[发明专利]一种基于复杂通信网络的主机位置选择方法

说明书

技术领域

本发明涉及网络优化的技术领域，尤其涉及到一种基于复杂通信网络的主机位置选择方法。

背景技术

在过去几十年间，以Internet为代表的信息技术的迅猛发展使人类社会大步迈入了网络时代。同时，人们已经处于一个充满各种各样复杂网络的世界中。实际网络的一个重要特征是网络结构是随着时间变化的，许多网络在总体上呈现出不断增大的趋势。现在Internet等大规模通信网络已经成为全球的关键性基础设施，并将继续产生更多、更新甚至是难以预计的技术、应用和服务。在通信网络的发展中，大量的数据在网络中进行传输，为了保证每个数据能够顺利到达目的节点，提高数据传输能力变得非常重要。我们认为网络能够保证主机产生的数据能够顺利到达目的主机的情况下，允许每个主机单位时间内产生的最大数据量越大，则网络的数据传输能力就越强。在基础的数据传输设施中，每个节点或者边只有有限的传输能力，其中网络中的主机(产生数据或接收数据的节点)通过给定的网络链接起来，主机和主机之间的数据传输通过他们之间的路由器来转发，当某个节点单位时间内接收到的数据量超过其转发数据的能力时，会导致网络出现丢包现象，对于每个节点传输能力都一样的网络，该网络对数据的传输能力通常由最繁忙的节点来决定。在给定的主机数目和网络拓扑结构中，如何在网络中选择适合的位置放置主机，从而减轻最繁忙的节点的负担，这是有利于网络传输能力的提升的。目前的科研成果表明，对于每个节点传输能力一样的网络，网络中负载分布越均匀越有利于网络传输能力的提升。针对网络传输能力的提升的方法有，改变节点的传输能力和选取适合的路由算法来实现，不过这种方法是在主机位置确定的情况下。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种在给定的拓扑结构、给定的主机和一致的节点传输能力的条件下能提高网络传输能力的基于复杂通信网络的主机位置选择方法。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案如下：其包括以下步骤：

S1.获取网络的拓扑结构、节点的传输能力R(i)；

S2.在通信网络中随机放置主机；

S3.根据主机和另一主机之间的通信需求，计算出主机到另一主机的数据传输路径经过节点i的次数C(i)，并结合C(i)推导出具有间接衡量网络传输数据能力的参数；

在通信网络中，假设产生数据和需要数据的节点主要为主机节点，而路由节点只有转发和暂时存储数据的作用，下面将对用到的参数进行推导并详细说明：

计算每个节点的使用频率：

其中，V_host为所有主机节点的集合，σ_uw(i)表示数据包从节点u发送给节点w是否经过节点i，如果路径经过节点i，则σ_uw(i)＝1，否则σ_uw(i)＝0；

数据的传输路径根据实际的路由算法确定，本方案选取最短路径为数据的传输路径；

基于C(i)计算节点的使用率U(i)：

设每个节点单位时间需要发送的数据量为λ，接收数据的主机随机选取，基于平均场理论，节点i的待发送数据量为：

其中，N_host为网络中所有主机节点的数目，为主机节点与主机节点间的平均距离；

如果节点i转发数据的能力R(i)大于等于该节点就不会发生阻塞而导致数据包发生丢失；为了让整个网络能够正常的进行通信，必须每个节点满足以上条件，所以有：

令，

若λ＞λ_c，网络间发生阻塞，导致网络中的数据出现丢包现象；

若λ≤λ_c，网络不会发生阻塞，数据包能够顺利的达到目标主机；

对于节点i，存在

可得，

通过推导，越大，λ_c越大，将作为间接衡量网络传输数据能力的参数。

S4.结合步骤S3得出的参数，通过模拟退火优化算法得出最优的主机位置，具体步骤如下：