通信網(wǎng)絡中非線性優(yōu)化的關鍵技術研究.pdf

1、在過去的數(shù)年中，非線性優(yōu)化框架已經(jīng)被成功的應用到了通信系統(tǒng)中的一個較寬廣的領域，從高速因特網(wǎng)，到無線Ad hoc網(wǎng)絡，從均衡技術和編碼到寬帶接入，從信息論到網(wǎng)絡拓撲建模。本論文嘗試對通信網(wǎng)絡中的非線性優(yōu)化問題的關鍵技術，以及非線性優(yōu)化在通信網(wǎng)絡中的應用進行探討。 首先，考慮非線性優(yōu)化方法應用在通信網(wǎng)絡的資源分配問題中。特別的，本論文考慮一個OFDMA網(wǎng)絡場景的等功率分配下的子載波分配問題。提出了一種與控制論有相似性的自適應算法。

2、首先通過定義效用函數(shù)的方法，將子載波分配問題抽象為一個非線性目標函數(shù)優(yōu)化問題。然后通過控制和調(diào)整實時業(yè)務和非實時業(yè)務在子載波分配中的權重，通信網(wǎng)絡集中控制器可以自適應調(diào)節(jié)實時業(yè)務和非實時業(yè)務的公平性。這種類似于控制論中的負反饋控制的方法可以認為是本部分的亮點和創(chuàng)新。 通信網(wǎng)絡中的非線性優(yōu)化問題的一個顯著難點就是求解復雜度高，特別是當目標問題是非凸問題時?；谶@個原因，目前學術界提出了基于“網(wǎng)絡效用函數(shù)最大化”（NUM）理論的多種

3、非線性優(yōu)化問題的分解方法?！熬W(wǎng)絡效用函數(shù)最大化”理論的核心就是把通信網(wǎng)絡本身看作一個非線性優(yōu)化器；網(wǎng)絡中的節(jié)點可以分布式地協(xié)同參與完成網(wǎng)絡的優(yōu)化過程。當目標問題非凸時，亦可以采用求解目標問題的對偶問題（是凸問題）從而避免直接處理目標問題，使問題得到解決。近幾年研究得非常多的即是如何將一個NUM問題進行分解，從而便于網(wǎng)絡中的節(jié)點進行處理。這部分本論文將總結近些年學術界提出的多種分解方法，并通過數(shù)值仿真比較它們的性能。 接著，本文考

4、慮非線性優(yōu)化問題中的一個關鍵問題，即通用效用函數(shù)定義方法。通用效用函數(shù)定義是通信網(wǎng)絡中非線性優(yōu)化問題的一個新出現(xiàn)的研究點。它著眼于探討是否存在一種通用的效用函數(shù)定義方法，可以在保證非線性優(yōu)化問題的目標函數(shù)凸性的前提下，保證完整、客觀地刻畫數(shù)據(jù)業(yè)務特性，例如延時、吞吐量、丟包率等。在這部分，基于作者發(fā)表在ICC會議的一篇論文，對OFDMA系統(tǒng)下的通用效用函數(shù)定義給出一系列設計準則。這系列準則可以為后來的研究人員更好地研究OFDMA系統(tǒng)下的

5、資源分配問題提供幫助。 非線性優(yōu)化是求解網(wǎng)絡優(yōu)化問題的通用方法，既可以應用在集中式網(wǎng)絡中，也可以應用在分布式網(wǎng)絡中。例如，無線傳感器網(wǎng)絡（WSN）中的分布式數(shù)據(jù)融合問題就可以建模為一個典型的非線性優(yōu)化問題。數(shù)據(jù)融合（Data Fusion）是個信號處理領域的術語，已經(jīng)研究了數(shù)十年。近幾年，由于WSN的廣泛使用，如何高效率利用WSN的分布式特性進行有效的數(shù)據(jù)融合引起了學者們的興趣。因此多種基于非線性優(yōu)化的分布式數(shù)據(jù)融合算法被提出，