本文關鍵詞：網(wǎng)絡服務系統(tǒng)基于隨機優(yōu)化的接入控制研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：進入21世紀初后,計算機網(wǎng)絡技術得到了極大的進步,互聯(lián)網(wǎng)為人們生活工作帶來了極大的便利。由于人們對于網(wǎng)絡服務的需求不斷提高,各類網(wǎng)絡服務系統(tǒng)的數(shù)量和規(guī)模也同時不斷增長,即時通信、視頻點播等網(wǎng)絡應用和服務己經大量被人們所使用。在網(wǎng)絡結構方面,以傳統(tǒng)的C/S結構為代表的單服務節(jié)點網(wǎng)絡系統(tǒng)已經逐漸被分布式網(wǎng)絡服務系統(tǒng)所取代,其中以P2P和內容分發(fā)網(wǎng)絡兩種覆蓋網(wǎng)絡結構最為流行,并且已經被大部分網(wǎng)絡服務系統(tǒng)所使用。盡管分布式網(wǎng)絡服務系統(tǒng)擁有十分不錯的性能和擴展性,但是在用戶規(guī)模不斷增加的情況下,仍然表現(xiàn)出了一些性能上的瓶頸。同時,由于某些系統(tǒng)管理策略的不足,導致了這些系統(tǒng)資源利用率較低,系統(tǒng)運運營商難以獲得理想的收益。接入控制策略作為一個請求能否進入系統(tǒng)的依據(jù),其對于網(wǎng)絡服務系統(tǒng)的負載控制和收益具有較大影響,因此對于接入控制的優(yōu)化具有重要的理論和實際應用價值。 本文針對分布式網(wǎng)絡服務系統(tǒng)的接入控制問題進行研究,主要圍繞用戶服務請求在系統(tǒng)中各服務節(jié)點處的接入控制過程,在實際的網(wǎng)絡背景下,根據(jù)隨機優(yōu)化的思想,建立系統(tǒng)的隨機動態(tài)演化模型來描述系統(tǒng)的控制過程,并在模型的基礎上利用策略優(yōu)化算法來獲得系統(tǒng)的最優(yōu)接入控制策略以實現(xiàn)系統(tǒng)性能的最優(yōu)。本文的主要工作和創(chuàng)新性可以概括如下。 第一,針對分布式網(wǎng)絡服務系統(tǒng)的接入控制問題,提出一種基于半Markov決策過程模型的優(yōu)化方法。首先,研究了系統(tǒng)參數(shù)固定時的接入控制策略優(yōu)化問題,采用一個半Markov決策過程來描述系統(tǒng)中各個服務節(jié)點處請求的接入控制過程,系統(tǒng)根據(jù)當前狀態(tài)和請求類型來判斷是否接入一個新請求。然后,研究了系統(tǒng)參數(shù)隨時間變化時的接入控制策略更新問題,提出一種接入控制策略切換機制,當系統(tǒng)參數(shù)變化達到一定程度時,系統(tǒng)在其基礎接入控制策略集中選擇一個接入控制策略來控制新到達的請求,采用一個新的半Markov決策過程對系統(tǒng)的接入控制策略切換過程進行描述,根據(jù)系統(tǒng)各節(jié)點處的請求到達率和時刻判斷選擇的接入控制策略。優(yōu)化的目標是提高系統(tǒng)的長期運行平均收益,針對兩個半Markov決策過程模型,分別采用參數(shù)化隨機策略和確定性策略作為行動策略,并通過梯度法和Q學習法對接入控制策略和接入控制策略的切換規(guī)則進行優(yōu)化。提出的隨機優(yōu)化模型能夠較為準確的描述出一個分布式網(wǎng)絡服務系統(tǒng)的接入控制過程,并且能夠反映出系統(tǒng)中各種因素對接入控制的影響。 第二,根據(jù)實際網(wǎng)絡系統(tǒng)中接入控制的特點,提出一種基于事件的梯度優(yōu)化方法。首先,根據(jù)事件的思想,給出了基于事件描述一個實際系統(tǒng)控制過程的方法。然后,研究了在使用基于事件的參數(shù)化隨機策略時系統(tǒng)的控制策略優(yōu)化問題,通過基于性能靈敏度的方法分析并推導出了系統(tǒng)的性能差公式以及系統(tǒng)性能關于策略參數(shù)的梯度公式,采用隨機逼近方法給出了系統(tǒng)的性能梯度估計算法和在線策略迭代算法。最后,考慮在兩種不同約束下的策略優(yōu)化問題,通過事件思想并結合拉格朗日法,提出了一種解決帶約束情況下的策略優(yōu)化算法。相比于基于Markov決策過程的策略優(yōu)化,基于事件的優(yōu)化方法能更好的反映出實際控制系統(tǒng)的特點,并且能夠在優(yōu)化過程中有效降低了算法的復雜度。 第三,針對分布式網(wǎng)絡服務系統(tǒng)中存在己接入的請求被丟棄概率約束時,如何對接入控制進行優(yōu)化的問題,提出一種基于事件的優(yōu)化方法。首先,通過事件描述了系統(tǒng)中各服務節(jié)點處的接入控制過程。系統(tǒng)中的主要事件分別為請求被接入并被服務、請求被接入但是被丟棄、請求被拒絕。然后,定義了系統(tǒng)的風險事件和事件的風險指數(shù),并根據(jù)事件的風險指數(shù)給出了系統(tǒng)風險指數(shù)的公式。模型中給出的系統(tǒng)風險指數(shù)即系統(tǒng)長期運行過程中一個接入的請求被丟棄的概率,這樣就將原問題中的概率性約束轉化為了一般性約束。最后,通過拉格朗日法,給出了系統(tǒng)的拉格朗日報酬函數(shù)和性能,并根據(jù)基于事件的優(yōu)化算法得到了滿足約束條件下的系統(tǒng)最優(yōu)接入控制策略。
