CN106209631A - 端对端通讯网络的实时路由的选择方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种端对端通讯网络的实时路由的选择方法，对不同的服务质量等级，决定端对端路径，在一个已知的网络，根据链路的特性，考虑较大容量和较短延迟，选择端对端路径，以及决定在每条被选择路径上的用户连接数，具体步骤计算所有端对端路径的容量、延迟；选择一条容量最大且最短延迟的路径；计算带宽；计算分配带宽的连接数；计算使用掉的容量；更新链路的带宽容量；更新剩余的带宽的连接数；记录容量和连接数，生成样本数据集合；输出样本数据集合。本发明实现了对于端对端通讯网络的实时路由选择,考虑服务质量要求,决定适合路径,以及路径上每个服务质量等级的用户连接数量,实验结果显示本方法是可运行的且快速的选择路由方法。

Description

端对端通讯网络的实时路由的选择方法

技术领域

本发明涉及互联网领域，尤其涉及一种考虑服务质量要求的端对端通讯网络的实时路由的选择方法。

背景技术

互联网随机网络是一种反映多种随机因素的网络技术。与传统的网络技术不同，随机网络技术模型中的节点、箭线和流量均带有一定程度上的不确定性，不仅反映活动的各种定量参数，如时间、费用、资源消耗、效益、亏损等是随机变量，而且组成网络图的各项活动也可以是随机的，可按一定的概率发生或不发生，并且允许多个原节点或自多个汇节点的网络循环回路存在。随机网络表示网络中相关的问题信息事先是未知的不确定的，但是这些随机信息可以用已知的概率分布对其进行描述。例如，随机网路路径搜索优化问题即表示通过网络中边的传输耗费为服从一定概率分布的随机变量。

互联网随机网络中的路径搜索优化问题的求解需要考虑时间以及网络的状态，因此其问题规模相对来说显著增加。而对于诸如随机网络实时最短路径这类问题的求解，问题规模的扩大将使下一节点的选择计算量大增，这势必影响优化算法的有效性。

服务质量(Quality of Service)管理是用来解决网络等待时间、阻塞等问题并维持一定网络传输质量的技术。服务质量包含可靠度(Reliability)、延迟(Delay)、稳定性(Jitter)、可用带宽(Bandwidth)等 指标。带宽是指数据传输速率。随着网络服务蓬勃发展，应用程序所需之网络带宽与日俱增。不同应用程序需要不同带宽，如视频会议需要的带宽较多，文字讯息需要的带宽较低。带宽分配要能确保具高优先权的数据能越快传送出去，且越重要的应用程序要求越高的可靠度。为达成服务质量目标，可透过调度(scheduling)、资源预留(resource reservation)与准入控制(admission control)等技术实现。

面对通讯与信息科技的大幅进步及蓬勃发展，互联网迅速增长，互联网用户数量的庞大必然导致网络面临着巨大的拥塞压力，因此如何合理分配网路资源成了必须要解决的问题。越来越复杂的流量类型使网络管理成为了一个具有挑战性的任务，其面临的挑战之一便是大型网络服务提供商(Internet Service Providers)面对网络流量需求大数据正在不断增加的状况。为了对互联网的带宽分配进行有效的管理，进行网络上的流量需求预测分析和有效利用整个互联网所提供的带宽资源是非常重要的。

发明内容

本发明的目的是对不同的服务质量等级，选择端对端路径实时路由的选择方法。

为实现上述发明目的，本发明的技术方案是：一种端对端通讯网络的实时路由的选择方法，对不同的服务质量等级，决定端对端路径，在一个已知的网络，根据链路的特性，考虑较大容量和较短延迟，选择端对端路径，以及决定在每条被选择路径上的用户连接数，具体步骤如下：

步骤一，计算所有端对端路径的容量、延迟；

步骤二，选择一条容量最大且最短延迟的路径；

步骤三，计算容量最大且最短延迟的路径要分配的带宽；

步骤四，计算容量最大且最短延迟的路径，在每个服务质量等级要分配带宽的连接数；

步骤五，计算使用掉的容量；

步骤六，更新链路的带宽容量；

步骤七，更新剩余的带宽的连接数；

步骤八，记录容量最大且最短延迟的路径的容量和每个服务质量等级要分配带宽的连接数，分别生成被选择路径的样本数据集合、被选择路径每个服务等级要分配带宽的连接数的样本数据集合；

步骤九，检查剩余的带宽的连接数是否等于0，若等于0，转至步骤十一；若不等于0，循环至步骤一，继续选择下一路径；

步骤十，输出被选择路径的样本数据集合、被选择路径每个服务等级要分配带宽的连接数的样本数据集合。

本发明的有益效果是：

本发明实现了对于端对端通讯网络的实时路由选择,考虑服务质量要求,决定适合路径,以及路径上每个服务质量等级的用户连接数量,实验结果显示本方法是可运行的且快速的选择路由方法。

