一種基于非線性容量負(fù)載模型的網(wǎng)絡(luò)資源再分配方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于通信網(wǎng)絡(luò)以及可靠性技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于非線性容量負(fù)載模 型的網(wǎng)絡(luò)資源再分配方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中，人們往往在網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)性能下降后，才新增加一定的 網(wǎng)絡(luò)資源對(duì)某些網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行再次分配，例如對(duì)這些節(jié)點(diǎn)進(jìn)行性能升級(jí)，以使整網(wǎng)性能得 到一定程度上的恢復(fù)，滿足人們對(duì)某些網(wǎng)絡(luò)服務(wù)能力的要求。這類問(wèn)題在實(shí)際工程中十分 常見(jiàn)，與投入一定成本的情況下，使網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)獲得盡可能好的魯棒性相似。
[0003] 對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行優(yōu)化配置能提高網(wǎng)絡(luò)傳輸性能和控制網(wǎng)絡(luò)故障傳播，一直以來(lái)都 受到了極大的關(guān)注。網(wǎng)絡(luò)資源分配策略目前在網(wǎng)絡(luò)可靠性研究方向的應(yīng)用主要包括：網(wǎng)絡(luò) 資源優(yōu)化分配對(duì)網(wǎng)絡(luò)故障傳播現(xiàn)象的控制和預(yù)防，目前已經(jīng)取得了一定的研究進(jìn)展，具體 的研究角度也不盡相同。
[0004] 但是，已有的大多數(shù)研究在網(wǎng)絡(luò)資源分配策略的分析、評(píng)價(jià)方面仍存在一定局限 性與不足，例如，不能全面衡量網(wǎng)絡(luò)資源配置模型的有效性和可行性，并且不能結(jié)合網(wǎng)絡(luò)節(jié) 點(diǎn)的實(shí)際特征，比如節(jié)點(diǎn)容量與負(fù)載關(guān)系的影響，以網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)級(jí)聯(lián)失效的預(yù)防控制為目的 進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)容量?jī)?yōu)化分配的研究。
[0005] 當(dāng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)生級(jí)聯(lián)失效后，對(duì)新增加的網(wǎng)絡(luò)容量資源進(jìn)行再分配，能夠使網(wǎng)絡(luò)性能 得到一定恢復(fù)。當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)資源優(yōu)化分配策略大多是針對(duì)網(wǎng)絡(luò)的初始資源進(jìn)行分配，忽略 了對(duì)于后續(xù)新增網(wǎng)絡(luò)資源的優(yōu)化配置。
[0006] 例如：Ghamry W K, Elsayed K M F 的文獻(xiàn) "Network design methods for mitigation of intentional attacks in scale-free networks",只是進(jìn)行簡(jiǎn)單的資源配 置而沒(méi)有考慮網(wǎng)絡(luò)中的實(shí)時(shí)信息，同時(shí)也沒(méi)有考慮在網(wǎng)絡(luò)流量動(dòng)態(tài)分布下發(fā)生級(jí)聯(lián)失效的 情況；
[0007] 現(xiàn)有技術(shù)：Paolo Crucitti，Vito Latora的文獻(xiàn)"A model for cascading failures in complex networks"中考慮了發(fā)生級(jí)聯(lián)失效的情況，根據(jù)線性比例關(guān)系提出了線性容量 負(fù)載模型，沒(méi)有考慮網(wǎng)絡(luò)容量與負(fù)載非線性特征的資源分配策略。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的目的是：在考慮網(wǎng)絡(luò)容量與負(fù)載非線性特性的前提下，針對(duì)網(wǎng)絡(luò)遭受攻 擊發(fā)生級(jí)聯(lián)失效的情況，提出了一種基于非線性容量負(fù)載模型的網(wǎng)絡(luò)資源再分配方法。 [0009] 包括如下步驟：
[0010] 步驟一：基于網(wǎng)絡(luò)正常工作狀態(tài)下節(jié)點(diǎn)容量與負(fù)載的非線性關(guān)系，提出非線性容 量負(fù)載模型；
[0011] Ci= a XLi(O)+ α XLi(O)1-0
[0012] i = 1，2· · · Ν，α 彡 1，〇 < β < I
[0013] 式中：網(wǎng)絡(luò)中任意節(jié)點(diǎn)i的容量為Ci，節(jié)點(diǎn)i在初始時(shí)刻的負(fù)載為L(zhǎng)i(O)，α為容 忍參數(shù)，β為非線性系數(shù)。
