[发明专利]一种SDN中多媒体流的联合定价和带宽分配方案

说明书

本发明涉及一种在多媒体流应用中高峰时段场景中对应用联合定价、带宽分配和用户选择问题进行优化的资源管理算法。通过将网络控制功能与数据传递分离，软件定义网络（SDN）使多媒体流应用能够按需协商其QoS参数。将TDP用作SDN中的激励机制，以激励用户转移其延迟容忍的流量需求，并在峰值时间内为延迟敏感的应用释放资源。通过实时流量负载以及用户对延迟的偏好来确定每个时隙中采用的拥塞价格。因此，制定了Stackelberg游戏来分析ISP和用户之间的交互，在求解最佳拥塞价格时，提出了一种贪婪算法来获得纳什均衡解。仿真结果表明，该方法可以显著缩小流量波动。

技术领域

本发明属于无线通信领域，具体涉及一种在多媒体流应用中高峰时段场景中对应用联合定价、带宽分配和用户选择问题进行优化的资源管理算法，能够在保证应用程序服务质量的基础上对延迟敏感用户及不敏感用户与带宽资源之间的匹配进行优化，取得更好的能效，有效地解决高峰时段的拥堵问题。

背景技术：

随着数据流量的巨大增长，尤其是多媒体流量的增加，对流量需求波动产生了巨大的影响。时间相关定价(TDP)是峰值时间拥塞管理的可能解决方案，实现提高整体带宽利用率并减少不必要的投资费用，使互联网服务提供商(ISP)通过将需求从高峰时间转移到非高峰时间来平缓流量波动，这对ISP建设新的基础设施以扩大其网络容量具有重要的意义。

TDP属于商业网络中的定价策略，通过根据用户消费数据的时间以及消费的数据量向用户收费来解决峰值时间拥塞问题，可以应用在智能市场、垄断市场等方面。商业网络不同于简单扩大产能的纯技术解决方案，通过用户对数据包进行投标、非高峰收费折扣或博弈论等方法来解决收益优化问题，从而在保证用户QoS和可用带宽限制的情况下最大化ISP的收入。

而当使用TDP定价算法时，需要明确带宽分配以满足用户的QoS要求，通过网络控制功能与数据传递分离，SDN使用户按需协商QoS参数。ISP监控流量需求并设置拥塞价格，价格被用作指示网络拥塞水平的信号，以激励用户将他们的交通需求从高峰时间转移到非高峰时间。

在以往的定价方案中，往往只是控制了特定时间段内的总数据使用量，或者在带宽分配时只能应用于小规模网络，而在控制峰值时间拥塞方面效率低下。为了在取得较高的经济效益的前提下，保证带宽分配限制下的用户QoS，需要基于价格的带宽消耗调度以及通过Stackelberg游戏测试ISP和用户的竞争互动，并通过密集模拟验证方案。

发明内容：

本发明首先模拟了多媒体流应用的用户在高峰时间是否选择推迟流量为其他延迟敏感的用户腾出带宽的场景，以缓解高峰时段的流量拥堵为目标，提出了一种基于Stackelberg博弈解决SDN中峰值时间带宽资源和用户需求的匹配和多媒体流应用联合定价问题的时间相关定价(TDP)算法。该算法考虑到多媒体流应用程序的服务质量需求，在保证多媒体流应用程序的服务质量的前提下，优化用户和带宽资源之间的匹配，并获得最大化的能效。

具体过程如下：

1)图1为SDN系统模型图，可编程SDN控制器在模型中作为“大脑”工作，并负责所有网络控制逻辑。控制器使用OpenFlow等协议来配置其回程网络中的交换机，并对通过的不同应用流量应用不同的控制策略。通过将网络控制功能与数据传递分离，SDN使用户能够按需协商QoS参数。考虑由L条逻辑链路(有线或无线)组成的启用SDN的网络，并且对于多媒体流应用(其他应用利用剩余带宽)，在每个链路l∈L保留总带宽B_l。为简单起见，将多媒体流用户称为用户，为多媒体流应用保留的带宽称为可用带宽。

时间被分成多个时隙，每个时隙的长度用τ表示。在时隙t中，链路l上的一组用户由S_t(l)表示。通过SDN控制器提供的开放API，每个用户s都可以指定其带宽要求，即当链路l的可用带宽不足以满足所有用户的带宽需求时，链路l被标记为拥塞链路，相应的时隙t被标记为高峰时隙，即