一种基于QoS的移动P2P网络虚拟链路选取方法技术

本发明专利技术公开了一种移动P2P网络虚拟链路选取方法，包括：步骤S100，节点获取移动P2P网络标识；步骤S200，建立网络拓扑结构；步骤S300，计算虚拟链路维护代价；步骤S400，计算网络虚拟链路稳定性；步骤S500，计算虚拟链路有效带宽；步骤S600，确定虚拟链路选取方法的约束条件；步骤S700，确定虚拟链路选取方案的目标函数；步骤S800，对步骤S700给出的选取方案目标函数进行求解；步骤S900，根据步骤S800求出的结果选取虚拟链路。本发明专利技术不仅考虑了移动P2P网络链路的稳定性、维护代价以及有效带宽等影响网络整体工作性能的关键QoS因素，也充分考虑了方法设计的简单性与可实施性，适用于资源受限的各类移动终端设备，提高了网络服务质量，增强了网络可扩展性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于QoS的移动P2P网络虚拟链路选取方法
本专利技术涉及无线通信网络领域，具体涉及一种基于QoS的移动P2P网络虚拟链路选取方法。
技术介绍
随着计算机网络技术、移动通信技术和计算机应用技术的不断发展，出现了一种新的网络技术，即移动P2P网络(Peer-to-PeerNetworks，P2P)。移动P2P网络是叠加在网络层之上的会话层覆盖网络，能够利用多种带宽和服务质量的底层接入技术，以点对点的方式进行信息交互和资源共享。网络中所有节点地位相等，节点之间没有特定的角色区分(如服务器或客户机)，每个节点在行为上是自由的，在功能上是平等的，节点既可以是资源的提供者也可以是资源的获取者。移动P2P网络将这些资源受限的移动设备组织起来相互协同工作，以达到最大化地利用网络边缘的资源的目的。移动P2P网络以无中心、自组织、易部署等特性，在资源共享、协同工作、多媒体传输、分布式存储等领域具有十分广阔的应用前景。然而，随着移动P2P网络承载的业务多样化和个性化以及各类业务需求的日益增长，对网络所提供的服务质量要求也越来越高，需要考虑更多的QoS(QualityofService)因素，如时延、带宽、吞吐量等，以满足未来各类新型应用尤其是多媒体应用的需求。在移动P2P网络中，各个节点之间通过虚拟链路相连接，对于含有n个节点的移动P2P网络来说，理论上存在条虚拟链路，如果采用全连通的拓扑结构，则每个节点需要维护n(n-1)个节点的状态信息，这对于计算能力、存储能力、电池电量受限的移动节点来讲会带来很大负载，不利于网络的扩展和维护。因此，考虑节点资源受限的特点，选取优质的虚拟链路对于整个移动P2P网络服务质量(QoS)影响很大。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术公开了一种基于QoS的移动P2P网络虚拟链路选取方法，充分考虑了虚拟链路的维护代价、稳定性、有效带宽等影响网络服务质量的关键因素，使整个网络在满足约束条件的前提下提高移动P2P网络性能，同时，也充分考虑了移动节点在计算能力、存储能力、电池电量等资源受限的现实情况，使移动P2P网络能够提供具有QoS保证的服务。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种基于QoS的移动P2P网络虚拟链路选取方法，包括以下步骤：步骤S100，节点获取移动P2P网络标识；步骤S200，建立网络拓扑结构；步骤S300，计算虚拟链路维护代价；步骤S400，计算虚拟链路稳定性；步骤S500，计算虚拟链路有效带宽；步骤S600，确定虚拟链路选取方法的约束条件；步骤S700，确定移动P2P网络虚拟链路选取方案的目标函数；步骤S800，对步骤S700给出的移动P2P网络虚拟链路选取方案的目标函数进行求解，求解方法包括但不仅限于蚁群算法、粒子群算法、模拟退火算法、遗传算法等；步骤S900，根据步骤S800求出的虚拟链路选取方案，对移动P2P网络的虚拟链路进行选取。