一种动态优化覆盖网络性能的方法
【专利摘要】一种动态优化覆盖网络性能的方法，包括下列操作步骤：(1)给物理网络的流量比例矩阵X设定初始值，给每个覆盖网络的流量分配矩阵Y设定初始值；(2)物理网络更新X；(3)每个覆盖网络更新Y；(4)重复执行步骤2和步骤3，直到X和Y达到稳定收敛；或者直到X是全局最优解；(5)每个覆盖网络按照Y进行覆盖网路由；物理网络按照X进行物理网路由；(6)物理网络和覆盖网络按照设定的统一周期重复执行步骤1到步骤5，以实现动态优化覆盖网络性能。本发明的方法优化了覆盖网的网络路由，提高了网络性能和稳定性。
【专利说明】
-种动态优化覆盖网络性能的方法
技术领域
[0001] 本发明设及一种动态优化覆盖网络性能的方法，属于计算机网络技术领域，特别 是属于覆盖网路由优化技术领域。
【背景技术】
[0002] 覆盖网络是部署在物理网络之上的一种虚拟网络，不需要大规模改变网络结构就 能提供更好和更可靠的网络服务。覆盖网络由分布在网络中的覆盖节点及连接它们的逻辑 链路组成，其中覆盖节点为物理网络中的路由器、主机或者应用服务器，具有路由、数据处 理和数据保存等功能，而逻辑链路即覆盖链路对应一条或多条物理链路。覆盖网络拥有一 套独立于物理网络层路由的路由机制，可W在应用层根据自己的策略进行数据包的路由和 转发。在过去的几年中，大量不同种类的覆盖网络被SPs(Se;rvice Providers,服务提供商） 部署到互联网中，用来提供不同的服务，例如，CDN(Content Delivery化twork，内容分发 网络），P2P(Pee;r-t〇-Pee;r，对等网络）和R0N(Resilient Overlay 化twork，弹性覆盖网 络)。
[0003] 尽管运些覆盖网络提高了传统物理网络的路由性能，但是在网络中大量出现了覆 盖网络和物理网络之间的路由交互、覆盖网络之间的路由交互等路由混合交互问题，运种 路由混合交互问题导致网络不稳定和性能损失。原因如下:一方面，覆盖网络通常根据一个 具体的性能指标来最优化它们的路由，例如最小化时延成本，而物理网络通常采用TE (Traffic Engineering,流量工程)来最优化网络的成本，例如最小化网络拥塞成本。覆盖 网络在逻辑层上根据它们自己的目标分配流量，导致底层已有的TE路由策略不再是最优的 策略，则TE会被触发重新调整路由，新的路由反过来又会影响上面覆盖网络的性能，因此目 标的不一致导致覆盖路由和TE相互交互，进而影响了整体网络的稳定性和最优性。另一方 面，当多个覆盖网络同时部署在同一个物理网络之上时，它们的覆盖路径可能会重叠，因为 多条覆盖路径可能同时使用到了同一条物理链路，某个覆盖网络在最优化其路由时可能会 对其它覆盖网络的性能造成影响，因此网络资源的竞争导致了覆盖网络之间的交互，进而 也影响了覆盖网络的稳定性和最优性。
[0004] 在覆盖网和物理网络存在大量路由混合交互情况下的网络性能优化问题成为目 前计算机网络工程领域一个亟待解决的技术难题。
【发明内容】
[0005] 有鉴于此，本发明的目的是发明一种方法，既考虑每个覆盖网络与物理网络之间 的路由交互，也考虑覆盖网络之间的路由交互，W解决多个覆盖网络部署在同一物理网络 之上引起的路由混合交互问题，最终实现覆盖网络的性能优化。
