[发明专利]基于量子进化的组播路由优化方法

说明书

技术领域

本发明属于网络通信计算领域，涉及一种组播路由方法，可用于提高因特网的服务质量。

背景技术

从上个世纪末到本世纪初是网络技术大发展的时代，特别是以因特网为代表的IP网络更是日新月异。因特网上的用户数量持续呈爆炸性增长，网上的应用由传统的电子邮件转向FTP、WWW等应用。此外，基于因特网的新应用和业务也在不断地推出，如电子商务、IP电话、视频会议等。但是，要满足这些业务的需求，特别是要保证一些实时业务的带宽、时延等特殊需求，以目前因特网中的尽力而为的服务是难于完成的。尽力而为服务的特点是对所有应用提供同种数据传输服务，对网络的资源缺乏有效的分配和管理，当网络负载较轻时，各个应用得到的传输服务质量尚可，但是随着用户数目的增多，网络的负载也将增加，此时，各种应用的行为表现为无序地竞争网络资源，造成网络资源的不合理占用各种应用各为其利，其结果是服务质量互相恶化。目前的因特网技术急需进行改进以提供有效的资源分配与管理。如前所述的网络应用，如视频会议、交互式游戏、声音/视频电话、实时多媒体播放、分布式计算、视频点播和远程教学等网络应用的特点是涉及多个成员的交互，本质上具有组播的特征。

KPP是较早提出的一个时延受限组播路由方法，它借鉴了KMB方法的思想，首先构造一个只包含源节点和目的节点集合的完全图，这个完全图中的每条边对应原图中两个节点之间满足时延约束的费用最短路：然后从完全图中产生一个时延受限生成树；最后将生成树的边用原图中的时延受限最小费用路径代替，并去掉产生的回路。这种方法的缺点是：复杂度高；当解存在时，它可能会找不到最优解。

BSMA方法是对KPP方法的一种改进，它采用先找到问题的可行解，然后对可行解进行改进，使其性能更加接近最优解的方法，具体过程是：先用LD方法生成组播树；然后用费用更小的且满足时延要求的超边代替生成树中费用较大的 超边，在替换费用高的超边时用到了k最短路径方法，其中超边是指一条起始和中止节点都为度大于或等于2的节点的一条路径，超边也可以是两个目的节点之间的一条路径，或者是一条度大于2的节点和目的节点之间的一条路径；反复进行这一步骤，直到整个生成树的费用不能再减小为止。该方法的缺点是求解过程复杂，不适用于优化大规模网络。

最近几年提出的基于遗传方法的解决组播路由的方法，虽然比经典方法加强了全局搜索能力，但是它容易陷入“早熟”，很难得到最优组播树。而基于人工免疫理论解决组播路由的方法，需要通过不断的科隆种群才能够保持种群的多样性，得到最优组播树，但这样使得方法的时效性大大降低。

发明内容

本发明的目的在于克服已有技术的不足，提出一种基于量子进化的组播路由方法，以减小求解组播树时间，获得较小的组播树代价，降低运算法杂度，提高网络的时效性。

实现本发明的技术思路是：将组播路由问题看作组合优化问题，用量子计算搜索使组播树代价最小化的序列组合作为最优解；利用量子计算快速的全局收敛性，搜索构成组播树问题的最优解，逼近最优组播树服务的性能。具体实现步骤如下：

(1)生成随机网络，并在网络中设置源节点、目的节点，给定运行参数和最大允许时延；

(2)对每个给定的目的节点求解所有满足时延条件的备选路径集，并按升序排列；

(3)对每个目的节点的前2^N条(N∈[1，4])备选路径集进行量子编码，获得一个状态矩阵；