优选地，所述步骤S100，当移动设备加入到移动P2P网络中时，移动设备需要获得一个全网唯一的移动P2P网络标识，该网络标识是一个总长度为m位的二进制位串，记做NID，NID由两部分组成，表示为：NID＝(Domain_ID，Node_ID)，获取NID的方法，进一步包括以下步骤：步骤S110，Domain_ID是通过对移动设备所在的物理位置进行哈希运算后获得的长度为b位的二进制位串；步骤S120，Node_ID是移动设备属性经过哈希函数运算后所获得的长度为f位的二进制位串，其中，移动设备属性可以是节点的MAC地址、公钥、随机数或者它们的组合。优选地，所述步骤S200，建立网络拓扑结构，进一步包括以下步骤：步骤S210，节点周期性向周围邻居节点发送消息，收集与拓扑有关的信息，获取网络拓扑结构；步骤S220，节点利用收集到的拓扑信息，生成一个无向图G(V，E，L)；其中，V＝{v1，v2，…，vn}表示网络中所有节点集合，n为网络节点个数，E表示边的集合，L表示所有节点之间全部虚拟链路的集合，记为：L＝{Lij|Lij表示节点i与节点j之间全部虚拟链路的集合，i，j∈V}其中，|Lij|表示节点i和j之间虚拟链路条数；步骤S300，计算虚拟链路维护代价，计算公式为：其中，c(i，j)表示节点i和j之间虚拟链路的维护代价，n为节点个数；xk(i，j)表示虚拟链路选取标志函数，定义为：其中，节点i，j∈V。步骤S400，计算虚拟链路稳定性，计算公式为：其中，s(i，j)表示虚拟链路稳定性，定义为节点i与节点j之间虚拟链路成功交互的次数与总交互次数的比值。步骤S500，计算虚拟链路有效带宽，计算公式为：其中，b(i，j)表示虚拟链路的有效带宽。步骤S600，确定虚拟链路选取方法的约束条件，所述约束条件为：其中，对于任意两个节点i，j∈V，至少要存在一条路径(i，i1，i2，…il，j)，i1，i2，…il∈V且互不相同，l为i，j之间所经过的多个中继节点个数；xk(i，j)为虚拟链路选取标志函数的决策空间。步骤S700，确定移动P2P网络虚拟链路选取方案的目标函数，目标函数公式为：其中，c(i，j)表示虚拟链路的维护代价，s(i，j)表示虚拟链路稳定性，b(i，j)表示虚拟链路的有效带宽，n网络中节点个数，|Lij|表示节点i和j之间虚拟链路的条数，xk(i，j)为虚拟链路选取标志函数，表示超级节点i和j之间的第k条虚拟链路被选取；式(1)表示虚拟链路维护代价最小，式(2)表示虚拟链路稳定性最大，式(3)表示虚拟链路的有效带宽最大，式(4)、式(5)为约束条件，其中，式(4)表示网络应该是一个连通的网络，式(5)是变量xk(i，j)的决策空间。优选地，所述步骤S800，对步骤S700给出移动P2P网络虚拟链路选取方案的目标函数进行求解，采取改进的蚁群算法对其进行求解，进一步包括以下步骤：步骤S810，确定初始信息素分布规则，计算公式为：其中，τ0是信息素初始分布矩阵，n为网络节点数目，d(i，j)表示节点i，j之间链路的距离，定义为链路维护代价、链路有效带宽、链路稳定性的加权和，计算公式为：d(i，j)＝a·c(i，j)+b·s(i，j)+c·b(i，j)其中，c(i，j)表示虚拟链路的维护代价，s(i，j)表示虚拟链路稳定性，b(i，j)表示虚拟链路的有效带宽，a，b，c分别表示这三项的权重系数，且a，b，c满足以下计算公式：a+b+c＝1步骤S820，下一节点状态转移规则，计算公式为：其中，式(6)中，为t时刻位于节点i的蚂蚁k选择节点j为下一节点的概率，τij(t)为虚拟链路(i，j)上的信息素浓度，Jk(i)为节点i的邻接点集合，是与链路(i，j)相关的启发因子，表示蚂蚁从节点i到节点j的期望程度；α，β分别表示信息素、启发式因子的相对重要程度；从目标函数可以看出节点倾向于选择链路稳定性高、可用带宽较大以及链路维护代价较小的虚拟链路；这里d(i，j)表示节点i，j之间链路的距离，选取虚拟链路维护代价、虚拟链路稳定性、虚拟链路可用带宽的加权和，计算公式为：d(i，j)＝a·c(i，j)+b·s(i，j)+c·b(i，j)其中，c(i，j)表示虚拟链路的维护代价，s(i，j)表示虚拟链路稳定性，b(i，j)表示虚拟链路的有效带宽，a，b，