[0006] 为了达到上述目的，本发明提出了一种动态优化覆盖网络性能的方法，所述方法 包括下列操作步骤：
[0007] (1)给物理网络的流量比例矩阵X设定初始值，给每个覆盖网络的流量分配矩阵Y 设定初始值；
[0008] 所述的物理网络的流量比例矩阵X是指所有覆盖网流量分配到不同物理路径上的 比例系数所构成的矩阵，该矩阵是一个R行N列的矩阵，R表示物理网络中所有物理路径的条 数，N表示所有覆盖网络的覆盖链路的总条数;该矩阵的第i行第j列元素的物理含义是指第 j条覆盖链路的覆盖网流量分配到第i条物理路径上的比例，i是大于等于1小于等于R的自 然数，j是大于等于1小于等于N的自然数；
[0009] 所述的覆盖网络的流量分配矩阵Y是指该覆盖网络中的每条覆盖流分配到该覆盖 网的不同覆盖路径上的流量所构成的矩阵，该矩阵是一个P行Q列的矩阵，P表示该覆盖网络 的覆盖路径的条数，Q表示该覆盖网络的覆盖流的条数;该矩阵的第m行第η列元素的物理含 义是指第η条覆盖流分配到第m条覆盖路径上的流量，m是大于等于1小于等于Ρ的自然数，η 是大于等于1小于等于Q的自然数；
[0010] (2)根据每个覆盖网络流量分配矩阵Υ的当前值，物理网络更新其流量比例矩阵X;
[0011] (3)根据物理网络流量比例矩阵X的当前值，每个覆盖网络更新其流量分配矩阵Υ;
[0012] (4)重复执行步骤2和步骤3,直到物理网络的流量比例矩阵X和每个覆盖网络的流 量分配矩阵Υ达到稳定收敛，不再变化;或者直到物理网络的流量比例矩阵X是全局最优解， 即物理网络选择执行该流量比例矩阵X获得的拥塞成本最低；
[0013] (5)每个覆盖网络按照其当前的流量分配矩阵Υ进行覆盖网路由；物理网络按照其 当前的流量比例矩阵X进行物理网路由；
[0014] (6)物理网络和覆盖网络按照设定的统一周期重复执行步骤1到步骤5, W实现动 态优化覆盖网络性能。
[0015] 所述步骤2的具体内容是包括如下操作子步骤：
[0016] (201)物理网络设定其拥塞指标函数f(X)，该函数等于所有物理链路的拥塞成本 之和，该函数具体如下：
[0017] f(x)=ST(KL)
[001引上式中，
[0019] δ为长度为E，元素值全为1的向量，E表示物理网络中所有物理链路的条数；
[0020] 0(L)表示所有物理链路的拥塞成本函数向量，定义0(L) = (Ol(h)，…，Oe(le)，…， 〇E(1e))T，其中oe(le)表示物理链路e的拥塞成本函数，该函数具体如下：
[0021]
[0022] Ce表示物理链路e的容量；
[0023] le表示物理链路e上的流量值；
[0024] L表示所有物理链路的流量值向量，定义L= (h，…，le，· · ·，1e)t，L的计算如下：
[0025] L=AXH
[00%] A表示物理网络的物理路径是否经过物理链路的标识矩阵，该矩阵是一个E行R列 的矩阵，E表示物理网络中所有物理链路的条数，R表示物理网络中所有物理路径的条数;该 矩阵的第S行第t列元素的物理含义是指第t条物理路径是否经过第S条物理链路，经过时该 元素值为1，不经过时该元素值为0,其中S是大于等于1小于等于E的自然数，t是大于等于1 小于等于R的自然数；
[0027] X表示物理网络的流量比例矩阵；
[00%] Η是一个N行1列的矩阵，具体计算公式如下：
[0029] Η=Π :Β?)
