[发明专利]基于业务可靠性的网络节点资源分配方法

权利要求书

1.一种基于业务可靠性的网络节点资源分配方法，其特征在于，具体步骤如下：

步骤一：计算多业务下节点的重要度；

根据不同业务的流程特征计算三种业务下的节点重要度；网络中业务流程影响着每个节点的负载分布；

三种类型业务下的节点重要度定义如下：

随机型业务：随机选择端到端的最短路径作为业务路径，考察节点的介数来描述节点的重要度，节点的介数是指所有节点对之间通过某节点的最短路径数；随机型业务中节点i的重要度定义为节点i的介数；

定制型业务：规定端到端之间的业务路径必须经过某特定节点S，对于定制型业务下源节点N₁到目的节点N₂的业务路径，等价于两条最短路径之和：N₁到节点S的最短路径和节点S到N₂的最短路径；定制型业务下节点的重要度作如下定义：定制型业务中节点i的重要度定义为所有边缘节点与节点S之间通过节点i的最短路径条数的2倍；

程序化业务：规定端到端之间的业务路径必须经过某特定链路节点P₁、P₂，即业务路径必须经过从节点P₁到节点P₂这段链路P₁-P₂，从而，节点N₁到N₂的业务路径，等价于N₁到P₁的最短路径，加上P₁-P₂，再加上节点P₂到N₂的最短路径；程序化业务下的节点重要度作如下定义：程序化业务中节点i的重要度为所有边缘节点与节点P₁之间通过节点i的最短路径条数，加上所有边缘节点与节点P₂之间通过节点i的最短路径条数；P₁-P₂中经过的节点的重要度等于所有业务路径的条数，也即除去P₁和P₂经过的节点外，其余节点的个数；

在此基础上，提出了在多业务下节点的重要度，其定义如下：通常网络中的业务不会是单一种类的业务，而是不同业务的综合，即网络中运行着多类业务，对于多业务的考虑是将上述三类业务以不同的混合比例来进行加载，来反映不同业务对网络的影响；定义节点i在随机型、定制型和程序化三类业务中的边的重要度分别为p_i，1、p_i，2、p_i，3，在多业务的比例为a:b:c时，节点i的重要度如下：

I_i＝ap_i,1+bp_i,2+cp_i,3

步骤二：建立基于业务可靠性的节点资源分配的优化模型，将业务可靠度作为优化目标，节点资源总量即所有节点处理能力总量、缓存大小的总量作为约束条件；

将业务可靠性定义为：在规定条件下和规定时间内，对指定业务完成规定传输功能的能力；其中，规定条件是指在网络系统中的硬件和软件均能正常工作的情况下；规定的时间是指网络中的业务在指定的工作时间内；规定的功能是指业务的服务质量满足需求；对于业务可靠性的建模主要考虑节点处理能力不足和节点缓存不足，故障判断依据为数据包未在规定的时间内到达或数据包被丢弃；对于单业务的业务可靠度，即对于业务j的可靠度表达式为：

R_j(x)＝P(L_j≤K_j,W_j≤Delay_j),j＝1...M

其中，x表示节点资源的分配方案，L_j表示业务j运行过程中被丢弃的数据包个数，K_j表示业务j的丢包阈值，W_j表示业务j的数据包的传输时延，Delay_j表示业务j的时延阈值；

多业务的业务可靠度表达式为：

其中，M表示总的业务数量；

采用基于离散事件仿真的方法来模拟业务的生成和数据包的传输和到达过程，得到业务可靠性的近似值；设仿真结束后，网络中传输成功的数据包的个数为success，传输的总数据包数为all，则整网的业务可靠度表达式为：

接着，以业务可靠度为目标提出一种节点资源分配模型；

对于节点的资源分配的优化模型考虑到对业务可靠性的优化，将业务可靠度作为优化目标，所有节点处理能力总量，缓存大小的总量为约束条件，建立决策变量为节点的处理能力{d₁，d₂，…,d_n}、节点缓存大小{k₁，k₂，…,k_n}的优化模型如下：

Max R(x)

其中，d_i表示节点i的处理能力大小，k_i表示节点i的缓存大小；D为处理能力总量，K为缓存资源总量；

公式中的s.t.是满足约束条件的意思，P(L_j≤K_j,W_j≤Delay_j)是业务j可靠的概率，若两个条件都满足则为1，否则为0；

步骤三：基于遗传算法求解节点资源分配；用遗传算法求解节点资源分配的优化模型，在遗传算法的初始种群中考虑各节点的重要度得到初始分配，具体流程为：

(1)输入网络的拓扑结构和网络业务信息，包括业务总量M，随机型业务、定制型业务和程序化业务量的比例a:b:c，节点处理能力总量D，节点缓存资源总量K；

(2)根据步骤一提出的多业务下节点重要度，生成初始资源分配方案，即初始种群生成；

(3)在初始种群生成之后，采取基于离散事件仿真的方法计算每个个体的业务可靠度即适应度函数Fitness；Fitness＝R(x)；

(4)对种群进行编码生成相应的染色体，然后对染色体进行选择，交叉，变异的遗传操作；

(5)生成下一代新的个体种群，对新的个体进行约束条件判断，看其是否满足资源总量的约束；然后检查是否满足迭代终止条件，即遗传算法结果收敛或者达到迭代次数gen门限；

(6)若没满足迭代终止条件，返回(3)，且迭代次数gen＝gen+1；若满足迭代终止条件，则输出此时的最优染色体Individual；

(7)对最优染色体解码得到最优资源分布向量，并输出最优业务可靠度。