[發(fā)明專利]面向多媒體數(shù)據(jù)流的基于網(wǎng)絡(luò)編碼的弱安全多播速率分配方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611135362.7
• 申請日: 2016-12-11
• 公開（公告）號: CN108234326B
• 公開（公告）日: 2021-01-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王進(jìn);溫正清;賈俊鋮;朱艷琴;張書奎
• 申請（專利權(quán)）人: 蘇州大學(xué)
• 主分類號: H04L12/751
• 分類號: H04L12/751;H04L12/761;H04L29/06
• 代理公司: 蘇州創(chuàng)元專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 32103
• 代理人: 陶海鋒

1.一種面向多媒體數(shù)據(jù)流的基于網(wǎng)絡(luò)編碼的弱安全多播速率分配方法，包括：

A、根據(jù)面向多媒體數(shù)據(jù)流的基于網(wǎng)絡(luò)編碼的弱安全多播所在的通信網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，獲取以下參數(shù)：由單個服務(wù)器、所有路由器以及接收所有數(shù)據(jù)的客戶端構(gòu)成的節(jié)點集合，節(jié)點集合中節(jié)點間的有向鏈路集合，每條鏈路的容量，多媒體流中數(shù)據(jù)流的數(shù)量，這些數(shù)據(jù)流的集合，以及每條數(shù)據(jù)流的權(quán)重；

B、根據(jù)所獲取的參數(shù)，將所述通信網(wǎng)絡(luò)表示為有向圖G(V, E)，G為有向圖，V和E分別是節(jié)點集合及邊集合；

所述邊集合的構(gòu)建方法是，如果網(wǎng)絡(luò)中兩個不同節(jié)點間存在通信鏈路，則有向圖G中這兩個節(jié)點之間存在有向邊，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中這兩個節(jié)點間的通信鏈路數(shù)據(jù)傳輸方向以及該傳輸方向上的最高數(shù)據(jù)傳輸速率，設(shè)定有向圖G中這兩個節(jié)點之間的有向邊的方向及邊容量，重復(fù)該過程直至所有符合條件的鏈路對應(yīng)的有向邊設(shè)置完畢，獲得有向邊邊集合E；

C、根據(jù)所述有向圖，基于線性規(guī)劃，建立基于網(wǎng)絡(luò)編碼的多媒體數(shù)據(jù)流的安全多播傳輸速率分配的數(shù)學(xué)模型；

D、對所述數(shù)學(xué)模型進(jìn)行求解；

E、獲取弱安全條件下的最大加權(quán)數(shù)據(jù)傳輸吞吐率以及相應(yīng)的速率分配方案，即每條鏈路上的傳輸速率；

所述步驟C具體包括以下步驟：

C1、獲取已知參數(shù)并進(jìn)行定義，所述已知參數(shù)包括：節(jié)點集合V，V包括源節(jié)點s，目的節(jié)點集合，N是目的節(jié)點的個數(shù)，中間節(jié)點集合I，惡意節(jié)點結(jié)合I’， I’是I的子集，有向邊集合E，從節(jié)點u指向節(jié)點v的有向邊，，鏈路帶寬，從源節(jié)點發(fā)出數(shù)據(jù)流總的數(shù)量L，并設(shè)，每條數(shù)據(jù)流的權(quán)重為，，每個節(jié)點的上、下游節(jié)點集合J(v)，J’(v)；

C2、對變量進(jìn)行定義，所述變量為：前l條數(shù)據(jù)流總的傳輸速率D_l，第l條數(shù)據(jù)流的傳輸速率為D_l－D_l－1，從源節(jié)點s流向目的節(jié)點t而流經(jīng)有向邊的流量，流經(jīng)有向邊的所有流量，流入節(jié)點v并流向目的節(jié)點t的所有流量減去流出節(jié)點v并流向目的節(jié)點t的所有流量的差值，定義中間變量用于條件的線性轉(zhuǎn)化，；

C3、構(gòu)建基于線性規(guī)劃的最優(yōu)速率分配方法的數(shù)學(xué)模型；

優(yōu)化對象是整個網(wǎng)絡(luò)的安全加權(quán)吞吐率，整個網(wǎng)絡(luò)的安全加權(quán)吞吐率定義為網(wǎng)絡(luò)達(dá)到弱安全狀態(tài)時，通過對每條數(shù)據(jù)流的權(quán)重乘以最終該條數(shù)據(jù)流的速率，然后進(jìn)行求和；

首先構(gòu)建模型P如下：

目標(biāo)函數(shù)為：(1)

式(1)為目標(biāo)函數(shù)，最大化網(wǎng)絡(luò)中的安全加權(quán)吞吐率；

約束條件為：

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

(10)

(11)

(12)

式(2)-(12)為約束條件，式(2)意味著每一條數(shù)據(jù)流的速率大于0；式(3)-(6)用于保證整個網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸滿足流守恒定律；式(7)表示經(jīng)過有向邊的總流量大于等于任意一條流經(jīng)并最終流向任意目的節(jié)點的流量；式(8)是安全網(wǎng)絡(luò)編碼方案存在的一個充分必要條件，保證每個可能進(jìn)行竊聽攻擊的中間節(jié)點上能夠達(dá)到弱安全的要求；式(9)表示流經(jīng)有向邊的總流量應(yīng)當(dāng)不大于有向邊上的帶寬；式(10)-(12)則約束了基本變量的取值范圍；

線性化模型P如下：

在上述約束條件中，式(7)-(8)是非線性約束，不能進(jìn)行直接求解，需要將這兩個約束轉(zhuǎn)換為線性條件，才能求解上述模型目標(biāo)，式(7)-(8)線性化如下：

約束條件為：

(13)

(14)

(15)

式(13)替換原模型P中式(7)，并等價于式(7)；式(14)-(15)用于替換式(8)，若式(14)-(15)同時滿足，，因此，式(8)約束反而相對松弛，上述非線性模型P被等價轉(zhuǎn)換為線性規(guī)劃P₁，如下所示：

式(2)-(6)，式(9)-(15)；

S14：利用線性規(guī)劃求解方法對P₁進(jìn)行求解得出最優(yōu)速率分配方法。