[0030] 上式中，
[0031] 对于每一个覆盖网，Β表示该覆盖网络中的覆盖路径是否经过该覆盖网络中的覆 盖链路的标识矩阵，矩阵Β是一个W行Ρ列的矩阵，W表示该覆盖网络的覆盖链路的条数，Ρ表 示该覆盖网络的覆盖路径的条数;该矩阵的第U行第V列元素的物理含义是指第V条覆盖路 径是否经过第U条覆盖链路，经过时该元素值为1，不经过时该元素值为0,其中U是大于等于 1小于等于W的自然数，V是大于等于1小于等于Ρ的自然数；
[0032] 玄隶示把覆盖网络的流量分配矩阵Υ中所有的非零元素按照其所在列的顺序依次 进行列排列所构成的Ρ行1列的矩阵；
[0033] 巧Β两表示按照所有覆盖网的编号顺序，把所有覆盖网的Β爭依次进行列排列所构 成的Ν行1列的矩阵；
[0034] (202)按照设定的计算方法，物理网络对所述的拥塞指标函数f(X)进行最优化处 理，即计算出使得拥塞指标函数f(X)取得最小值时的流量比例矩阵X;
[0035] 所述步骤3的具体内容是包括如下操作子步骤：
[0036] (301)每个覆盖网络设定其时延指标函数g(Y)，该函数等于所述覆盖网络的所有 覆盖链路的时延成本之和，该函数具体如下：
[0037] g(Y) = (AXQ )化化）
[003引上式中，
[0039] A表示物理网络的物理路径是否经过物理链路的标识矩阵；
[0040] X表示物理网络的流量比例矩阵；
[OOW Ω是一个N行巧揃矩阵，具体计算公式如下：
[0042] Ω = Ψ(；Β 巧
[0043] 上式中
[0044] Β表示覆盖网络的覆盖路径是否经过覆盖链路的标识矩阵；
[0045] 豕表示把所述覆盖网的流量分配矩阵Υ中所有的非零元素按照其所在列的顺序依 次进行列排列所构成的Ρ行1列的矩阵；
[0046] ￥(Bf)表示按照所有覆盖网的编号顺序，将所述覆盖网的旋.扩展成与矩阵Η大小 一致的Ν行1列的矩阵，并将该矩阵中除所述覆盖网对应位置之外的元素全部置为零；
[0047] D(L)表示所有物理链路的时延成本函数向量，定义D(L) = (di(h)，…，de(le)，…， dE(lE))T，其中de(le)表示物理链路e的时延成本函数，该函数具体如下：
[004引 de(le) = l/ke-le)+P
[0049] 该函数等于排队时延和传播时延之和，Ce表示物理链路e的容量，l/(Ce-le)表示Μ/ Μ/1排队时延，常数Ρ表示传播时延；
[0050] (302)按照设定的计算方法，覆盖网络对其时延指标函数g(Y)进行最优化处理，即 计算出使得该覆盖网络的时延指标函数g(Y)取得最小值时的流量分配矩阵Y。
[0051 ]所述步骤202或所述步骤302中，所述的设定的计算方法是遗传算法。
[0052] 本发明的有益效果在于:本发明的方法综合考虑了覆盖网络和物理网络之间的路 由交互W及覆盖网络之间的路由交互等路由混合交互的各种情况，并结合物理网络和覆盖 网络在网络地位上的不同情况，实现了对覆盖网的网络路由进行优化，提高了网络性能和 稳定性。
【附图说明】
[0053] 图1是本发明提出的一种动态优化覆盖网络性能的方法的流程图。
[0054] 图2是本发明实施例的网络示意图。
【具体实施方式】
[0055] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明作进一步 的详细描述。
[0056] 参见图1，介绍本发明提出的一种动态优化覆盖网络性能的方法，所述方法包括下 列操作步骤：
[0057] (1)给物理网络的流量比例矩阵X设定初始值，给每个覆盖网络的流量分配矩阵Y 设定初始值；
[0058] 所述的物理网络的流量比例矩阵X是指所有覆盖网流量分配到不同物理路径上的 比例系数所构成的矩阵，该矩阵是一个R行N列的矩阵，R表示物理网络中所有物理路径的条 数，N表示所有覆盖网络(包括背景流对应生成的覆盖网络）的覆盖链路的总条数;该矩阵的 第i行第j列元素的物理含义是指第j条覆盖链路的覆盖网流量分配到第i条物理路径上的 比例，i是大于等于1小于等于R的自然数，j是大于等于1小于等于N的自然数；
