[發明專利]一種基于非線性容量負載模型的網絡資源再分配方法

有效

• 申請號: 201510044272.6
• 申請日: 2015-01-28
• 公開（公告）號: CN104618159B
• 公開（公告）日: 2017-09-05
• 發明（設計）人: 周劍;黃寧;張朔;王坤龍
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: H04L12/24
• 分類號: H04L12/24;H04L12/911
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所11121
• 代理人: 趙文利

技術領域

本發明屬于通信網絡以及可靠性技術領域，具體涉及一種基于非線性容量負載模型的網絡資源再分配方法。

背景技術

在現實環境中，人們往往在網絡發生故障，導致網絡性能下降后，才新增加一定的網絡資源對某些網絡節點進行再次分配，例如對這些節點進行性能升級，以使整網性能得到一定程度上的恢復，滿足人們對某些網絡服務能力的要求。這類問題在實際工程中十分常見，與投入一定成本的情況下，使網絡系統獲得盡可能好的魯棒性相似。

對網絡資源進行優化配置能提高網絡傳輸性能和控制網絡故障傳播，一直以來都受到了極大的關注。網絡資源分配策略目前在網絡可靠性研究方向的應用主要包括：網絡資源優化分配對網絡故障傳播現象的控制和預防，目前已經取得了一定的研究進展，具體的研究角度也不盡相同。

但是，已有的大多數研究在網絡資源分配策略的分析、評價方面仍存在一定局限性與不足，例如，不能全面衡量網絡資源配置模型的有效性和可行性，并且不能結合網絡節點的實際特征，比如節點容量與負載關系的影響，以網絡系統級聯失效的預防控制為目的進行網絡容量優化分配的研究。

當網絡發生級聯失效后，對新增加的網絡容量資源進行再分配，能夠使網絡性能得到一定恢復。當前的網絡資源優化分配策略大多是針對網絡的初始資源進行分配，忽略了對于后續新增網絡資源的優化配置。

例如：Ghamry W K,Elsayed K M F的文獻“Network design methods for mitigation of intentional attacks in scale-free networks”，只是進行簡單的資源配置而沒有考慮網絡中的實時信息，同時也沒有考慮在網絡流量動態分布下發生級聯失效的情況；

現有技術：Paolo Crucitti，Vito Latora的文獻“A model for cascading failures in complex networks”中考慮了發生級聯失效的情況，根據線性比例關系提出了線性容量負載模型，沒有考慮網絡容量與負載非線性特征的資源分配策略。

發明內容

本發明的目的是：在考慮網絡容量與負載非線性特性的前提下，針對網絡遭受攻擊發生級聯失效的情況，提出了一種基于非線性容量負載模型的網絡資源再分配方法。

包括如下步驟：

步驟一：基于網絡正常工作狀態下節點容量與負載的非線性關系，提出非線性容量負載模型；

C_i＝α×L_i(0)+α×L_i(0)^1-β

i＝1,2...N,α≥1,0＜β＜1

式中：網絡中任意節點i的容量為C_i，節點i在初始時刻的負載為L_i(0)，α為容忍參數，β為非線性系數。

步驟二：根據非線性容量負載模型以及網絡發生級聯失效后的節點容量負載特性，提出了針對新增網絡容量資源的再分配策略；

針對新增網絡容量資源的再分配策略，用Cnlinr表示：

式中：C_i增是經過資源再分配后，節點i的新增容量；θ為比例參數，0＜θ≤1；網絡發生級聯失效后性能下降到穩態T時刻時，節點i的負載為L_i(T)。η,γ為非線性系數。

步驟三：對新增網絡資源再分配策略進行仿真與對比；

通過仿真實驗，將所提出的資源再分配策略與已有的三種資源再分配策略進行比較。

仿真的具體步驟：

步驟3.2.1：建立網絡拓撲結構圖，同時移除網絡中負載最大的節點；

步驟3.2.2：網絡級聯失效發生后，計算網絡達到新穩態T時刻時的網絡效率E(T)。

e_ij表示節點i與節點j之間的最短路徑的傳輸效率。

步驟3.2.3：判斷網絡效率E(T)是否達到穩定，穩定后進入步驟3.2.4，否則，返回步驟3.2.2重新計算；

步驟3.2.4：對新增的網絡容量資源分別按著四種資源再分配策略進行分配；

步驟3.2.5：對新增資源再分配后，計算網絡再一次達到穩態時的網絡效率E(f)；

步驟3.2.6：判斷網絡效率E(f)是否達到穩定，穩定后結束，否則，返回步驟3.2.5。

本發明的優點與積極效果在于：