[發明專利]一種多聯盟鏈共識算法的網絡時延優化方法

有效

• 申請號: 202110591340.6
• 申請日: 2021-05-28
• 公開（公告）號: CN113365229B
• 公開（公告）日: 2022-03-25
• 發明（設計）人: 宋彤雨;談雪彬;胡文昱;董劉楊;任婧;王雄;徐世中;王晟
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H04W4/08
• 分類號: H04W4/08;H04W24/02;H04W72/04;G06N3/08
• 代理公司: 四川鼎韜律師事務所 51332
• 代理人: 溫利平

1.一種多聯盟鏈共識算法的網絡時延優化方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)、設置待優化的通信網絡的拓撲結構為G，拓撲中節點數量為N，連接邊數量為L，各邊的可用帶寬向量E，共將部署M條聯盟鏈，每條聯盟鏈包含一個主節點；設置路由變更的決策間隔時隙T；

(2)、在路由變更的決策時隙T到來時，路由控制器向交換機和各聯盟鏈的主節點發送數據收集請求；

(3)、采集通信網絡的狀態信息

(3.1)、交換機接收到數據收集請求后，提取通信網絡的網絡層信息，具體包括：拓撲結構G及各邊的可用帶寬向量E；

(3.2)、各聯盟鏈的主節點接收到數據收集請求后，提取通信網絡的應用層信息，具體包括：區塊大小、待驗證區塊數量、區塊平均等待時間、當前主節點編號以及前k個決策時隙內的交易到達強度；

(3.3)、將以上的網絡層和應用層信息合并成一維的狀態向量，并進行數據歸一化，作為狀態向量提供給決策網絡推斷模塊；

(4)、使用強化學習技術的決策網絡推斷模塊將狀態向量作為輸入，快速決策出每條聯盟鏈中選擇使用各條邊的概率p，再將這些概率數據按各聯盟鏈編號整理成M×L維度的概率矩陣；

(5)、為各聯盟鏈生成對應的多播樹

(5.1)、多播樹構建模塊根據輸入的概率矩陣，依次獲取每一條聯盟鏈對應的一行概率數據；

(5.2)、將獲取的每一行概率數據中的每個概率值p進行(1-p)處理，處理完成后替換對應位置上的概率值p，最后將替換后的概率值作為該條聯盟鏈中各條邊的權重；

(5.3)、基于每條邊的權重，以主節點為根節點，調用最小生成樹算法，為每一條聯盟鏈生成一棵多播樹；

(6)、為各聯鏈進行路由、帶寬分配

(6.1)、設置截止精度t^*；設置延遲時間t，且滿足：t＝(a+b)/2，初始時刻左邊界a＝0，右邊界b設置為常數；設置帶寬分配矩陣B；

(6.2)、帶寬分配模塊提取各聯盟鏈的網絡層信息、應用層信息及多播樹發送給可行性驗證模塊；

(6.3)、延遲可行性檢查

(6.3.1)、設置帶寬占用向量C、初始帶寬矩陣B'，以及控制信號s，并默認初始時刻B'為全0矩陣，s＝1；

可行性驗證模塊接收到每條聯盟鏈的多播樹和區塊大小，構建每棵多播樹的拓撲G_i，以及對應連接邊帶寬向量E_i，i＝1,2,…,M表示聯盟鏈編號；

可行性驗證模塊根據每條聯盟鏈的多播樹，對每條聯盟鏈的網絡拓撲進行裁剪，去除既不是聯盟鏈的副節點，又沒有在多播樹中承擔中繼任務的節點；

(6.3.2)、對于聯盟鏈編號i做循環，如果i比聯盟鏈數量大，則跳出循環進入(6.3.5)，否則進入步驟(6.3.3)；

(6.3.3)、利用最低帶寬計算模塊計算第i條聯盟鏈在滿足延遲t時所需占用的帶寬向量C_i；

(6.3.4)、可行性驗證模塊將第i條聯盟鏈所需的帶寬占用向量C_i按位與總的帶寬占用向量C相加，并將C_i作為帶寬矩陣B'的第i行數據；然后更新序號i＝i+1，再返回步驟(6.3.2)；

(6.3.5)、當遍歷完所有聯盟鏈后，將帶寬占用向量C與連接邊帶寬向量E逐位對比，若發現某一位j出現C[j]＞E[j]，則表示如要保證延遲時間t各條鏈的帶寬需求，則在邊j上將超出可用帶寬容量，將控制信號s置為s＝0，輸出初始帶寬矩陣B'；否則，保持s＝1，輸出最終的B'，將結果傳遞給帶寬分配模塊，進入步驟(6.4)；

(6.4)、帶寬分配模塊判斷控制信號s是否為s＝0，如果s＝0，則表示在此延遲時間t下沒有可行的帶寬分配方案，延遲時間t設置較小，調整迭代左邊界a＝t；如果保持s＝1，則表示延遲時間t下存在可行的帶寬分配方案，延遲t設置較大或者剛好合適，調整迭代右邊界b＝t，且更新帶寬矩陣B＝B'；

(6.5)、在更新邊界后，利用公式t＝(a+b)/2更新延遲時間，并判斷b-a的絕對值是否小于等于截止精度t^*，如果大于，則返回步驟(6.3)；如果小于截止精度，則跳出延遲時間t的迭代過程，輸出帶寬分配矩陣B和延遲時間t；

(7)、路由控制器將多播樹路由、帶寬分配結果部署到通信網絡中，從而完成通信網絡的時延優化。

2.根據權利要求1所述的一種多聯盟鏈共識算法的網絡時延優化方法，其特征在于，所述步驟(6.3.3)中計算第i條聯盟鏈在滿足延遲t時所需占用的帶寬向量C_i的具體方法為：

1)、設置初始帶寬占用向量C_i；根據多播樹拓撲G_i構建節點深度向量D_i；設置第i條聯盟鏈的區塊大小設為S_i；

最低帶寬計算模塊從可行保證模塊中提取第i條聯盟鏈的多播樹、區塊大小和延遲時間t；按照節點深度向量D_i，將第i棵多播樹上所有節點按深度從大到小進行排序，得到節點序列P_i，當前節點記為P_i[p]，p＝1,2,…表示節點編號；

2)、獲取獲取當前節點的深度記為D_i[p]，并獲取多播樹上從當前節點P_i[p]至根節點的路徑，將路徑上使用的連接邊構成邊集合L_i，當前邊記為L_i[e]，e＝1,2,…表示邊編號；

3)、遍歷邊集合L_i，檢查第e條邊的帶寬占用向量C_i[L_i[e]]是否在初始化后被賦值，如果沒有，則令C_i[L_i[e]]＝D_i[p]·S_i/t，并將L_i[e]兩端的節點標記為已被遍歷，繼續遍歷L_i；否則，直接遍歷L_i；

4)、對于當前節點P_i[p]，遍歷完其對應邊集合L_i后，更新節點編號p＝p+1，檢查新的節點是否被標記遍歷，如果沒有，則返回步驟2)；否則，繼續更新節點編號，直到整棵多播樹中所有節點都被遍歷完成，再進入步驟5)；

5)、輸出第i條聯盟鏈滿足延遲t時所需的帶寬占用向量C_i至可行性驗證模塊。