[0059] 参见图2,图2给出的是本发明实施例中一个物理网络和Ξ个覆盖网络的网络示意 图。
[0060] 覆盖网络1有5个覆盖节点61瓜而，化，11和12条覆盖链路油斗1瓜-11斯斗1，尸广 Ii，G广出，化-Ii，E广Gi，I广El，F广Gi，I广Fi，化-Gi，I广化；覆盖网络1中有一条从覆盖节点61至。 Ii的需求为1Mbps的覆盖流，经过Gi-Ei-Ii，Gi-内-I谢Gi-化-Ii二条覆盖路径传输；
[0061 ] 覆盖网络2有4个覆盖节点A2，C2，F2，〇2和8条覆盖链路:A2-C2，C2-D2，A2-F2，F2-D2， C2-A2，D2-C2，F2-A2，D2-F2 ;覆盖网络2中有一条从覆盖节点A2到〇2的需求为2Mbps的覆盖流， 经过A2-C2-D2和A2-F2-D2两条覆盖路径传输；
[0062]在本发明中，我们把物理网络中除去覆盖网络产生的流量之外的流量称为背景 流，为了计算统一，本发明把背景流对应成一个覆盖网络来处理。在图2所示的实施例中，覆 盖网络3即是背景流所对应的覆盖网络。物理网络中有一条从物理节点A至化的需求为3Mbps 的背景流；则背景流对应生成的覆盖网络3有2个覆盖节点43，山和2条覆盖链路:A3-B3，B3- A3；
[0063] 物理网络有 16 条链路:4-8、8-(：、(：-0、4斗、(：斗、6-0、4-6、4斗、6-1、0-1、6斗、6斗、尸- D、F-I、G-H和H-I，按顺序分别标号为巧IJ16。
[0064] 表 1
[00 化]
[0066] 表1给出的是覆盖网络1、覆盖网络2和覆盖网络3中的所有覆盖链路映射的物理路 径集合表。在本实施例中，因为覆盖网络1中的覆盖链路E广Gi，I广El，Fi-Gi，I广Fi，Η广Gi，1广 Hl、覆盖网络2中的覆盖链路C2-A2 ,〇2-〔2 ,F2-A2,02-F沸覆盖网络3中的覆盖链路B3-A止没有 覆盖流量，且它们映射的物理路径集合为空（即不存在路径可达），所W表1中就没列出它们 映射的物理路径集合。
[0067] 在物理网络中，每条覆盖链路上的流量将会给物理网络带来一条物理流，该物理 流的源、目的节点是该覆盖链路两端覆盖节点对应的物理节点，且该物理流的需求等于该 覆盖链路上的覆盖流量。例如，如果覆盖链路Gi-Ei上有l/3Mbps的流量，那它给物理网络带 来了一条从物理节点G到E的需求为l/3Mbps的物理流。
[0068] 在图2所示的实施例中，因为覆盖网络1、覆盖网络2和覆盖网络3的覆盖链路总条 数是22条，22条覆盖链路对应的物理路径总条数是15条(表1中的15条），则物理网络的流量 比例矩阵X为15行22列矩阵。
[0069] 实施例中只有11条覆盖链路上有覆盖流量:G广El，E广Ii，G广Fi，F广11，G广Hi，Η广11， A2-C2 ,〔2-〇2 ,A2-F2 ,F2-02 ,Α3-Β3，因此，我娘顺序分别标号为1到11，其他覆盖链路依序标 号12到22。又因为运11条覆盖链路映射了 15条物理路径:G-E、E-D-I、E-I、G-F、F-D-I、F-I、 0-山护1、4-8-(：、(：-0、(：斗-0、4斗、4-6斗少-0和4-8，因此我们也按顺序分别标号为巧1]15。
[0070] 因此，物理网络的流量比例矩阵X可W表示为
[0071]
[0072] 其中XU表示第j条覆盖链路的覆盖网流量分配到第i条物理路径上的比例，xn = 1 ,X22+X32 = 1 ,X43 = 1 ,Χ已4+X64 = 1 ,Χ巧=1 ,X86 = 1 ,X97 = 1 ,X10,8+X11,8 = 1 ,X12,9+X13,9 = 1 ,ΧΜ,ΙΟ =1冲日,11=1，表示物理流分配到所有物理路径上的流量比例之和等于1。因为6延帖、&到 Fl、Gl到化、化到 Ii、A2到C2、F2菌J02、A3到B3对应的流只有1条，所 Wxil ,X43 , X75 ,X86 ,X97 , X14,10 , X15,11的值为1。因此，可W设定X的初始值为：
