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基于马尔科夫近似的异构网络接入选择和资源分配算法研究

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基于马尔科夫近似的异构网络接入选择和资源分配算法研究

作者：王丽萍西安电子科技大学

学位级别：硕士

随着通信技术的快速发展,多种无线网络、多种业务并存的异构网络是必然的发展趋势,由于不同无线网络的接入技术、资源管理机制和质量服务保证等方面存在差异,所以各种无线网络必须相互协作来满足用户的需求。在异构网络中,如何通过网络... 详细信息

随着通信技术的快速发展,多种无线网络、多种业务并存的异构网络是必然的发展趋势,由于不同无线网络的接入技术、资源管理机制和质量服务保证等方面存在差异,所以各种无线网络必须相互协作来满足用户的需求。在异构网络中,如何通过网络接入选择和资源分配来充分利用网络资源是一个重要的研究问题。大多数接入选择和资源分配问题均为组合优化问题,针对这类Non-deterministic Polynomial(NP)完全问题,本文引入了马尔科夫近似方法进行求解。该方法按照构建的马尔科夫链可以实现分布式算法,随着马尔科夫链收敛,整个网络将会概率性跳转,达到平稳分布时会实现近似最优的系统性能。本文的主要研究内容如下:为了满足用户的QoS需求,实现基站间的负载均衡,本文研究了异构蜂窝网络中的联合接入选择、资源分配和干扰抑制问题。针对这个复杂的联合优化问题,利用马尔科夫近似方法可以实现分布式算法。在算法实现过程中,基于基站间的冲突和复用情况,根据用户接入选择的改变和QoS需求进行动态资源分配。另外,通过在优化目标中设置功率收费实现负载均衡。仿真结果表明,生成的分布式算法既能很好地协调三个子问题来保障用户的QoS需求,又可以有效地实现基站间的负载均衡。为了满足用户对服务体验的要求,本文提出了异构无线网络中基于用户体验的网络接入选择算法。用户进行网络接入选择时需要考虑多种属性影响,且具有不同业务需求的用户对属性的偏好性不同,利用层次分析法可以确定不同业务需求下的属性权重,获得用户接入不同网络的效用值。用户通过网络接入选择来实现系统效用最优,该问题是一个组合优化问题,马尔可夫近似方法可以按照分布式方式获得近似最优的网络接入选择。仿真结果表明,层次分析法与马尔科夫近似方法相结合,可以有效地解决考虑用户体验的网络接入选择问题。为了满足用户对不同业务的需求,本文提出了异构无线网络中多业务资源分配算法,基于实际应用需求,考虑了恒定比特速率和动态比特速率两种典型业务。在带宽资源和功率资源受限的情况下,如何进行网络接入选择和资源分配来满足用户的多业务需求并实现网络性能最优是十分重要的。本文将这个复杂的联合优化问题分为网络接入选择改变导致的网络拓扑更新问题和固定接入选择下的资源分配优化问题,这两个子问题分别利用马尔科夫近似方法和拉格朗日原始对偶方法来解决。仿真结果表明,两种方法相结合既能满足用户的多业务需求又可以实现网络性能最优。

关键词：异构网络网络接入选择资源分配组合优化马尔科夫近似

基于马尔科夫近似的网络组合优化问题分布式算法的研究

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基于马尔科夫近似的网络组合优化问题分布式算法的研究

作者：陈镇威闽南师范大学

学位级别：硕士

物联网和5G网络的飞速发展带来了许多网络问题,如资源稀缺和负载不均衡等等。因此,网络优化已成为当今通信领域的一个研究热点,其目标是通过设计合理的算法有效地管理和控制网络系统,使系统性能最大化。许多重要的网络优化问题本质上是... 详细信息

