基于模拟退火算法的网络编码环境安全资源优化方法与流程

本发明属于计算机技术领域，具体涉及一种用模拟退火算法在网络编码环境下安全资源优化的方法。

背景技术：

传统的通信网络传送数据除发送节点和接收节点以外的节点仅负责路由，并没有对数据内容处理的功能。2000年，R.Ahlswede等人提出的网络编码理论彻底推翻了这种传统观点。网络编码的核心思想是在各节点对信息进行处理，然后转发给下游节点。如果采用传统方法，并不能达到最大流-最小割定理的速率上限。而通过网络编码可以达到。

而使用网络编码后，节点的编码操作需要大量计算。所以尽可能减少编码操作成为重要的研究课题。目前解决该问题的主要方法有贪心法和进化算法。贪心法容易陷入局部最优；而进化算法无法有效利用局部信息导致效率变差。

网络编码环境下，窃听方式与xor位流概念的混合可能会引发对安全性的担忧。但另一方面，网络编码在执行过程中伪装了数据，并且能有效地承载数据，所以实际上增强了信息的安全性，要比传统加密技术更安全。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于模拟退火算法的网络编码环境安全资源优化方法，是利用模拟退火算法对网络编码环境下资源优化的一种高效、可靠的解决方法，以达到快速、安全、节省资源地解决资源优化问题的目的，并具有执行速度快，收敛性强的优点。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种基于模拟退火算法的网络编码环境安全资源优化方法，包括以下步骤：

步骤1，计算信噪比，具体公式如下：

$C_n^s\left(t\right)=\underset{m\∈{\mathrm{\Ω}}_n}{\Σ}{C}_{n,m}^s\left(t\right)---\left(1\right)$

其中β_n,m(t)代表最高信噪比，然后得出的传输速率都会大于最小传输速率。确保速率不会过低。

步骤2，初始化数据，其中初始温度为T，终止温度为T_end，温度变化率为delta，拓扑结构为G(V,E)，源节点为S，d个接收节点，拓扑最大速率为R；

步骤3，用图分解的方法分解网络拓扑结构上潜在的编码节点，新的拓扑结构作为输入，进行模拟退火算法寻找路径；

步骤4，对每一个节点，若它只有一条出边，则算入路径；若有两条出边，则以一定概率进入第一条出边，具体如下：

$P\left(dE\right)=\exp \left(\frac{dE}{T}\right)---\left(2\right)$

其中T为当前温度，dE为第一条出边传输速率减去第二条出边传输速率的差。

且在0-1间取随机数，若P(dE)大于该随机数，则进入第一条出边。切该概率随温度增大而减小。

步骤5，循环执行步骤3直至遍历到接收节点，记录这种情况下的解；

步骤6，将当前温度T乘以温度变化率delta赋值给T，若T大于T_end，则跳转至步骤3；若T达到T_end，则跳转至步骤6；

步骤7，比较所有解，得出最优解。

本发明与现有方法相比，其显著优点为：(1)现有的解决网络编码环境安全资源分配的方法时间和空间复杂度较高，本发明方法利用随机因素降低了时间和空间复杂度；(2)代码量少，结构简单容易理解；(3)具有安全性。

附图说明

附图为本发明解决网络编码环境安全资源分配问题的流程图。

具体实施方式

本发明基于模拟退火算法的网络编码环境安全资源优化方法，初始化开始温度、终止温度、温度改变率、初始拓扑结构G(V,E)、源节点S、d个接收节点等参数；在温度没有达到终止温度时循环计算最优解，重复直至终止温度，输出全局最优解。

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。

结合图1，本发明基于模拟退火算法的网络编码环境安全资源优化方法，包括以下步骤：

步骤1，计算信噪比，具体公式如下：

$C_n^s\left(t\right)=\underset{m\∈{\mathrm{\Ω}}_n}{\Σ}{C}_{n,m}^s\left(t\right)---\left(1\right)$

步骤2，初始化数据，其中初始温度为T，终止温度为T_end，温度变化率为delta，拓扑结构为G(V,E)，源节点为S，d个接收节点，拓扑最大速率为R；

步骤3，用图分解的方法分解网络拓扑结构上潜在的编码节点，新的拓扑结构作为输入，进行模拟退火算法寻找路径；

步骤4，对每一个节点，若它只有一条出边，则算入路径；若有两条出边，则以一定概率进入第一条出边，具体如下：

$P\left(dE\right)=\exp \left(\frac{dE}{T}\right)---\left(2\right)$

其中T为当前温度，dE为第一条出边传输速率减去第二条出边传输速率的差。

且在0-1间取随机数，若P(dE)大于该随机数，则放入物品。

步骤5，循环执行步骤3直至遍达到接收节点，记录这种情况下的解；

步骤6，将当前温度T乘以温度变化率delta赋值给T，若T大于T_end，则跳转至步骤3；若T达到T_end，则跳转至步骤6；

步骤7，比较所有解，得出最优解。

实施例

本发明共测试4组固定格式和10组随机拓扑图，参数由表1给出。

表1测试用拓扑图参数

步骤如下：

步骤1，初始化数据。

数据包括拓扑图、物品初始温度、终止温度、温度变化率，如下：

T＝3000；T_end＝1；delta＝0.99。

其中T为初始温度，T_end为终止温度，delta为温度变化率。

步骤2，用图分解的方法分解网络拓扑结构上潜在的编码节点，新的拓扑结构作为输入，进行模拟退火算法寻找路径；

步骤3，对每一个节点，若它只有一条出边，则算入路径；若有两条出边，则以一定概率进入第一条出边，具体如下：

$P\left(dE\right)=\exp \left(\frac{dE}{T}\right)---\left(1\right)$

其中T为当前温度，dE为第一条出边传输速率减去第二条出边传输速率的差。

且在0-1间取随机数，若P(dE)大于该随机数，则放入物品。随着温度降低，(1)逐渐变大。重复次数为：

$N={\log }_{delta}\frac{T\_end}{T}---\left(2\right)$

其中，T为初始温度，T_end为终止温度，delta为温度变化率。

步骤4，循环执行步骤3直至遍达到接收节点，记录这种情况下的解；

步骤5，将当前温度T乘以温度变化率delta赋值给T，若T大于T_end，则跳转至步骤3；若T达到T_end，则跳转至步骤6；

步骤6，比较所有解，得出最优解。

测试结果参数由表2给出。

表2

综上所述，本发明是基于模拟退火算法的网络编码环境安全资源优化方法，为网络编码环境下的资源优化问题提供一种新的解决思路，从降低时间与空间复杂度及提升安全性为目标改进解决网络编码环境安全资源优化的方法。