[0073]
[0074] 所述的覆盖网络的流量分配矩阵Y是指该覆盖网络中的每条覆盖流分配到该覆盖 网的不同覆盖路径上的流量所构成的矩阵，该矩阵是一个P行Q列的矩阵，P表示该覆盖网络 的覆盖路径的条数，Q表示该覆盖网络的覆盖流的条数;该矩阵的第m行第η列元素的物理含 义是指第η条覆盖流分配到第m条覆盖路径上的流量，m是大于等于1小于等于Ρ的自然数，η 是大于等于1小于等于Q的自然数；
[0075] 参见图2,覆盖网络1中有一条从覆盖节点Gi到Ii的需求为1Mbps的覆盖流，经过Ξ 条覆盖路径传输，则覆盖网络1的流量分配矩阵Y为3行1列的矩阵，
其中yii表示 该覆盖流分配到覆盖路径Gi-Ei-Ii上的覆盖流量，Y21表不该覆盖流分配到覆盖路径Gi-Fi-Ii 上的流量，y3读示该覆盖流分配到覆盖路径Gi-化-I止的流量，并且yii+y2i+y3i = 1，表示该 覆盖流分配到Ξ条覆盖路径上的覆盖流量之和等于该覆盖流的1Mbps需求。运里，给
[0076] 覆盖网络2中有一条从覆盖节点A2到化的需求为2Mbps的覆盖流，经过两条覆盖路 径传输，则覆盖网络2的流量分配矩阵Y为2行1列的矩阵
i中yii表示该覆盖流分 配到覆盖路径A2-C2-D2上的覆盖流量，y2康示该覆盖流分配到覆盖路径A2-F2-D2上的流量， 并且yii+y2i = 2,表示该覆盖流分配到两条覆盖路径上的覆盖流量之和等于该覆盖流的 2Mbps需求。运里，给
[0077] 覆盖网络3中有一条从覆盖节点A3到B3的需求为3Mbps的覆盖流，经过一条覆盖路 径传输，则覆盖网络3中的流量分配矩阵Y为1行1列的矩阵，Y=[yn]，其中yi读示该覆盖流 分配到覆盖路径A3-B3上的覆盖流量，y 11 = 3。因此，Y = [y 11 ]的初始值为Y = [ 3 ];
[0078] (2)根据每个覆盖网络流量分配矩阵Y的当前值，物理网络更新其流量比例矩阵X;
[0079] (3)根据物理网络流量比例矩阵X的当前值，每个覆盖网络更新其流量分配矩阵Y;
[0080] (4)重复执行步骤2和步骤3,直到物理网络的流量比例矩阵X和每个覆盖网络的流 量分配矩阵Y达到稳定收敛，不再变化;或者直到物理网络的流量比例矩阵X是全局最优解， 即物理网络选择执行该流量比例矩阵X获得的拥塞成本最低；
[0081] (5)每个覆盖网络按照其当前的流量分配矩阵Y进行覆盖网路由；物理网络按照其 当前的流量比例矩阵X进行物理网路由；
[0082] (6)物理网络和覆盖网络按照设定的统一周期重复执行步骤1到步骤5, W实现动 态优化覆盖网络性能。
[0083] 所述步骤2的具体内容是包括如下操作子步骤：
[0084] (201)物理网络设定其拥塞指标函数f(X)，该函数等于所有物理链路的拥塞成本 之和，该函数具体如下：
[0085] f(x)=ST(KL)
[0086] 上式中，
[0087] δ为长度为E，元素值全为1的向量，E表示物理网络中所有物理链路的条数；
[0088] 参照图2，物理网络有16条物理链路，所有δ为16行1列的矩阵，则δ为：
[0089] δ = [ι，ι，ι，ι，ι，ι，ι，ι，ι，ι，ι，ι，ι，ι，ι，ι]τ
[0090] 〇(L)表示所有物理链路的拥塞成本函数向量，定义0(L) = (Ol(h)，…，Oe(le)，…， 〇E(1e))T，其中oe(le)表示物理链路e的拥塞成本函数，该函数具体如下：
[0091]
[0092] ce表示物理链路e的容量；
[0093] le表示物理链路e上的流量值；
[0094] L表示所有物理链路的流量值向量，定义L=(h，一，le，…，1e)t，L的计算如下：