物联网和5G网络的飞速发展带来了许多网络问题,如资源稀缺和负载不均衡等等。因此,网络优化已成为当今通信领域的一个研究热点,其目标是通过设计合理的算法有效地管理和控制网络系统,使系统性能最大化。许多重要的网络优化问题本质上是组合优化问题,且属于NP-hard问题。随着问题规模的不断扩大,求解起来相当棘手。此外,网络环境的动态变化也给网络优化带了很大的挑战。本文通过设计分布式动态算法研究网络优化中的两个问题:电视白频谱的分配问题和AP关联问题。主要研究内容如下:频谱资源分配对网络系统的整体性能有着很大的影响,受到广泛的关注。与传统的WiFi频谱不同,电视白频谱是随时间和空间发生变化的,即时变性和空变性特性。如何在充分考虑电视白频谱的时变性和空变性的前提下为次用户分配频谱资源是一个研究难点。本文首先将电视白频谱分配问题建模为0-1整数规划问题并利用Log-Sum-Exp函数逼近最优目标值。在此基础上,利用马尔科夫近似技术设计了一个电视白频谱的分布式分配算法来求解。此外,本文将设计的算法扩展到动态环境中,以解决由于主用户随机进入和离开系统而导致电视白频谱数量的变化问题。仿真结果表明,本文提出的算法能够非常快地收敛到最优解。在网络中,有些AP因为关联过多的用户而负载过重,而有些AP因为没有用户关联导致资源的利用率偏低。在这种情况下,如何选择合适的AP具有十分重要的作用。本文在满足AP负载均衡的前提下,以最大化网络吞吐量为目标对AP关联问题进行优化。首先利用Log-sum-exp函数对目标函数进行近似。在此基础上,构造了一类具有稳态分布的马尔科夫链,以分布式的方式得到了一个近似解。通过理论分析得到了近似解与最优解之间的误差。此外,本文将提出的算法扩展成动态算法以适应网络中用户数量的动态变化。最后,仿真实验验证了算法的有效性和收敛性。

关键词：网络组合优化电视白频谱分配 AP关联马尔科夫近似分布式算法

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面向移动边缘的组合服务选择及优化

计算机学报 2022年第1期45卷 82-97页

作者：陈昊崴邓水光赵海亮尹建伟浙江大学计算机科学与技术学院杭州310027

移动边缘计算作为新型的计算范式,为降低网络延迟、能耗开销提供了新的思路.其将中心云的强大算力下沉至网络边缘,使得用户能够将计算任务卸载至物理位置更近的边缘服务器执行,从而节省经由核心网的时延与能耗开销.然而,由于移动边缘计... 详细信息

移动边缘计算作为新型的计算范式,为降低网络延迟、能耗开销提供了新的思路.其将中心云的强大算力下沉至网络边缘,使得用户能够将计算任务卸载至物理位置更近的边缘服务器执行,从而节省经由核心网的时延与能耗开销.然而,由于移动边缘计算技术通常受到计算资源、网络传输带宽、设备电量等因素的制约,如何在有限的资源中获取最大的利用率成为亟待解决的难题.此外,复杂的网络服务可以被抽象为由若干个子服务按照一定拓扑结构组成的组合服务,然而紊乱多变的移动网络环境为用户策略赋予了时空特性、决策耦合、边缘节点异构以及计算复杂度高的特性,使得传统的基于QoS(Quality of Service)的算法不再适用.本文建立由异构边缘节点以及装配有能量收集组件的移动设备组成的移动边缘系统,基于李雅普诺夫优化以及马尔科夫近似提出一种多项式计算复杂度的分布式算法,提出CSS(Composite Service Selection)框架,旨在联合优化服务选择策略以及能量存储策略,以此最小化整体组合服务请求的总体响应时间,并将设备电量稳定在一个可靠的水平.本文选取四种基准算法,实验结果表明CSS框架具备更加良好的性能,在时延上优于其他算法7.76%~28.88%,并能够最快实现电量稳定.随着场景规模的扩大,CSS将体现更优的性能.

