[发明专利]一种传输时延最小化的中继多路径流量分配方法

权利要求书

1.一种传输时延最小化的中继多路径流量分配方法，其特征在于该方法具体步骤如下：

步骤1.信息收集：

监测网络流量，收集并估计链路信息；根据收集到的链路信息，生成从源节点经过汇聚节点到目的节点的路径集合；

把网络看作有向图G＝(V,E)，其中表示节点的集合，E＝{e_ij}，表示节点间链路的集合；s表示源节点，d表示目的节点，n_ij表示第i条路径上第j个网络节点,N表示一般网络节点的集合，e_ij表示第i条路径上第j条网络链路；源节点s和目的节点d之间的简单无循环可用路径集合为P，P＝{P₁,P₂,...,P_K}，K为路径数；

步骤2.路径拆分：

将源节点s到目的节点d的路径根据汇聚节点c拆分成多个部分，并重新定义各个部分的逻辑路径集合，P＝{P′:P″:...}＝{(P′₁,P′₂,P′₃,P′₄,...):(P″₁,P″₂,...):...}，其中P′表示拆分后的第一个逻辑路径集合，P″表示拆分后的第二个逻辑路径集合，P_i′＝{e′_i1,e′_i2,...}，P_i″＝{e″_i1,e″_i2,...}表示第i条路径上各节点间的相互独立链路,e′_i1表示第一个逻辑路径集合中，第i条路径上的第一条链路,e″_i1表示第二个逻辑路径集合中，第i条路径上的第一条链路；

步骤3.网络路径建模：

选取一个逻辑路径集合，获取并更新路径网络参数：路径P_i上的丢包率表示链路e_ij上的丢包率，最大可用带宽a_i，平均传输速率r_i，定义路径P_i上的传输可用带宽w_i＝r_i+a_i；定义路径P_i上的趋势带宽为当前时刻t与前q个时刻传输可用带宽变化趋势的预测值：其中参数φ₁,φ₂,φ₃...,φ_q为自回归系数，ε_t为相互独立的白噪声序列；

步骤4.质量评估：

根据路径P_i上的传输可用带宽w_i，丢包率p_i，结合时间序列模型，计算质量评估后的评估带宽：其中和θ为加权系数，分别表示丢包率权重与趋势带宽权重，0＜θ＜1，满足

步骤5.传输流量分配：

所有数据分组到达的发送端的平均速率为λ分组/秒，到达源节点后，发送端将数据分组分配到K条路径上传输；每个数据分组以概率γ_i分配到第i条路径上，被请求的数据分组以速率γ_iλ到达路径P_i进行发送；

步骤6.计算路径P_i的排队时延，求解时延最小的流量分配：

根据排队论，给出路径P_i的平均传输时延：源节点在P_i上发送数据分组的平均时间构建传输时延最小的流量分配问题，并求解最优化流量分配向量γ＝(γ₁,γ₂,...,γ_K)；λ_i表示分配到第i条路径的速率，表示第i条路径上的评估带宽，pd_i表示第i条路径上的传播时延；

约束条件C2是对数据分组分配的规范性和非负性要求；

定义拉格朗日函数μ、v、α为拉格朗日乘子，根据KKT条件求解：

其中m为路径集合中被选取进行流量分配的路径数目，各条路径上分配的流量为：

步骤7.若各条路径的传播时延差小于设定时间，视为传播时延相近，进入步骤8；若各条路径的传播时延差大于等于设定时间，视为传播时延相差较大，进入步骤9；所述的设定时间为3～8毫秒；

步骤8.各条路径子流的传播时延相近，求解流量分配的闭式解：

进入步骤10；

步骤9.采用二分搜索，确定搜索的上下界，求α近似解得到流量分配结果，具体如下：

步骤9.1.设置搜索精度σ，确定二分搜索的上下界：

步骤9.2.更新二分搜索的中间值

步骤9.3.计算判决：

若调整搜索下界，返回步骤9.2；若调整二分搜索的上界，返回步骤9.2；若求得精度为σ下的近似解

步骤9.4.将求得的代入得到流量分配结果：

步骤10.若存在未进行流量分配的逻辑路径集合，则对下一个逻辑路径集合进行流量分配，进入步骤3；否则，进入步骤11；

步骤11.耦合流量分配结果：

对各部分流量分配结果进行耦合，生成源节点到目的节点的传输路径P＝{P′:P″:...}和流量分配结果，进行数据发送；若发送完成后有新的数据分组到达，进入步骤3，对新一轮数据传输进行传输时延最小的中继多路径流量分配；否则，结束并退出。