[0095] L=AXH
[0096] A表示物理网络的物理路径是否经过物理链路的标识矩阵，该矩阵是一个E行R列 的矩阵，E表示物理网络中所有物理链路的条数，R表示物理网络中所有物理路径的条数;该 矩阵的第S行第t列元素的物理含义是指第t条物理路径是否经过第S条物理链路，经过时该 元素值为1，不经过时该元素值为0,其中S是大于等于1小于等于E的自然数，t是大于等于1 小于等于R的自然数；
[0097] 参照图2，物理网络中有16条物理链路和15条物理路径，则A为16行15列的矩阵，贝U A为
[009引
[0099] X表示物理网络的流量比例矩阵；
[0100] Η是一个N行1列的矩阵，具体计算公式如下：
[0101] Η = 「(Β巧
[0102] 上式中，
[0103] 对于每一个覆盖网，Β表示该覆盖网络中的覆盖路径是否经过该覆盖网络中的覆 盖链路的标识矩阵，矩阵Β是一个W行Ρ列的矩阵，W表示该覆盖网络的覆盖链路的条数，Ρ表 示该覆盖网络的覆盖路径的条数;该矩阵的第u行第V列元素的物理含义是指第V条覆盖路 径是否经过第U条覆盖链路，经过时该元素值为1，不经过时该元素值为0,其中U是大于等于 1小于等于W的自然数，V是大于等于1小于等于P的自然数；
[0104] ￥;表示把覆盖网络的流量分配矩阵Y中所有的非零元素按照其所在列的顺序依次 进行列排列所构成的P行1列的矩阵；
[0105] 「巧巧表示按照所有覆盖网的编号顺序，把所有覆盖网的酥.依次进行列排列所构 成的N行1列的矩阵；
[0106] 参见图2,覆盖网络1中有12条覆盖链路和Ξ条覆盖路径，则覆盖网络1的标识矩阵 B为12行3列的矩阵，贝化为
[0107]
[0108] 因为覆盖网络1的初始值巧
则B专为
[0109]
[0110] 覆盖网络2中有8条覆盖链路和2条覆盖路径，则覆盖网络2的标识矩阵B为8行2列 的矩阵，贝化为
[0111]
[0112] 因为覆盖网络2的初始值为
[0113] 覆盖网络3中有1条覆盖链路和1条覆盖路径，则覆盖网络3的标识矩阵B为1行1列 的矩阵，贝化为
[0114] B=[l]
[011引因为覆盖网络3的初始值为Υ=[3]，所W根据Y的定义，夸=脚，则B?二闽
[0116] 根据哺勺公式，Η为一个22行1列的矩阵，贝化为
[0117]
[0118] 运里，Η中所有覆盖链路的标号顺序必须与X中所有覆盖链路的标号顺序保持一 致。
[0119] (202)按照设定的计算方法，物理网络对所述的拥塞指标函数f(X)进行最优化处 理，即计算出使得拥塞指标函数f(X)取得最小值时的流量比例矩阵X;
[0120] 所述步骤3的具体内容是包括如下操作子步骤：
[0121] (301)每个覆盖网络设定其时延指标函数g(Y)，该函数等于所述覆盖网络的所有 覆盖链路的时延成本之和，该函数具体如下：
[0122] g(Y) = (AXQ )巧化）
[0123] 上式中，
[0124] A表示物理网络的物理路径是否经过物理链路的标识矩阵；
[01巧]X表示物理网络的流量比例矩阵；
[0126] Ω是一个N行1列的矩阵，具体计算公式如下：
[0127] Ω 二 [012引上式中，
[0129] B表示覆盖网络的覆盖路径是否经过覆盖链路的标识矩阵；
[0130] Y表示把覆盖网络的流量分配矩阵Y中所有的非零元素按照其所在列的顺序依次 进行列排列所构成的P行1列的矩阵；
[0131] Ψ焊f)表示按照所有覆盖网的编号顺序，将所述覆盖网的B豕扩展成与矩阵Η大小 一致的Ν行1列的矩阵，并将该矩阵中除所述覆盖网对应位置之外的元素全部置为零；
[0132] 覆盖网络1於
恨据Ω二Ψ(Β夸)的 定义，Ω为22行1列的矩阵，则Ω为：
[0133]
[0134] 覆盖网络2的拆二U 1 1 1 0 0 0 〇Γ，根据α=Ψ(Β巧的定义，Ω为22 行1列的矩阵，则Ω为：
[013 引 Ω =[0 00000111100000000000 0]τ