【關鍵詞】：分布式網(wǎng)絡服務系統(tǒng) 接入控制 策略切換機制 強化學習 性能梯度估計 基于事件的優(yōu)化 風險事件
【學位授予單位】：中國科學技術大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TP393.09
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-16
• 第一章 緒論16-32
• 1.1 服務覆蓋網(wǎng)18-23
• 1.1.1 內容分發(fā)網(wǎng)絡19-21
• 1.1.2 對等網(wǎng)絡21-23
• 1.2 虛擬化網(wǎng)絡服務系統(tǒng)23-26
• 1.2.1 虛擬化技術24
• 1.2.2 虛擬網(wǎng)絡服務系統(tǒng)24-26
• 1.2.3 服務流程26
• 1.3 網(wǎng)絡服務系統(tǒng)的管理策略26-28
• 1.3.1 接入控制策略26-27
• 1.3.2 內容部署策略27-28
• 1.3.3 服務節(jié)點選擇策略28
• 1.4 本文的主要工作和貢獻28-29
• 1.5 本文的組織結構29-32
• 第二章 相關研究工作及基礎知識32-50
• 2.1 主要接入控制方法32-38
• 2.1.1 基于實際測量的方法33-35
• 2.1.2 基于數(shù)學模型的方法35-38
• 2.2 基于模型的接入控制38-40
• 2.3 隨機優(yōu)化模型40-44
• 2.3.1 Markov決策過程41-43
• 2.3.2 半Markov決策過程43-44
• 2.4 基于性能靈敏度的分析法44-46
• 2.4.1 Poisson方程45-46
• 2.4.2 性能靈敏度公式46
• 2.5 強化學習46-47
• 2.6 小結47-50
• 第三章 基于SMDP的接入控制50-74
• 3.1 引言50-51
• 3.2 系統(tǒng)抽象51-53
• 3.3 固定參數(shù)下的接入控制模型53-56
• 3.3.1 系統(tǒng)參數(shù)53
• 3.3.2 狀態(tài)53-54
• 3.3.3 行動54
• 3.3.4 狀態(tài)轉移54-55
• 3.3.5 報酬和性能55-56
• 3.4 固定參數(shù)下的接入控制策略優(yōu)化56-63
• 3.4.1 接入控制策略56-57
• 3.4.2 梯度優(yōu)化方法57-58
• 3.4.3 狀態(tài)空間聚類方法58-60
• 3.4.4 仿真與性能評估60-63
• 3.5 參數(shù)變化時的策略切換機制63-66
• 3.5.1 系統(tǒng)參數(shù)變化特征65-66
• 3.5.2 接入控制策略切換機制66
• 3.6 接入控制策略的切換歸則優(yōu)化66-72
• 3.6.1 參數(shù)變化檢測67-68
• 3.6.2 策略切換控制的SMDP模型68-69
• 3.6.3 切換規(guī)則優(yōu)化69
• 3.6.4 實驗與仿真69-72
• 3.7 小結72-74
• 第四章 基于事件模型的接入控制74-90
• 4.1 引言74-75
• 4.2 離散事件動態(tài)系統(tǒng)基于事件的描述75-76
• 4.3 基于事件策略下的性能靈敏度分析76-80
• 4.3.1 性能差公式77-78
• 4.3.2 性能梯度公式78-80
• 4.4 策略優(yōu)化算法80-83
• 4.4.1 基于樣本軌道的策略梯度估計80-82
• 4.4.2 策略的在線優(yōu)化82-83
• 4.5 帶約束問題的優(yōu)化83-88
• 4.5.1 約束條件描述84-86
• 4.5.2 拉格朗日法86-88
• 4.6 小結88-90
• 第五章 帶約束條件下的接入控制90-100
• 5.1 引言90
• 5.2 系統(tǒng)結構90-92
• 5.3 基于事件的描述和分析92-95
• 5.3.1 主要事件93-94
• 5.3.2 風險事件和系統(tǒng)風險指數(shù)94-95
• 5.3.3 優(yōu)化問題描述95
• 5.4 接入控制策略優(yōu)化95-99
• 5.4.1 拉格朗日法95-96
• 5.4.2 仿真實驗與分析96-99
• 5.5 小結99-100
• 第六章 總結與展望100-104
• 6.1 本文總結100-102
• 6.2 有待進一步研究的內容102-104
• 參考文獻104-110
• 致謝110-112
• 在讀期間發(fā)表的學術論文與取得的研究成果112-113

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 ;Admission Control with Elastic QoS for Video on Demand Systems[J];International Journal of Automation & Computing;2012年05期

  本文關鍵詞：網(wǎng)絡服務系統(tǒng)基于隨機優(yōu)化的接入控制研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號：469158