通信網絡資源分配算法研究

王磊

傳統通信網絡由于分層問題造成資源不能很好分配。隨著虛擬網絡技術的發展，解決了傳統網絡資源分配利用率低問題。本文就通信網絡資源分配算法研究進行分析，分析當前網絡資源分配算法存在問題及發展趨勢，為網絡資源分配提供幫助。

1引言

隨著移動互聯網不斷發展，對網絡需求量不斷增加，目前無線通信網絡發展受到計算能力、帶寬和緩存等網絡資源限制。傳統網絡資源采用分層思想設計，提高了網絡的擴展性和獨立性，但是帶來網絡資源浪費，不能實現網絡資源合理分配。為解決這一問題提出了虛擬網絡技術，該技術的出現解決了網絡資源分配的問題。

2通信網絡資源

人工智能技術對網絡資源需求越來越高，傳統網路資源主要有話音業務外通信網絡還承擔Internet網絡業務，這些業務要求具有高帶寬、低延時以及穩定性好的特性。綜合分析當前通信網絡資源有帶寬、緩存、功率、計算資源、碼字資源、路由選擇等，如表1所示。

上述網絡資源中緩存資源分配采用特定的算法進行管理。網絡資源的分組傳輸過程中會受到隊列緩存、延遲方式等因素造成帶寬利用率不高的問題，是通信網絡資源分配算法的研究難點。功率分配是通信網絡資源分配重要技術，隨著節能技術的提出，傳統單純的調整功率方法已經無法滿足多種網絡資源共同優化問題，該技術是通信網絡資源的研究難點。

3通信網絡資源分配算法研究進展

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有動態帶寬分配、靜態帶寬分配以及動態和靜態帶寬資源混合分配。

動態分配是指根據用戶的帶寬需求實時調整網絡帶寬資源。正交頻分復用無源光網絡通信資源分配技術提出了一種多業務分層帶寬分配算法，如圖1所示。

針對商住混合樓宇通信網絡資源利用問題，提出了一種RWDM-PON帶寬分配算法，該算法在ONU業務突發超出帶寬限制時會進行動態帶寬調整。實驗結果表明所設計算法明顯增強了系統延時性能。針對現有控制算法不能很好控制異構無線網絡傳輸問題，提出了HWNs網絡資源分配模型。該模型支持多鏈路接入動態資源分配算法，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絡數據進行動態傳輸最優。通過仿真結果表明所設計的算法能夠有效提高系統傳輸效率，充分利用系統資源。為改善TDMA以太網中分布式實時系統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帶寬算法。所設計的算法考慮到傳輸時間和傳輸周期，同時增加了傳輸開銷，實現了多任務實時調用和分配。實驗結果表明，所設計的動態帶寬分配算法提高了網絡帶寬資源利用率也降低了通信延時性。

靜態帶寬資源分配是指系統可用總資源固定，用戶根據系統預設方式進行帶寬使用。為解決無源光網絡帶寬分配方式，設計了一種分配模型，該模型核心思想是增加多個服務臺和多個休假同時增加限定門的排隊模型。在排隊中添加了靜態帶寬資源分配算法。實驗結果表明增加靜態資源分配算法后能夠有效避免帶寬擁塞情況也降低了業務接入延時性。在經典的隨機帶寬調度算法基礎上，提出了一種基于多面體優先列的帶寬資源調度算法。通過仿真結果表明所設計的資源管理算法改善了網絡的運行性能。光網絡與電網絡混合網絡能增強網絡帶寬，因此將該混合網絡模型應用到網絡資源分配優化中設計了網絡拓撲圖并進行仿真，結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絡資源分配中能有效控制網絡能耗、提高網絡穩定性。針對認知小蜜蜂網絡框架進行聯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限制條件的分數形勢能量效用函數，實現了并行迭代求解，提高了算法運行效率。仿真結果表明設計的算法提高了網絡資源綜合利用率和能量效率。

為解決通信網絡中各信道傳輸質量不同導致網絡吞吐量存在差異，提出采用優化傳輸功率、傳輸時間進行資源控制。設計能量傳輸控制模型，該模型核心思想是在傳統的資源分配算法HDEA基礎上增加優化方法。實驗仿真結果表明所設計算法網絡吞吐量提高了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行隊列調度和緩存操作。為提高網絡用戶滿意度，設計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容中，以用戶滿意度效用函數作為指標，當轉移后的效用滿足用戶需求則進行新的滿意度調整，最終完成滿意度最優求解。實驗仿真結果表明所設計的算法能夠大大提高用戶滿意度。針對蜂窩網資源分配目標優化問題，設計了深度強化學習蜂窩資源管理算法。該算法核心思想是采用深度神經網絡算法進行蜂窩系統傳輸效率優化，以能量效率作為懲罰值，同時構建誤差函數完成反向訓練。仿真結果表明所設計算法能夠提高資源傳輸效率和降低系統能耗。

4結束語

通信網絡資源分配算法為通信傳輸提供了新的方式，本文分析了通信網絡資源分配算法研究進展，得到目前常見網絡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種算法研究進展進行分析，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，但該算法比較復雜發展道路還很長。緩存資源分配算法在用戶滿意度改進方面具有較高的運行效率。