收藏本站
《中国科学技术大学》 2011年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

能量最优化问题的算法研究

吴巍炜  
【摘要】:移动用户(设备)在2010年达到了50亿的庞大数量.鉴于移动设备的数量和他们都使用电池供电的事实,设计高效的算法来减少设备的能量消耗和合理地使用能量来最大化整个移动网络系统的数据吞吐量受到了广泛的关注.近似算法设计和分析是算法理论方向十分重要的领域和评价算法性能的重要手段.本文从理论分析的角度研究了基于调度和分配策略的算法以最优化能量的使用.本文关注的是计算最优解的算法,以及以近似比作为性能评价的近似算法,分别给出了针对单一设备的最优/近似的能量调度算法和针对移动系统的具有最优在线近似比的能量分配算法. 单个设备上的能量优化:针对单一设备,动态电压调节技术提供了调节处理器的速度以控制能量消耗的能力.本文首先研究了理想模型和相对更实际的加速模型和处理器模型.其中理想模型允许处理器瞬间变速而加速模型限制处理器的加速率最大为K,存储器模型则是将存储器操作时间也加以考虑.目标是找到能够在期限时间内完成所有任务的最小化能量消耗的最优调度.本文针对单一设备的研究包括以下结果, (1)改进了理想模型下的最优解计算时间:理想模型的理论研究最早可以追溯到1995年Yao等人的富有启发性的工作,目前为止最好的是0(n2logn)时间算法来计算最优解.我们关注一类称为一致性的任务集合,它们满足更早到达的任务不会更迟结束.基于对最优解结构的更加深入的理解和观察,本文改进了计算最优解所需的时间复杂性,给出了O(n2)时间的新算法. (2)首次从理论分析角度给出了计算加速模型最优解的算法:区别于理想模型,比较实际的考虑时间延迟的模型有加速模型和存储器模型,在此之前只有一些启发式算法的研究,而没有关于它们的比较理论的研究.对于加速模型,我们从所有任务都有共同到达时间的特例开始研究,设计针对它的算法并将其作为一个子程序,来确立加速模型下的最优解.本文首次给出了计算其最优解的算法,算法时间上只需用O(n2)时间. (3)解决了处理器模型的复杂性和额外资源条件下的近似算法:本文证明了处理器模型的最优解计算问题是NP难解性.鉴于难解性的结果,之后从近似算法的角度,本文给出了s-倍额外速度条件下的具有常数近似比的算法.这个结果说明了用多项式时间的算法能够常数近似于需要指数计算时间的最优算法. 系统层面上的能量分配:以上的内容都是从设备上的能量优化的角度进行研究,之后本文关注系统层面(移动网络)的能量分配问题.受限于设备有限的能量和一些其它物理限制,总体的目标是最大化整个系统的数据吞吐量.模型综合考虑了系统中变化的信道状态,有限的能量和用户之间的干扰这些物理限制.同时,考虑系统的开放性和用户之间的竞争行为,用户可能通过欺骗私有数据信息的方式来最大化自己的收益,以至对系统的性能产生不利影响.方法是使用博弈论中的机制设计理论来抑制用户使其没有对系统进行欺骗的动力(truthful mechanism design),使用在线的竞争比分析(competitive analysis)来证实系统的总体性能不会受到太大影响.关于系统层面的能量优化研究包括以下结果, (1)设计出了能抑制用户欺骗行为的机制:本文设计出了一个随机的机制,证明了它可以保证用户没有进行欺骗的动力,即满足truthful的要求. (2)改进了目前关于任意算法所能达到的性能下界:关于任意算法所能达到的最好性能,目前只有关于确定性算法的性能下界,本文改进了目前为止为好的关于下界的结果,证明所有随机算法最好只能达到Ω(logH/h)-近似,这里使用到的是Yao的极大极小原理. (3)证明本文所设计的机制是最优近似的:即机制在系统的总数据吞吐量评价上是O(logH/h)-近似的.这个结果也从性能评价上证明该机制不仅能应对用户的自私的竞争行为,同时在系统的总体收益上能达到最佳性能(aysymptotic optimal competitive).鉴于近似比分析是以最坏情况的算法性能作为评价手段,这个结果说明不存在其它算法能够在最坏情况的表现上大幅改进本文所设计的算法和机制.
【学位授予单位】:中国科学技术大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TP301.6