关键词：移动边缘计算服务组合服务选择李雅普诺夫优化马尔科夫近似

金属微纳结构中量子辐射体间的非互易相互作用研究

维普期刊数据库

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金属微纳结构中量子辐射体间的非互易相互作用研究

作者：任晓云河南师范大学

学位级别：硕士

在传统的量子光学中,光物质相互作用可互易,即交换辐射体的空间位置,不影响体系的物理响应。在经典光学体系中,磁光效应的引入打破了洛伦兹互易性,使得非互易光学器件的制备成为可能,这丰富了光操控的实现手段。近些年来,将非互易相互... 详细信息

在传统的量子光学中,光物质相互作用可互易,即交换辐射体的空间位置,不影响体系的物理响应。在经典光学体系中,磁光效应的引入打破了洛伦兹互易性,使得非互易光学器件的制备成为可能,这丰富了光操控的实现手段。近些年来,将非互易相互作用和非互易关联引入量子光学体系引起人们的兴趣。这是因为,一方面非互易相互作用打破传统量子光学中光物质相互作用的可互易性,丰富人们对光物质相互作用的认识,另一方面非互易相互作用带来的非互易关联为光物质相互作用的量子操控提供新的可能。目前,非互易相互作用的研究大多集中在介质光波导和纳米线系统,这类光子结构的尺寸受到衍射极限的限制,不能够在纳米芯片上实现集成。鉴于表面等离激元微纳结构在集成芯片技术方面的优势,我们将在金属微纳结构中探索非互易相互作用的实现。具体而言我们将基于库工程的方法通过调节表面等离激元诱导的量子辐射体之间的相干相互作用和耗散相互作用,在该金属微纳结构中实现非可互易相互作用和量子关联。这对于金属微纳结构在可集成固态量子器件开发中的应用奠定理论基础。因此,本文将主要展开如下的工作:首先,主要介绍表面等离激元、非互易性、量子关联等基本概念,探究非互易性和量子关联的发展历程、研究背景以及研究现状,并对我们的研究内容和研究意义进行展望。之后介绍了研究工作中用到的基础知识,包括,封闭量子系统、开放量子系统(包括马尔科夫过程、非马尔科夫过程和马尔科夫近似)、级联量子系统等。最后简单介绍了我们的研究方法。然后,在一维金属微纳结构中探索实现非互易相互作用的方法,并对该体系中的非互易量子关联进行研究。研究发现:在一维金属微纳结构中,通过平衡辐射体间的相干相互作用g12和耗散相互作用γ12使其满足条件|g12|/|γ12|=1/2,arg(g12/γ12)=π/2或3π/2,则辐射体间便会产生非互易相互作用,即可实现光子在辐射体间的非互易传输。两个辐射体在产生非互易相互作用时,辐射体的布居数和辐射体间的量子纠缠均会受到非互易相互作用的影响。接着在金属板结构中探索非互易相互作用的可实现性,并对系统中的非互易量子关联进行研究。研究发现:在金属板结构中,若辐射体间的相干相互作用g12和耗散相互作用γ12满足条件|g12|/|γ12|=1/2,arg(g12/γ12)=π/2或3π/2,则辐射体间就会产生非互易相互作用。当两个辐射体间存在非互易相互作用时,辐射体间便可产生非互易量子关联的现象。最后,对本文进行了总结,并对今后的工作进行展望。

关键词：表面等离激元马尔科夫近似非互易相互作用量子关联

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耗散响应理论及其在开放系统中的应用

物理学报 2021年第23期70卷 61-71页

作者：陈宇中国工程物理研究院研究生院北京100193

近些年来,随着实验技术的进步,对量子多体系统的耗散控制能力得到了增强,同时耗散动力学过程表征技术方面的实验也有了较大进展.实验上的进展驱使我们在理论上建立量子多体系统的耗散动力学计算体系.最近我们发现,通过把系统和环境之间... 详细信息

近些年来,随着实验技术的进步,对量子多体系统的耗散控制能力得到了增强,同时耗散动力学过程表征技术方面的实验也有了较大进展.实验上的进展驱使我们在理论上建立量子多体系统的耗散动力学计算体系.最近我们发现,通过把系统和环境之间的相互作用看成对系统的一个微扰,可以得到一般性的耗散响应理论.通过这一响应理论,可以回答物理可观测量以及熵在耗散下一定时间尺度内的动力学演化的问题.本文建立了非Markov环境下的一般理论,并讨论了何时可以取到Markov近似,同时综述了这种方法在计算强关联体系的耗散动力学、强相互作用开放体系的熵的动力学演化等方面的应用.

关键词：耗散响应理论马尔科夫近似量子开放系统熵