[0014] 步驟二：根據(jù)非線性容量負(fù)載模型以及網(wǎng)絡(luò)發(fā)生級(jí)聯(lián)失效后的節(jié)點(diǎn)容量負(fù)載特 性，提出了針對(duì)新增網(wǎng)絡(luò)容量資源的再分配策略；
[0015] 針對(duì)新增網(wǎng)絡(luò)容量資源的再分配策略，用Cnlinr表示：
[0016]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于非線性容量負(fù)載模型的網(wǎng)絡(luò)資源再分配方法，其特征在于，包括以下幾個(gè) 步驟： 步驟一：基于網(wǎng)絡(luò)正常工作狀態(tài)下節(jié)點(diǎn)容量與負(fù)載的非線性關(guān)系，提出非線性容量負(fù) 載模型； Ci= a XL i(0) + a XL"0)卜0 i = 1, 2. . . N, a ^ 1, 0 < ^ <1 其中，Q為網(wǎng)絡(luò)中任意節(jié)點(diǎn)i的容量，L JO)為節(jié)點(diǎn)i在初始時(shí)刻的負(fù)載，a為容忍參 數(shù)，0為非線性系數(shù)； 步驟二：根據(jù)非線性容量負(fù)載模型以及網(wǎng)絡(luò)發(fā)生級(jí)聯(lián)失效后的節(jié)點(diǎn)容量負(fù)載特性，得 到了針對(duì)新增網(wǎng)絡(luò)容量資源的再分配策略； 針對(duì)新增網(wǎng)絡(luò)容量資源的再分配策略如下：
其中，Citf是經(jīng)過(guò)資源再分配后節(jié)點(diǎn)i的新增容量；0為比例參數(shù)，0 < 0 < 1 ;網(wǎng)絡(luò)發(fā) 生級(jí)聯(lián)失效后性能下降到穩(wěn)態(tài)T時(shí)刻時(shí)，節(jié)點(diǎn)i的負(fù)載為Q (T) ; n，Y為非線性系數(shù)； 步驟三：對(duì)新增網(wǎng)絡(luò)資源再分配策略進(jìn)行仿真與對(duì)比； 通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)，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(jìn)行比較； 仿真的具體步驟如下： 步驟3. 2. 1 :建立網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖，同時(shí)移除網(wǎng)絡(luò)中負(fù)載最大的節(jié)點(diǎn)； 步驟3. 2. 2 :網(wǎng)絡(luò)級(jí)聯(lián)失效發(fā)生后，計(jì)算網(wǎng)絡(luò)達(dá)到新穩(wěn)態(tài)T時(shí)刻時(shí)的網(wǎng)絡(luò)效率E(T);
(4) eg表示節(jié)點(diǎn)i與節(jié)點(diǎn)j之間的最短路徑的傳輸效率； 步驟3. 2. 3 :判斷網(wǎng)絡(luò)效率E(T)是否達(dá)到穩(wěn)定，穩(wěn)定后進(jìn)入步驟3. 2. 4,否則，返回步驟 3. 2. 2重新計(jì)算； 步驟3. 2. 4 :對(duì)新增的網(wǎng)絡(luò)容量資源分別按著四種資源再分配策略進(jìn)行分配； 步驟3. 2. 5 :對(duì)新增咨源再分配后，計(jì)算網(wǎng)絡(luò)再一次達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)的網(wǎng)絡(luò)效率E(f);
(5) 步驟3. 2. 6 :判斷網(wǎng)絡(luò)效率E(f)是否達(dá)到穩(wěn)定，穩(wěn)定后結(jié)束，否則，返回步驟3. 2. 5。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于非線性容量負(fù)載模型的網(wǎng)絡(luò)資源再分配方法，屬于通信網(wǎng)絡(luò)以及可靠性技術(shù)領(lǐng)域。包括如下步驟：步驟一：基于網(wǎng)絡(luò)正常工作狀態(tài)下節(jié)點(diǎn)容量與負(fù)載的非線性關(guān)系，提出非線性容量負(fù)載模型；步驟二：根據(jù)非線性容量負(fù)載模型以及網(wǎng)絡(luò)發(fā)生級(jí)聯(lián)失效后的節(jié)點(diǎn)容量負(fù)載特性，提出了針對(duì)新增網(wǎng)絡(luò)容量資源的再分配策略步驟三：對(duì)新增網(wǎng)絡(luò)資源再分配策略進(jìn)行仿真與對(duì)比。該方法通過(guò)與已有策略的實(shí)驗(yàn)對(duì)比，證明了所提出的資源再分配策略在網(wǎng)絡(luò)遭蓄意攻擊發(fā)生性能下降后能夠更加合理地分配新增網(wǎng)絡(luò)容量資源，使網(wǎng)絡(luò)性能得到明顯地恢復(fù)，從而有效降低級(jí)聯(lián)失效對(duì)網(wǎng)絡(luò)造成的破壞，更好地抵御網(wǎng)絡(luò)級(jí)聯(lián)失效故障。
【IPC分類】H04L12-24, H04L12-911
【公開(kāi)號(hào)】CN104618159
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510044272
【發(fā)明人】周劍, 黃寧, 張朔, 王坤龍
【申請(qǐng)人】北京航空航天大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年5月13日
【申請(qǐng)日】2015年1月28日