专利名称：一种基于奇异值分解的可用带宽预测方法
技术领域：
本发明属于网络技术领域，具体地说是一种基于奇异值分解的时延预测方法。
背景技术：
随着因特网技术的不断进步，人们不再仅仅满足于网络连通，而更加关注网络的服务质量。近年来，因特网上出现了许多新型网络应用，如网格计算、云计算、多媒体应用等。这些网络应用不仅要求小的通信时延，也需要有较高的带宽资源。特别是多媒体应用，可用带宽的大小直接影响用户体验。对这些带宽敏感的应用来说，选择一个具有高可用带宽的传输链路比选择一个低时延的链路对于提高通信质量更有用。因此，可用带宽的预测技术具有重要的实用价值。
对于一个具有N个结点的网络，如果想获知任意两个结点间的可用带宽，则需要0(N2)次测量，向网络中注入大量的测量分组，从而对网络性能产生较大扰动。如果通过分析因特网可用带宽的空间特性，以可用带宽作为测度将网络结点嵌入到一个空间中，建立因特网可用带宽空间模型，就可以通过结点坐标计算出任意两个结点之间的可用带宽。为此，现有技术提出了可用带宽的超度量空间模型，这种模型假设结点到网络中的其他结点的带宽瓶颈只有一个，且位于网络的边缘。这种模型对于xDSL接入的用户较为合理。随着接入技术不断发展和因特网内部连接的日益丰富，结点的可用带宽瓶颈不一定位于网络的边缘。事实上，通过分析在PlanetLab测量获得的HP S3数据集，发现有接近40%的结点可用带宽瓶颈并不位于网络边缘。这说明上述超度量空间模型存在着一定的局限性，需要设计更加准确的带宽预测机制。
发明内容
本发明是针对上述问题提出了一种基于奇异值分解的可用带宽预测方法(ASingular Value Decomposition based Available bandwidth Prediction Algorithm，AVBP-SVD)。AVBP-SVD方法的核心思想是，首先，在网络中随机选择部分结点作为基准结点，基准结点互测彼此间的可用带宽来确定嵌入的向量空间。然后，非基准结点通过测量与基准结点间的可用带宽来计算自己在整个向量空间的坐标，从而估计到其他节点的可用带宽。本发明是通过以下技术方案实现的一种基于多奇异值分解的可用带宽预测方法(A Singular Value Decompositionbased Available bandwidth Prediction Algorithm, AVBP-SVD),用于准确地预测端到端结点对间的可用带宽，包括下列步骤A.在一个具有N个节点的网络中选择m个结点作为基准结点集L=U1, I2，…，IJ(一般m=15)，各基准节点分别测量到其余基准节点间的可用带宽并发送给服务器S，在服务器S上形成可用带宽矩阵B。B.使用奇异值分解方法对可用带宽矩阵B进行分解得到左右两个变化矩阵X和Y，即B=UAV = UE2V=(UE)(SV)(I)然后，取(US)和(SV)的前n维作为变换矩阵，分别记作X= (US)n,Y= (U E )n，其中I为特征值矩阵，U和V为左右两个奇异矩阵，n表示嵌入维数，5 SnS 10。基准节点的坐标即为X和Y中对应的行向量和列向量。C.从N个节点中选择取非基准节点的任一个结点Hi,从服务器S查询获得基准结点集的列表L，并向所有基准结点发起测量请求，在各基准结点的配合下分别测得出向和入向可用带宽向量 L1in=Cbil, bi2，…，bj, L1tjut = (bn，b2i，bmi) D.计算结点Hi在嵌入空间中的坐标d),计算公式如下
权利要求
1.一种基于奇异值分解的可用带宽预测方法，其特征在于，包括下列步骤A.在一个具有N个节点的网络中选择m个结点作为基准结点集L=U1,I2,…，lm}，各基准节点分别测量到其余基准节点间的可用带宽并发送给服务器S，在服务器S上形成可用带宽矩阵B ；B.使用奇异值分解方法对可用带宽矩阵B进行分解得到左右两个变化矩阵X和Y，即B=U Λ V = U Σ 2V = (U Σ) (Σ V)(I)然后，取(υΣ)和(Σν)的前η维作为变换矩阵，分别记作X = (υΣ)η，Υ= (υΣ)η，其中Σ为特征值矩阵，U和V为左右两个奇异矩阵，η表示嵌入维数，基准节点的坐标即为X 和Y中对应的行向量和列向量；C.从N个节点中选择取非基准节点的任一个结点Hi,从服务器S查询获得基准结点集的列表L，并向所有基准结点发起测量请求，在各基准结点的配合下分别测得出向和入向可用市见向里 L in-(bn，bi2，***, bim), L out — (bn，b2i，...，bmi)；D.计算结点Hi在嵌入空间中的坐标{Cin,Cout),计算公式如下:cm =HiJWr πι(2)={iLX){XTxr(3)E.估计网络中任意两结点间的可用带宽大小，计算公式如下Ovh(HifHi) = Ci^Citl(4)^vb(HrHi) = Ci1* CL,(5).
2.根据权利要求I所述的基于奇异值分解的可用带宽预测方法，其特征在于步骤A、 C中，当任一基准节点不响应测量时，取出发起测量请求的节点到其余基准节点间的可用带宽的中值来作为此次测量值即不响应测量的基准节点的测量值。
3.根据权利要求I所述的基于奇异值分解的可用带宽预测方法，其特征在于所述的嵌入维数η的范围是5 < η < 10，基准节点m与嵌入维数η之间满足以下关系m>2n。
4.根据权利要求I所述的基于奇异值分解的可用带宽预测方法，其特征在于所述的网络中的结点总数N的范围是200彡N彡300，基准节点m的范围是15彡m彡30。
全文摘要
一种基于奇异值分解的可用带宽预测方法，本发明是针对如何准确地预测任意两个结点的可用带宽问题，提出的基于奇异值分解的可用带宽预测方法AVBP-SVD。首先，在网络中随机选择部分结点作为基准结点，基准结点互测彼此间的可用带宽来确定嵌入的向量空间。然后，非基准结点通过测量与基准结点间的可用带宽来计算自己在整个向量空间的坐标，从而估计出节点间的可用带宽。相对于以往的可用带宽模型和预测方法更加准确。通过选择适当数目的测量点和嵌入维数，有效降低了不同网络路径瓶颈分布差异带来的误差。
文档编号H04L12/26GK102694700SQ201210192750
公开日2012年9月26日 申请日期2012年6月12日 优先权日2012年6月12日
发明者李兵, 王占丰, 许博, 邢长友, 陈鸣 申请人:中国人民解放军理工大学