[0136] 覆盖网络3的辟=巧]，根据Ω;= Τ巧巧的定义，Ω为22行1列的矩阵，则Ω为：
[0137] Ω =[0 00000000030000000000 0]τ
[013引 D(L)表示所有物理链路的时延成本函数向量，定义D(L) = (dl(h)，…，de(le)，…， dE(lE))T，其中de(le)表示物理链路e的时延成本函数，该函数具体如下：
[0139] de(le) = l/(Ce-le)+P
[0140] 该函数等于排队时延和传播时延之和，Ce表示物理链路e的容量，l/(Ce-le)表示Μ/ Μ/1排队时延，常数Ρ表示传播时延(Ρ的值一般与物理链路两端节点间的距离成正比，在仿 真实验中，我们统一设为1秒）；
[0141] (302)按照设定的计算方法，覆盖网络对其时延指标函数g(Y)进行最优化处理，即 计算出使得该覆盖网络的时延指标函数g(Y)取得最小值时的流量分配矩阵Y。
[0142] 所述步骤202或所述步骤302中，所述的设定的计算方法是遗传算法。
[0143] 在遗传算法中，覆盖网络的染色体表示为Y，物理网络的染色体表示为X，染色体的 个数为50个，容忍误差设为0.001，交叉概率设为0.8，变异概率设为0.5。在遗传算法初始阶 段，初始化50个可行的染色体，然后依次采用评价、选择、交叉和变异的操作依次迭代直到 物理网络的拥塞指标函数f(X)(或者覆盖网络的时延指标函数g(Y))取得最小值。
[0144] 最后，物理网络的流量比例矩阵X和每个覆盖网络的流量分配矩阵Y达到稳定时的 结果如下：
[0145]
[0146] 覆盖网络1的
[0147] 发明人对本发明的方法进行了大量仿真实验，仿真实验证明混合路由交互导致网 络性能的振荡，采用本发明的方法后，系统在多次混合路由交互后收敛到了一个稳定的状 态，获得了物理网络和覆盖网络的最优性能。
【主权项】
1. 一种动态优化覆盖网络性能的方法，其特征在于:所述方法包括下列操作步骤： (1) 给物理网络的流量比例矩阵X设定初始值，给每个覆盖网络的流量分配矩阵Y设定 初始值； 所述的物理网络的流量比例矩阵X是指所有覆盖网流量分配到不同物理路径上的比例 系数所构成的矩阵，该矩阵是一个R行N列的矩阵，R表示物理网络中所有物理路径的条数，N 表示所有覆盖网络的覆盖链路的总条数;该矩阵的第i行第j列元素的物理含义是指第j条 覆盖链路的覆盖网流量分配到第i条物理路径上的比例，i是大于等于1小于等于R的自然 数，j是大于等于1小于等于N的自然数； 所述的覆盖网络的流量分配矩阵Y是指该覆盖网络中的每条覆盖流分配到该覆盖网的 不同覆盖路径上的流量所构成的矩阵，该矩阵是一个P行Q列的矩阵，P表示该覆盖网络的覆 盖路径的条数，Q表示该覆盖网络的覆盖流的条数;该矩阵的第m行第η列元素的物理含义是 指第η条覆盖流分配到第m条覆盖路径上的流量，m是大于等于1小于等于Ρ的自然数，η是大 于等于1小于等于Q的自然数； (2) 根据每个覆盖网络流量分配矩阵Υ的当前值，物理网络更新其流量比例矩阵X; (3) 根据物理网络流量比例矩阵X的当前值，每个覆盖网络更新其流量分配矩阵Υ; (4) 重复执行步骤2和步骤3,直到物理网络的流量比例矩阵X和每个覆盖网络的流量分 配矩阵Υ达到稳定收敛，不再变化;或者直到物理网络的流量比例矩阵X是全局最优解，即物 理网络选择执行该流量比例矩阵X获得的拥塞成本最低； (5) 每个覆盖网络按照其当前的流量分配矩阵Υ进行覆盖网路由；物理网络按照其当前 的流量比例矩阵X进行物理网路由； (6) 物理网络和覆盖网络按照设定的统一周期重复执行步骤1到步骤5,以实现动态优 化覆盖网络性能。2. 