免费申请
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 涂健,周军;二次型最优控制系统鲁棒特征结构配置设计[J];华中科技大学学报(自然科学版);1987年04期
2 石磊;蒋韡琳;张中兆;;认知无线电空闲频谱的联合检测算法[J];华南理工大学学报(自然科学版);2010年01期
3 张炎炎;赵旭凇;;TD-LTE系统软频率复用及其最优化研究[J];移动通信;2010年Z1期
4 方瀛;;外国的档案最优化问题[J];档案与建设;1987年04期
5 周金荣;黄道;蒋慰孙;;基于神经网络的随机动态系统的优化新方法[J];华东理工大学学报;1992年S1期
6 张昊;黄战华;郁道银;;使用粒子滤波和差分进化法实现轮廓跟踪[J];光电工程;2006年02期
7 黎俊;彭启民;范植华;;亚像素级图像配准算法研究[J];中国图象图形学报;2008年11期
8 崇金山;熊岳山;谭珂;郭光友;;虚拟膝关节镜手术中保持单元质量的体网格形变方法[J];计算机工程与科学;2009年07期
9 廖方茵;;遗传算法在求解多目标约束优化问题的编程实现[J];福建电脑;2010年07期
10 解学书;按规定的衰减速度综合最优反馈系统[J];清华大学学报(自然科学版);1983年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 詹歆晔;唐忆文;;商务区碳中和机制设计——以上海虹桥商务区为例[A];2010中国环境科学学会学术年会论文集(第二卷)[C];2010年
2 高力明;刘蓓瑛;李朝有;;陶瓷工业热工设备设计优化之探讨[A];中国硅酸盐学会陶瓷分会2010年学术年会论文集(二)[C];2010年
3 栾大龙;李江华;梁彦昌;;项目质量管理体系评价博奕机制设计研究[A];质量——持续发展的源动力:中国质量学术与创新论坛论文集(下)[C];2010年
4 常伟;苏振华;;“一事一议”为何效果不佳:基于机制设计视角[A];第二届湖湘三农论坛论文集[C];2009年
5 金海和;;Hopfield网络学习及其在最优化问题中的应用[A];管理科学与系统科学研究新进展——第6届全国青年管理科学与系统科学学术会议暨中国科协第4届青年学术年会卫星会议论文集[C];2001年
6 韦化;阳育德;;微分-代数方程约束的电力系统最优化问题——模型与现代内点算法[A];2006年中国运筹学会数学规划分会代表会议暨第六届学术会议论文集[C];2006年
7 刘晓峰;黄沛;;提前销售中返还策略的机制设计[A];中国市场学会2006年年会暨第四次全国会员代表大会论文集[C];2006年
8 杨建强;;机制设计理论在职教工作中的运用[A];第十届中国科协年会中部地区物流产业体系建设论坛专辑[C];2008年
9 薛培金;;如何在工程招投标中实现业主与承包商双赢[A];七省市建筑市场与招标投标优秀论文集[C];2006年
10 辛琳;;和合视角下管理文化的机制设计研究[A];经济、技术与环境——全国经济管理院校工业技术学研究会第九届学术年会论文集[C];2008年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 金融学博士 程实;诺奖智慧指引经济协调机制设计[N];证券时报;2007年
2 中科院科技政策与管理科学研究所博士 亓菁晶 中科院科技政策与管理科学研究所副研究员 陈安;机制设计是节能减排的关键[N];中国能源报;2010年
3 斯蒂芬妮·史密斯 斯坦福法学院讲师 詹妮特·马丁内兹 斯坦福法学院高级讲师 翻译 广东省东莞市第二人民法院 张欣 江和平;争议机制设计的分析框架(上)[N];人民法院报;2011年
4 水城;用好的机制设计好的未来[N];国际商报;2007年
5 斯蒂芬妮·史密斯 詹妮特·马丁内兹 翻译 广东省东莞市第二人民法院 张欣 江和平;争议机制设计的分析框架(下)[N];人民法院报;2011年
6 记者 刘芃;完善机制设计 化解金融危机[N];上海科技报;2009年
7 本报记者 张志峰;倪正东:机制设计比退出渠道更重要[N];证券日报;2003年
8 马海邻;“机制设计”成热门词汇[N];解放日报;2007年
9 袁蓉君;奠定机制设计理论基础 三位美国学者荣获诺奖[N];金融时报;2007年
10 程实;机制设计理论:因识别市场机制是否有效而获奖[N];第一财经日报;2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 吴巍炜;能量最优化问题的算法研究[D];中国科学技术大学;2011年
2 邢建英;程序验证关键技术研究[D];国防科学技术大学;2011年
3 张忠宇;我国环境资源可持续利用的机制设计研究[D];吉林大学;2010年
4 郁方;中国银行业垄断与规制研究[D];华南理工大学;2010年
5 石岩;论专利技术的授权策略[D];南京航空航天大学;2009年
6 方东辉;最优化问题的Fenchel对偶和Lagrange对偶之研究[D];浙江大学;2010年
7 张初兵;连续时间下养老基金的最优化管理[D];天津大学;2012年
8 周晓剑;基于SVR的元建模及其在稳健参数设计中的应用[D];南京理工大学;2012年
9 盛军;中国国有商业银行操作风险研究:制度归因、实证分析与对策设计[D];同济大学;2005年
10 曹元芳;经济转型期中国金融道德风险研究[D];天津财经大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 樊晓香;基于机制设计理论的一些最优化问题的研究[D];安徽大学;2005年
2 仲锐敏;乡镇企业再思考:一个基于关系型合约的理论[D];复旦大学;2008年
3 桂黄宝;基于非完全共同利益合作创新机制设计研究[D];华中科技大学;2008年
4 李小娟;我国国有产权拍卖机制的相关设计研究[D];华东师范大学;2008年
5 刘新钢;企业激励机制设计实证研究[D];吉林大学;2004年
6 张越利;对建立节约交易费用的经济行政法制度结构的思考[D];吉林大学;2005年
7 宫培海;国有企业经理人性化激励机制设计[D];山东大学;2005年
8 赵舒;基于股权的薪酬激励工具及其在知识型企业中的应用研究[D];青岛大学;2006年
9 李益生;基于机制设计理论的电网运行风险控制机制研究[D];华北电力大学(北京);2006年
10 王昕;科技型中小企业信用担保机制研究[D];复旦大学;2008年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026