一种基于凸包收敛算法的组播策略路由方案的制作方法
【专利摘要】一种基于凸包收敛算法的组播策略路由方案，首先将无线数据中心中参加组播的节点抽象成为一张随机分布的图，每个节点的行为均会反馈信息给控制中心并且接收来自控制中心的命令；其次，将数据中心节点的行为信息抽象成为一簇数据集，最后，在控制中心以凸包收敛算法计算出每个饱和节点的权重，然后根据各个节点的权重决策下一步广播数据的节点以及其广播速率，本发明以饱和节点到所有参与组播的外围节点的传输方向作为优先方向，组播在整体上倾向于使得外围节点先达到饱和，因为当所有外围节点完全接收完数据后，其所包围的内部节点自然也会完全接收到所有数据，与其他算法，能够有效地降低组播传输的时延、提高组播的吞吐量和提高传输的鲁棒性。
【专利说明】一种基于凸包收敛算法的组播策略路由方案
【技术领域】
[0001]本发明属于数据中心网络路由优化【技术领域】，特别涉及一种基于凸包收敛算法的组播策略路由方案。
【背景技术】
[0002]随着云计算的发展，数据中心网络作为云端计算的基础设施越来越受到研究者的重视。由于传统的数据中心建立在有线分层结构上，存在着流量拥塞和负载失衡等先天缺陷。随着无线通信技术的发展和高速无线接收器的发明与应用，在传统的有线数据中心中添置高速无线接收器作为辅助传输的无线数据中心架构被研究人员提出。无线数据中心具有更好的灵活性和变通性，在很大程度上解决了传统数据中心存在的负载失衡等弊端。
[0003]然而，截至目前，无线数据中心的传输技术发展并不完善。特别是针对于无线数据中心中的组播问题几乎无人问津。无线传输中，组播默认以最低速率进行传输(Base算法)；除此之外，一种以满足接收速率最大化的MR算法也被研究者提出；此外，ChunpengLiao等人提出了一种基于位置信息的路由策略(DRB算法)，通过计算出完成数据接收的所有节点的几何中心和所有未完成数据接收节点的几何中心来确定传输的主方向，之后由集中控制中心按照优先主方向上传输的策略来选择要广播数据的节点和其广播速率。
[0004]无线传输中，数据的传输默认为以最低速率进行传输(Base算法)。然而在节点之间距离较近、信道情况较好时，低速传输会浪费大量的时间，造成很大的延迟。为解决这一问题，一种以满足接收速率最大化的MR算法被研究者提出。但是，组播并非广播，不需要数据中心中全部的节点都要接收到数据，所以以接收速率最大化的路由策略并不能有方向性地向节点组播数据。Chunpeng Liao等人提出一种基于位置信息的路由策略(DRB算法)。这种方案在一定程度上降低了组播传输的时延，使得传输具有一定的方向性。然而，由于数据中心中参与组播的节点往往规模较大，单单提供一个模糊的传输方向并不能达到更为精准的组播路由。
【发明内容】
[0005]为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于凸包收敛算法的组播策略路由方案，特别是针对无线数据中心组播具有大规模和突发性的特点，凸包收敛算法能够在较低时延内，能够使所有参与组播的节点接收到所有数据，与此同时，基于凸包收敛算法的组播路由在一些中继节点失效和通信信道质量较差的情况下，仍能够保证组播传输具较高的吞吐量和较低的时延，提高了无线数据中心组播传输的鲁棒性，本发明利用凸包收敛算法，为一套低时延、高吞吐量的具有方向性的组播路由策略。
[0006]为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是:
[0007]一种基于凸包收敛算法的组播策略路由方案:
[0008]首先，将无线数据中心中参加组播的节点抽象成为一张随机分布的图，每个节点的行为均会反馈信息给控制中心并且接收来自控制中心的命令；[0009]其次，将数据中心节点的行为信息抽象成为以下一簇数据集:
[0010]G = {gj——参与组播的节点集合，即目标节点集合，gi是参与组播的节点，即目标节点；
[0011]S = {sj——已经接收到所有数据的节点集合，即饱和节点集合，Si是接收到所有数据的节点，即饱和节点；
[0012]F= {fj——要广播数据的节点集合，其中要广播数据的节点必须是饱和节点，其中A是要广播数据的节点；
[0013]R = {rj-数据中心中可供节点发送的速率集合，T1是可供节点发送的速率；
[0014]N(f, r)-要广播数据的节点f以速率r所能传播到的节点集合；
[0015]A = {F，R, Δ t}——在时间段Λ t内，所有要广播数据的节点和其选择的广播速率的集合；
[0016]pi； J^ri)-节点i向节点j以速率A传输数据，能够到达节点j的数据占节点i
所传的所有数据的比率，记为收包率；
[0017]最后，在控制中心以凸包收敛算法计算出每个饱和节点的权重E，然后根据各个节点的权重E决策下一步广播数据的节点以及其广播速率。
[0018]所述节点的行为包括何时发送数据以及以何种速率发送速率。
[0019]所述凸包收敛算法过程如下:
[0020]步骤(1)在所有参与组播的未饱和的目标节点集合Q中，找到包围Q的所有外围节点，具体包括:
[0021]步骤(1.1)逐行扫描所有未饱和的目标节点的集合Q，把每一行中最左边和最后边的节点加入到集合Q1中；
[0022]步骤(1.2)逐列扫描集合Q1中的节点，把每一列中最上方的点和最下方的节点加入到集合Q2中；
[0023]步骤(1.3)利用Graham’s Scan凸包计算算法,最终得到当前时间内的能够包围所有参与组播的未饱和的目标节点的凸包节点；
[0024]步骤⑵计算每一个饱和节点和所有凸包节点的方向矢量瓦，
M1 = (xqt -xs,yqi I )/ ||s，％|，其中s (xs, ys)为该饱和节点坐标，1(.\，八.):为第i个凸包节点的坐标；
[0025]步骤(3)计算每一个饱和节点以每个速率!Ti向其所能广播的节点的方向向量D(s,d), 其中 S(xs，ys)为该饱和节点坐标，d(xd, yd)为其所能广播到的邻居节点坐标；
[0026]步骤(4)计算万(.V, J)在上的投影与收包率的乘积，再除以目标节点的饱和度，
得到邻居节点在一个凸包方向上的权重v(s, d, r, ,该步骤中，凸包方向指饱和节点到凸包节点的方向，目标节点指饱和节点的所有未饱和邻居节点；
[0027]K.s'd, ι\ ￡/,.) = (Pij (r) I (1- D(c/))) g max (i/)D(s, d) χ β; χ M1, θ|
[0028]其中万(^0是目标节点与要发送数据的饱和节点，即源节点的单位方向向量，M1是源节点的一个凸包方向向量,如果M,与反向，即D{s，d、x M丨<0，说明该目标
节点不利于该外围节点优先接收到数据，则置V (s, d, r, q) = O, pi；J(r)是关于饱和节点i和目标节点j的距离的反比函数，距离越近，Pi；j (r)越大，反之越小，目标节点的优先级与其已经接收的数据成正比:其接受的数据越多，越容易成为饱和节点，越容易获得向其邻居节点发送数据的资格，add)为常数，作为平衡因子，一般取值10~15，Pi是饱和节点到所有凸包节点的最近距离；
[0029]步骤(5)根据步骤(4)计算饱和节点的一个邻居节点在所有凸包方向上的权重之和
【权利要求】
1.一种基于凸包收敛算法的组播策略路由方案，其特征在于: 首先，将无线数据中心中参加组播的节点抽象成为一张随机分布的图，每个节点的行为均会反馈信息给控制中心并且接收来自控制中心的命令； 其次，将数据中心节点的行为信息抽象成为以下一簇数据集: G = {gj-参与组播的节点集合，即目标节点集合，gi是参与组播的节点，即目标节占.S = {sj-已经接收到所有数据的节点集合，即饱和节点集合，Si是接收到所有数据的节点，即饱和节点； F = {fj——要广播数据的节点集合，其中要广播数据的节点必须是饱和节点，其中A是要广播数据的节点； R = IrJ-数据中心中可供节点发送的速率集合，T1是可供节点发送的速率； N(f, r)——要广播数据的节点f以速率r所能传播到的节点集合； A= {F, R, At}——在时间段At内，所有要广播数据的节点和其选择的广播速率的集合； Pi;j(ri)--节点i向节点j以速率A传输数据,能够到达节点j的数据占节点i所传的所有数据的比率，记为收包率； 最后，在控制中心以凸包收敛算法计算出每个饱和节点的权重E，然后根据各个节点的权重E决策下一步广播数据的节点以及其广播速率。
2.根据权利要求1所述的基于凸包收敛算法的组播策略路由方案，其特征在于，所述节点的行为包括何时发送数据以及以何种速率发送速率。
3.根据权利要求1所述的基于凸包收敛算法的组播策略路由方案，其特征在于，所述凸包收敛算法过程如下: 步骤(1)在所有参与组播的未饱和的目标节点集合Q中，找到包围Q的所有外围节点，具体包括: 步骤(1.1)逐行扫描所有未饱和的目标节点的集合Q，把每一行中最左边和最后边的节点加入到集合Q1中； 步骤(1.2)逐列扫描集合Q1中的节点，把每一列中最上方的点和最下方的节点加入到集合Q2中； 步骤(1.3)利用Graham’s Scan凸包计算算法，最终得到当前时间内的能够包围所有参与组播的未饱和的目标节点的凸包节点； 步骤(2)计算每一个饱和节点和所有凸包节点的方向矢量瓦，M1 = (xq1- xs，ycu -凡)/ \\s, % I，其中s (xs, ys)为该饱和节点坐标，孓(为第i个凸包节点的坐标； 步骤(3)计算每一个饱和节点以每个速率A向其所能广播的节点的方向向量D{s,d), D(AiZ) = (?-XiA'Vi)/1卜,?φ 其中 s(xs，ys)为该饱和节点坐标，d (xd, yd)为其所能广播到的邻居节点坐标； 步骤(4)计算在瓦上的投影与收包率的乘积，再除以目标节点的饱和度，得到邻居节点在一个凸包方向上的权重V (S，d, r, qi),该步骤中，凸包方向指饱和节点到凸包节点的方向，目标节点指饱和节点的所有未饱和邻居节点；
【文档编号】H04L29/08GK103997462SQ201410212152
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2014年5月19日 优先权日:2014年5月19日
【发明者】崔勇, 肖诗汉, 朱超 申请人:清华大学