根据权利要求1所述的一种动态优化覆盖网络性能的方法，其特征在于:所述步骤2 的具体内容是包括如下操作子步骤： (201)物理网络设定其拥塞指标函数f(X)，该函数等于所有物理链路的拥塞成本之和， 该函数具体如下： f(X) = 5T〇(L) 上式中， S为长度为E，元素值全为1的向量，E表示物理网络中所有物理链路的条数； 〇(L)表示所有物理链路的拥塞成本函数向量，定义O(L) = (οι(1ι)，…，oe(：U)，…，oe (1e))T，其中oJU)表示物理链路e的拥塞成本函数，该函数具体如下：Ce表示物理链路e的容量； le表示物理链路e上的流量值； L表示所有物理链路的流量值向量，定义L= (li，…，le，…，1e)t，L的计算如下： L=AXH A表示物理网络的物理路径是否经过物理链路的标识矩阵，该矩阵是一个E行R列的矩 阵，E表示物理网络中所有物理链路的条数，R表示物理网络中所有物理路径的条数;该矩阵 的第s行第t列元素的物理含义是指第t条物理路径是否经过第s条物理链路，经过时该元素 值为1，不经过时该元素值为0,其中s是大于等于1小于等于E的自然数，t是大于等于1小于 等于R的自然数； X表示物理网络的流量比例矩阵； Η是一个N行1列的矩阵，具体计算公式如下： H = r(Bf) 上式中， 对于每一个覆盖网，B表示该覆盖网络中的覆盖路径是否经过该覆盖网络中的覆盖链 路的标识矩阵，矩阵B是一个W行P列的矩阵，W表示该覆盖网络的覆盖链路的条数，P表示该 覆盖网络的覆盖路径的条数;该矩阵的第u行第v列元素的物理含义是指第v条覆盖路径是 否经过第u条覆盖链路，经过时该元素值为1，不经过时该元素值为0,其中u是大于等于1小 于等于W的自然数，v是大于等于1小于等于P的自然数； Y表示把覆盖网络的流量分配矩阵Y中所有的非零元素按照其所在列的顺序依次进行 列排列所构成的P行1列的矩阵； Γ(Β?)表示按照所有覆盖网的编号顺序，把所有覆盖网的Βγ依次进行列排列所构成的N 行1列的矩阵； (202)按照设定的计算方法，物理网络对所述的拥塞指标函数f(X)进行最优化处理，即 计算出使得拥塞指标函数f(X)取得最小值时的流量比例矩阵X。3.根据权利要求1或2所述的一种动态优化覆盖网络性能的方法，其特征在于:所述步 骤3的具体内容是包括如下操作子步骤： (301)每个覆盖网络设定其时延指标函数g(Y)，该函数等于所述覆盖网络的所有覆盖 链路的时延成本之和，该函数具体如下： g(Y) = (AXQ)TD(L) 上式中， A表示物理网络的物理路径是否经过物理链路的标识矩阵； X表示物理网络的流量比例矩阵； Ω是一个N行1列的矩阵，具体计算公式如下： Ω = Ψ(Β?) 上式中， Β表不覆盖网络的覆盖路径是否经过覆盖链路的标识矩阵； Υ表示把所述覆盖网的流量分配矩阵Υ中所有的非零元素按照其所在列的顺序依次进 行列排列所构成的Ρ行1列的矩阵； Ψ(Β?)表示按照所有覆盖网的编号顺序，将所述覆盖网的Bf扩展成与矩阵Η大小一致 的Ν行1列的矩阵，并将该矩阵中除所述覆盖网对应位置之外的元素全部置为零； D(L)表示所有物理链路的时延成本函数向量，定义D(L) = (di(li)，…，de(le)，…，dE (1E))T，其中de(le)表示物理链路e的时延成本函数，该函数具体如下： de(le) = l/(Ce-le)+P 该函数等于排队时延和传播时延之和，ce表示物理链路e的容量，l/(Ce-le)表示M/M/l 排队时延，常数P表示传播时延； (302)按照设定的计算方法，覆盖网络对其时延指标函数g(Y)进行最优化处理，即计算 出使得该覆盖网络的时延指标函数g(Y)取得最小值时的流量分配矩阵Y。4.根据权利要求2或3所述的一种动态优化覆盖网络性能的方法，其特征在于:所述步 骤202或所述步骤302中，所述的设定的计算方法是遗传算法。
【文档编号】H04L12/803GK106059947SQ201610365510
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年5月27日
【发明人】廖建新, 王晶, 龚军, 王纯, 王敬宇, 李彤红
【申请人】北京邮电大学