附图说明

图1为简单型网络示意图；

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。

表1为链路的带宽容量和延迟；

表2为实验结果；

表3为处理时间对于递增的总用户量。

本方法的目标是对不同的服务质量等级,决定端对端路径,在一个已知的网络,根据链路的特性,本方法考虑较大容量和较短延迟,选择端对端路径,以及决定在每条被选择路径上的用户连接数。

首先设定各项参数如下：

服务质量等级的数量:#class；所有端对端路径的数量:#path；所有链路的数量:#link；每个链路的带宽容量:U_e；链路的延迟:d_e

路由数据库包括所有端对端路径:{P_k(e)＝0or 1,for k＝1,2,...,#path,for e＝1,2,...,#link},所以路径的延迟

每个服务质量等级要分配的带宽θ_i＝b_i,其中b_i为第i等级所需的带宽,i＝1,2,...,#class

每个服务质量等级要分配带宽的连接数为K_i for i＝1,2,...,#class

对于被选定的路径,设定带宽的分配比例,

起始化:

每分配之后,剩余的连接数rem(K_i),设定为K_i；

选定的路径的数量#sel,设定为0。

具体步骤:

步骤一，计算所有端对端路径的容量,for k＝1,2,...,#path

步骤二，根据U(P_k(e))和d(P_k(e)),选择一条容量最大且最短延迟的路径,表示为p(e)；

步骤三，计算p(e)的容量,

步骤四，在p(e)上,计算要分配的带宽A＝ratio·U(p(e))；

步骤五，在p(e)上,求每等级的连接数,n_i for i＝1,2,...,#class,来充分使用带宽,也就是，求n_i使得最小化

步骤六，计算使用掉的容量

步骤七，更新链路的带宽容量U_e＝U_e-p(e)·U_used；

步骤八，更新剩余的连接数rem(K_i)＝rem(K_i)-n_i；

步骤九，分别记录p(e)和n_i在集合Q_k(e)和集合N_k,i；

步骤十，#sel＝sel+1；

步骤十一，检查rem(K_i)是否等于0,则停止,不然就回到步骤一继续选择下一路径；

步骤十二，输出Q_k(e)和N_k,i,Q_k(e)为被选择路径的集合,Q_k(e)＝{p_k(e)for k＝1,2,...,#sel},其中p_k(e)为在步骤二中,第k条被选择的路径；N_k,i为相对应Q_k(e)的每个等级连接数,N_k,i＝{(n_k,i),for k＝1,2,...,#sel},其中n_k,i为在步骤五,第k条被选择的路径的决定每个等级连接数。

本实施例中，使用一个简单型网络来评量这个实时路由选择方法,如图1所示，包括三个等级服务质量(QoS)用户,26个链路,经过游走算法,能得出80条端对端路径,链路特性如表1(链路的带宽容量和延迟)所列,需要传输的用户数量依1,2,3等级分别为80,120,150,每个用户分配的带宽依1,2,3等级分别设定为160,80,25kbps,经过本方法计算,决定的端对端路径,以及在这些路径要传输的用户数量和延迟,如表2(实验结果)所示。

为了评量本方法的实时性,增加了用户连接数总和,从350,525,700,...,到1750,测试平台为Intel Core [email protected],使用Matlab来仿真,绘制处理时间对上用户连接数的曲线,如表3(处理时间对 于递增的总用户量)所示,处理时间约由0.1秒增加0.45秒,發現曲线接近线性趋势。

表1.链路的带宽容量和延迟

被选择的端对端路径	用户连接数(n1,n2,n3)	Delay(in sec)
			e2-e7-e11-e14-e23	(38,56,60)	0.152
e3-e9-e12-e19-e25	(40,60,75)	0.124
			e3-e10-e16-e18-e23	(2,4,15)	0.139

表2.实验结果

表3.处理时间对于递增的总用户量

所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (1)

1.一种端对端通讯网络的实时路由的选择方法，其特征在于，对不同的服务质量等级，决定端对端路径，在一个已知的网络，根据链路的特性，考虑较大容量和较短延迟，选择端对端路径，以及决定在每条被选择路径上的用户连接数，具体步骤如下：

步骤一，计算所有端对端路径的容量；

步骤二，选择一条容量最大且最短延迟的路径；

步骤三，计算容量最大且最短延迟的路径要分配的带宽；

步骤四，计算容量最大且最短延迟的路径，在每个服务质量等级要分配带宽的连接数；

步骤五，计算使用掉的容量；

步骤六，更新链路的带宽容量；

步骤七，更新剩余的带宽的连接数；

步骤八，记录容量最大且最短延迟的路径的容量和每个服务质量等级要分配带宽的连接数，分别生成被选择路径的样本数据集合、被选择路径每个服务等级要分配带宽的连接数的样本数据集合；

步骤九，检查剩余的带宽的连接数是否等于0，若等于0，转至步骤十一；若不等于0，循环至步骤一，继续选择下一路径；

步骤十，输出被选择路径的样本数据集合、被选择路径每个服务等级要分配带宽的连接数的样本数据集合。