[发明专利]一种基于效用函数的车联网占优资源公平分配优化方法

说明书

本发明公开了一种基于效用函数的车联网占优资源公平分配优化方法，首先构造了以服务质量QoS指标(分组时延和丢包率等)为自变量的效用函数；然后利用M/D/1排队模型建立QoS指标与无线网络资源数量(带宽和缓存等)二者间的函数映射关系；接着设计一种占优资源公平机制的分配算法，以最大化车辆用户效用为目标，并辅以用户权重优先级对用户的占优资源进行公平合理的分配。本发明的效用函数能够有效的代表用户对服务的满意程度，通过对QoS指标与资源数量建立映射模型，可以将用户的QoS性能需求转化为所需分配的资源数量，在实现满足占优资源公平按需分配的同时最大化用户对QoS需求的满意程度，提高了用户优先级最大化资源的利用率。

技术领域

本发明涉及一种基于效用函数的车联网占优资源公平分配优化方法，属于无线网络资源管理与智能交通服务质量领域。

背景技术

近年来，移动互联网上的应用及服务层出不穷，加之带宽的传输速率有了明显的改善，助推了智慧交通应用的普及与创新。车联网是智慧交通系统的发展趋势之一，而保证网络中各种业务的服务质量(Quality of Service，QoS)是核心技术的关键。然而，车联网中车辆的高速移动、各种优先级业务对有限的无线信道资源的抢占等需求，需要为不同类型的业务提供不同的资源分配策略，而同一种业务的多个QoS指标往往是互相制约的，对于高用户量、高数据传输量和多种类型业务混合传输的网络环境，从电信运营商的角度而言，希望在不加大投资的情况下使资源利用率最大化并能接入更多的用户；而从车辆用户的角度而言，则希望随时随地都能提供足够的资源供其接入，获得较高质量的服务。因为宽带多媒体实时应用的不断涌现及快速更新，使得用户对具有服务质量保证的应用要求越来越高。由于移动设备的迅猛增长，使得系统无法保证所有用户的服务质量需求，不断产生的流量也让共享链路的竞争愈发激烈，如何为用户分配资源，既能满足差异化的QoS需求，又能实现良好的公平性，最大化的提高资源利用率，成为了亟待解决的问题。

在当前的车联网设计中，网络资源大多都是分开独立分配的，但是由于移动车辆应用需要多种资源，单一的资源分配设计早已不能满足差异化的QoS需求。通过对QoS性能的深入分析，可以发现不同的QoS需求与车联网中不同的网络资源需求有着密切的联系。比如，对于某个车辆用户而言，无线接入网络中的分组延迟主要受到其获得的无线带宽的影响，即用户在共享无线信道上可以用来传输分组的最大速率；而分组的丢失主要是因为网络设备的缓存容量有限。为了满足用户的服务体验，在无线设备之间公平分配这些网络资源十分关键。

占优资源公平(Dominant Resource Fairness，DRF)是用于研究多资源分配问题，它可以在公平性和用户需求的多样性之间取得良好的平衡，并且阻止那些对自己的真正资源需求谎报的恶意用户的攻击。在DRF中，某种资源类型的资源份额被定义为用户获得的资源总量占该资源总量的比例，每个用户的占优资源份额被定义为所有类型资源之间的最大资源份额，DRF的目的是均衡所有用户的占优资源份额。其作为从单一资源分配的最大最小公平到多资源最大最小公平的扩展，具有如下优良的属性：

(1)帕累托最优性(Pareto efficiency)，意味着对于任何用户来说，在不增加总的资源容量或减少其他用户资源份额的情况下，其自身的整体资源份额就不能再增加。

(2)无嫉妒性(Envy-freeness)，表示没有用户愿意与其他用户交换自身的资源份额，也就是自己所得的份额已是最优的，如此便可保障公平性。

(3)防止策略性操纵(Strategy-proofness)，用户不能通过谎报真实的资源需求来增加所有资源类型的资源份额，鼓励用户诚实参与。

值得注意的是，DRF并不总是公平分配占优资源份额。如果某些用户的资源需求得到充分满足，这些用户剩余的额外资源就可以用来进一步满足其他用户的需求。因此，系统中的资源可以被更有效地利用。但该方法主要针对云计算环境，追求占优资源数量上的公平分配而没有考虑其它资源，若要将其运用于车联网系统中，还需考虑车辆用户的QoS需求。