一种测量节点放置和探测路径规划的启发式方法技术

本发明专利技术公开了一种测量节点放置和探测路径规划的启发式方法，用于解决网络链路时延测量时的测量节点放置和探测路径规划问题，所述方法包括：将原网络拓扑中的网络链路和网络节点分别映射到二部图中的链路节点和网络节点，从而得到原网络拓扑的辅助二部图，进而得到拓展的辅助二部图，以将测量节点放置和探测路径规划问题转化为最大流最小费用问题；在拓展的辅助二部图上，通过改进的标号算法得到最大流初始解，然后不断地尝试删除部分网络节点，并将流经该网络节点的流迁移到其它网络节点，以最小化测量节点数，使得该NP‑hard问题能够在较短的时间内进行求解。

A Heuristic Method for Measuring Node Placement and Detecting Path Planning

【技术实现步骤摘要】
一种测量节点放置和探测路径规划的启发式方法
本专利技术涉及计算机
，具体地，涉及一种测量节点放置和探测路径规划的启发式方法。
技术介绍
近年来，云计算技术蓬勃发展，并迅速得到学术界和工业界的广泛关注，成为现代信息化社会建设的热点和未来发展趋势。同时，互联网在线业务的用户数量急剧增长，导致一直处于核心基础设施重要位置的数据中心在数量和规模上呈现出爆炸性发展趋势，其网络流量特征也出现了极大的变化。传统互联网业务的流量主要发生在数据中心网络外部的客户端与数据中心网络内部的服务器之间，而内部服务器间的通信很少。如今，大量的云计算应用需要数据中心网络的内部服务器间进行大量的通信，并且其网络流量占总流量的绝大部分。该变化使得数据中心网络的流量呈现出爆炸性增长趋势。为了更好地对数据中心网络进行管理和维护，网络管理者需要准确地掌握网络的状态信息。其中，网络链路时延是表征网络链路状态的重要参数之一。网络链路时延测量可以帮助网络管理者掌握网络链路状态信息，进而预测网络性能和进行故障检测，以更好的对网络进行管理和维护。目前，网络链路时延测量的方法主要有两种。其中一种方法通过测量端到端的时延，然后利用网络层析成像对网络的内部链路时延进行推测。该方法不需要网络节点的配合即可完成链路时延的推测，实施起来比较简单，但其准确性无法得到保证。另一种方法通过在网络节点上放置测量节点向网络中注入探测包，然后基于网络节点间的相互配合，使探测包流经需要探测的链路，以实际地体验链路状态，最后由测量节点回收探测包，并根据探测包的实际信息计算网络链路的时延。该方法的测量结果准确性较高，但在传统IP网络中的实施比较困难。正如上文所述，使用探测包测量网络链路时延的第一步是在网络中放置测量节点和建立探测路径。其中，测量节点负责向网络中注入、接收和分析探测包，而探测路径用于引导探测包沿着预先规划的探测路线转发。先前的解决方案没有考虑测量节点的能力，以及探测路径的长度。测量时，超过测量节点的测量能力会导致测量失效，而探测路径过长会引起较大的测量误差和较高的探测成本。因此，测量时应保证测量节点的测量能力，并限制探测路径的长度。
技术实现思路
本专利技术提供了一种测量节点放置和探测路径规划的启发式方法，解决了现有方法的不足，以保证测量节点的测量能力，并对探测路径进行优化。为实现上述专利技术目的，本申请提供了一种测量节点放置和探测路径规划的启发式方法，所述方法包括：将原网络中的链路和网络节点分别映射到辅助二部图中的链路节点和网络节点；然后根据原网络中链路到网络节点的距离限制，对辅助二部图中的链路节点和网络节点进行连接，并在边上存储距离属性，以得到完整的辅助二部图；在辅助二部图上添加源节点和目的节点，得到拓展的辅助二部图；其中，源节点与链路节点逐一进行连接，边容量为1；网络节点与目的节点逐一进行连接，边容量为k；此外，拓展的辅助二部图是有向图，流只能沿着源节点、链路节点、网络节点、目的节点的方向流动；使用改进的标号算法，计算拓展的辅助二部图的最大流初始解，设有向连通图G＝(V,E)，其中V是有向连通图的顶点集合，E是有向连通图的边集合，原有的标号算法如下：1.标号过程(1)给源节点以标号(Δ,+∞)；(2)选择一个已标号的顶点vi，对于vi的所有未给标号的邻接点vj按下述方法处理：(a)若边(vj，vi)∈E，且顶点vj到vi的流大小fji＞0，，则令δj＝min(fji，δi)，并给顶点vj以标号(-vi，δj)；(b)若边(vi，vj)∈E，且fij＜cij，其中cij表示从顶点vi到顶点vj的边的容量，则令δj＝min(cij-fij，δi)，并给顶点vj以标号(+vi，δj)；(3)重复(2)直到目的节点vt被标号，或不再有顶点可标号时为止；2.