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于QoS的移动P2P网络虚拟链路选取方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S100，节点获取移动P2P网络标识；步骤S200，建立网络拓扑结构；步骤S300，计算虚拟链路维护代价；步骤S400，计算虚拟链路稳定性；步骤S500，计算虚拟链路有效带宽；步骤S600，确定虚拟链路选取方法的约束条件；步骤S700，确定移动P2P网络虚拟链路选取方案的目标函数；步骤S800，对步骤S700给出的移动P2P网络虚拟链路选取方案的目标函数进行求解，求解方法包括但不仅限于蚁群算法、粒子群算法、模拟退火算法、遗传算法等；步骤S900，根据步骤S800求出的虚拟链路选取方案，对移动P2P网络的虚拟链路进行选取。

【技术特征摘要】
1.一种基于QoS的移动P2P网络虚拟链路选取方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S100，节点获取移动P2P网络标识；步骤S200，建立网络拓扑结构；步骤S300，计算虚拟链路维护代价；步骤S400，计算虚拟链路稳定性；步骤S500，计算虚拟链路有效带宽；步骤S600，确定虚拟链路选取方法的约束条件；步骤S700，确定移动P2P网络虚拟链路选取方案的目标函数；步骤S800，对步骤S700给出的移动P2P网络虚拟链路选取方案的目标函数进行求解，求解方法包括但不仅限于蚁群算法、粒子群算法、模拟退火算法、遗传算法等；步骤S900，根据步骤S800求出的虚拟链路选取方案，对移动P2P网络的虚拟链路进行选取。2.根据权利要求1所述的一种基于QoS的移动P2P网络虚拟链路选取方法，其特征在于，所述步骤S100，当移动设备加入到移动P2P网络中时，移动设备需要获得一个全网唯一的移动P2P网络标识，该网络标识是一个总长度为m位的二进制位串，记做NID，NID由两部分组成，表示为：NID＝(Domain_ID，Node_ID)，获取NID的方法，进一步包括以下步骤：步骤S110，Domain_ID是通过对移动设备所在的物理位置进行哈希运算后获得的长度为b位的二进制位串；步骤S120，Node_ID是移动设备属性经过哈希函数运算后所获得的长度为f位的二进制位串，其中，移动设备属性可以是节点的MAC地址、公钥、随机数或者它们的组合；所述步骤S200，建立网络拓扑结构，进一步包括以下步骤：步骤S210，节点周期性向周围邻居节点发送消息，收集与拓扑有关的信息，获取网络拓扑结构；步骤S220，节点利用收集到的拓扑信息，生成一个无向图G(V，E，L)；其中，V＝{v1，v2，…，vn}表示网络中所有节点集合，n为节点个数，E表示边的集合，L表示所有节点之间全部虚拟链路的集合，记为：L＝{Lij|Lij表示节点i与节点j之间全部虚拟链路的集合，i，j∈V}其中，|Lij|表示节点i和j之间虚拟链路条数；所述步骤S300，计算虚拟链路维护代价，计算公式为：其中，c(i，j)表示节点i和j之间虚拟链路的维护代价，n为网络节点个数；xk(i，j)表示虚拟链路选取标志函数，定义为：其中，节点i，j∈V；所述步骤S400，计算虚拟链路稳定性，计算公式为：其中，s(i，j)表示虚拟链路稳定性，定义为节点i与节点j之间虚拟链路成功交互的次数与总交互次数的比值；所述步骤S500，计算虚拟链路有效带宽，计算公式为：其中，b(i，j)表示虚拟链路的有效带宽；所述步骤S600，确定虚拟链路选取方法的约束条件，所述约束条件为：其中，对于任意两个节点i，j∈V，至少要存在一条路径(i，i1，i2，…il，j)，i1，i2，…il∈V且互不相同，l为i，j之间所经过的多个中继节点个数；xk(i，j)为虚拟链路选取标志函数的决策空间；所述步骤S700，确定移动P2P网络虚拟链路选取方案的目标函数，目标函数公式为：

【专利技术属性】
技术研发人员：周欣欣，雷宇凌，李红彪，
申请(专利权)人：东北电力大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22