j + t z ；) j - 1村 峨( z 。) 一( 1 j x ；j + A j x ，J + 玑( z ”一x S ) x ；A J 一1( 7 )在E t 常的网络通信中，虽然以获得最大盈余值为目的，但是并不是以牺牲通信质量为代价此激励策略使用户按照一定的规则发送信息，既不造成网络的拥塞也能保证充分利用网络的带宽资源用户在自己本小区周围浮动选择信道，满足了发送请求t又保证了较小的服务偏差文献r 4 讨论基于优先级借用的信道分配方案本文也考虑各名义信道的优先级问题，但是以价格来体现优先级的高低，避免了对优先级的判断和选择另一方面，区分固定信道和动态信道软件实现难度大，工作复杂，可以把这种区分以价格来体现，使复杂的程序简单化再则，以价格为尺度可以更直观地了解盈余情况，而网络也能更加容易的实现对用曾晖等：基于盈条函数的信道选择方案分析1 5 1 9户的管理，采用对策论引导用户则更加有