一种基于遗传算法的Overlay网络QoS广播方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及通信计算领域，特别是涉及一种基于遗传算法的Overlay网络QoS广 播方法。
【背景技术】
[0002] 随着网络规模的不断扩大和多媒体应用的普及，用户对互联网的服务质量提出了 越来越高的要求，主要包括三个方面：一是保证带宽，二是减小延迟，三是传输代价。为了有 效地利用网络资源，减小传输代价，互联网服务提供商常常采用多播的方法给多个用户传 输相同数据。因此，如何快速、高效、低成本地传输多播数据，并且保证多媒体应用的服务质 量成为网络运营商关心的重要问题。
[0003] 经对现有文献检索发现，传统的多播技术是在IP层实现，这存在很大的局限性。 经济上，IP层多播会耗费巨大的网络资源，传输代价大。技术上，Internet上存在大量的 Internet服务提供商，要让所有的Internet服务提供商采用同样的多播路由策略是不现 实的。
[0004] 由上述现有的技术方案可以看出，现有的多播方法存在扩展性不好、网络资源消 耗大、不够灵活、传输代价大的缺陷。由于经济和技术两方面的原因，这种多播方法很难在 互联网上实现。
【发明内容】
[0005] 本发明所要解决的技术问题是提供一种基于遗传算法的Overlay网络QoS广播方 法，能够在应用层实现。
[0006] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种基于遗传算法的Overlay 网络QoS广播方法，包括以下步骤：
[0007] (1)确定IP层多播路由的源节点和目标节点；
[0008] (2)通过Overlay网络，将IP层的多播路由转化为应用层的广播路由；
[0009](3)构造满足多媒体应用要求的QoS目标函数；
[0010] (4)针对目标函数，利用遗传算法构造最优广播树，数据从源节点沿着广播树传 输。
[0011] 所述步骤（2)具体包括以下子步骤：
[0012] (21)所述源节点和目标节点构成了Overlay网络的所有节点；
[0013] (22)将数据从源节点发送到Overlay网络中除源节点以外的所有其它节点，从而 将IP层的多播路由转化为应用层的广播路由。
[0014] 所述步骤（3)具体包括以下子步骤：
[0015] (31)根据多媒体应用对服务质量中最小带宽的要求，删除网络拓扑图中带宽小于 最小带宽的链路，形成新的网络拓扑图；
[0016] (32)根据多媒体应用对减小传输代价的要求，构造目标函数，使得目标函数越小， 传输代价越小。
[0017] 所述目标函数为⑶1M，其中，广播树T的传输代价cost(T)是广 播树中所有链路传输代价之和，ντ表示广播树T中的所有节点的集合，V表示Overlay网络 中的所有节点的集合，|VT|表示广播树T中的节点个数，|V|表示Overlay网络中的节点个 数。
[0018] 所述步骤（4)具体包括以下步骤：
[0019] (41)选择一种基因编码方法编码广播树；
[0020] (42)使用一种人口初始化方法产生初始群体，初始群体的规模为η;
[0021 ] (43)根据目标函数，从当前最新群体中随机选择两个广播树作为父个体，个体对 应的目标函数值越高，此个体被选中作为父个体的概率越高；
[0022] (44)对选中的两个父个体进行交叉操作产生一个新的广播树个体，即子个体；
[0023] (45)重复步骤（43) - (44)，直到产生η个新的广播树子个体为止；
[0024] (46)将产生的η个广播树个体作为下一代群体，重复步骤（43) - (45)，直到达到指 定的迭代次数为止，从中选出目标函数值最高的个体，数据源发送的数据将沿着此广播树 个体传输。
[0025] 所述步骤（44)的交叉操作时，两个父个体的共有链路遗传给下一代的概率最高； 只属于其中一个父个体的链路遗传给下一代的概率次高；不属于父个体的链路遗传给下一 代的概率最低。
[0026] 有益效果
[0027] 由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效 果：本发明提出了通过Overlay网络将IP层多播转变为应用层广播问题，利用遗传算法构 造满足多媒体应用服务质量要求的广播树，数据源沿着应用层的广播树传输数据，从而实 现了可快速、低成本、高效地实现QoS多播任务。
【具体实施方式】
[0028] 下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明 而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人 员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定 的范围。
[0029] 本发明的实施方式涉及一种基于遗传算法的Overlay网络QoS广播方法，包括以 下步骤：
[0030] (1)确定IP层多播路由的源节点和目标节点；
[0031] (2)通过Overlay网络，将IP层的多播路由转化为应用层的广播路由。具体包括：
[0032] (21)所述源节点和目标节点构成了Overlay网络的所有节点；
[0033] (22)将数据从源节点发送到Overlay网络中除源节点以外的所有其它节点，从而 将IP层的多播路由转化为应用层的广播路由。
[0034] (3)构造满足多媒体应用要求的QoS目标函数。具体包括：
[0035] (31)根据多媒体应用对服务质量中最小带宽的要求，删除网络拓扑图中带宽小于 最小带宽的链路，形成新的网络拓扑图。明显地，新网络拓扑图中生成的广播树一定满足多 媒体应用的带宽要求。
[0036] (32)根据多媒体应用对减小传输代价的要求，构造目标函数（即个体的适应性函 数），使得目标函数越小，传输代价越小。
[0037] (4)针对目标函数，利用遗传算法构造最优广播树，数据从源节点沿着广播树传 输。具体包括：
[0038] (41)选择一种基因编码方法编码广播树。
[0039] (42)使用一种人口初始化方法产生初始群体，初始群体的规模为η。
[0040] (43)根据目标函数，从当前最新群体中随机选择两个广播树作为父个体。个体对 应的目标函数值越高，此个体被选中作为父个体的概率越高。
[0041] (44)对选中的两个父个体进行交叉操作产生一个新的广播树个体，即子个体。在 交叉操作时，两个父个体的共有链路遗传给下一代的概率最高；只属于其中一个父个体的 链路遗传给下一代的概率次高；不属于父个体的链路遗传给下一代的概率最低。
[0042] (45)重复步骤（43) - (44)，直到产生η个新的广播树子个体为止。
[0043] (46)将步骤（45)中产生的η个广播树个体