调整过程(1)令(2)去掉所有标号，回到1标号过程，对连通图重新进行标号。改进后的标号算法如下：1.标号过程：(1)选择源节点vsrc，对源节点连接的所有未给标号的链路节点vi：(a1)若fsrc，i＜csrc，i，则给vi标号T(vsrc，0)，(b1)否则，不给vi标号；fsrc，i为源节点vsrc到链路节点vi的实际流量，csrc，i为源节点vsrc与链路节点vi间的边的容量；(2)选择每个已有标号的链路节点vi，对vi连接的每个备选网络节点vj：(a2)若fi，j＜ci，j且fj，dst＜cj，dst，其中，fi，j为链路节点vi到网络节点vj的实际流量，ci，j为链路节点vi与网络节点vj间的边的容量，fj，dst为网络节点vj到目的节点vdst的实际流量，cj，dst为网络节点vj与目的节点vdst间的边的容量：●若vj没有标号，则dj＝di，j，给vj标号T(vi，dj)，其中dj表示到网络节点vj的最小距离，di，j表示从链路节点vi到网络节点vj的距离；●若vj有标号，且di，j＜dj，则dj＝di，j，重新给vj标号T(vi，dj)；(b2)否则，不给vj标号；(3)选择每个已有标号的网络节点vi：(a3)若目的节点vdst没有标号，则ddst＝di，ddst为到目的节点vdst的最小距离，di为到网络节点vi的最小距离，给vdst标号T(vi，ddst)；(b3)若目的节点vdst有标号，且di＜ddst，则ddst＝di，重新给目的节点标号T(vi，ddst)；2.若目的节点vdst得到标号，继续执行3调整过程，否则结束；3.调整过程：(1)令vj＝vdst，vdst为目的节点；(2)取出vj的标号T(vi，dj)，vi为标号中的节点，可能是网络节点、链路节点或源节点，dj为到节点vj的最小距离，调整fi，j＝fi，j+1；(3)若vi＝vsrc，则删除所有节点的标号，重新回到1标号过程，否则重置vj＝vi，继续调整过程的(2)步骤。将最大流初始解中有流经过的网络节点，根据流过的流的数量，按从小到大的顺序进行排序；然后按序依次尝试删除其中的网络节点，并尝试将流经该网络节点的流迁移到其它网络节点；若流经该网络节点的流可以全部被迁移到其它网络节点，则继续重复该过程，否则直到尝试完所有有流经过的网络节点为止，以达到最小化测量节点数的目的；根据计算后的辅助二部图，得到数量最小化的测量节点具体放置位置，以及每个测量节点负责探测的链路；其中，计算后的辅助二部图中，有流经过的网络节点对应测量节点在原网络拓扑中的具体放置位置，经过链路节点的流最终经过的网络节点对应原网络拓扑中相应链路被相应的测量节点进行探测。本申请提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：1、相比使用线性规划求解最优解来说，在测量节点能探测的链路数量受限情况下，该启发式方法能在较短的时间内对测量节点放置和探测路径规划问题进行求解，得到次优解，甚至是最优解；2、在拓展的辅助二部图中，通过设置网络节点与目的节点间边的容量为测量节点能测量的最大链路数量，以保证测量节点负责探测的链路数量不超过测量节点所能探测的最大链路数量；3、进行最大流求解时，使用链路节点与网络节点间的距离属性进行约束，因此能保证测量节点负责探测的链路与测量节点相邻，且距离在一定跳数以内。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术实施例的进一步理解，构成本申请的一部分本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种测量节点放置和探测路径规划的启发式方法，其特征在于，所述方法包括：1.1：将原网络拓扑转化辅助二部图，在辅助二部图上添加源节点和目的节点，得到拓展的辅助二部图；1.2：使用改进的标号算法，计算拓展的辅助二部图的最大流初始解，然后进行推流计算，通过删除初始解中的部分网络节点，以最小化有流经过的网络节点数。1.3：从计算后的辅助二部图中整理得到测量节点的具体放置位置，以及每个测量节点的探测路径。

【技术特征摘要】
1.一种测量节点放置和探测路径规划的启发式方法，其特征在于，所述方法包括：1.1：将原网络拓扑转化辅助二部图，在辅助二部图上添加源节点和目的节点，得到拓展的辅助二部图；1.2：使用改进的标号算法，计算拓展的辅助二部图的最大流初始解，然后进行推流计算，通过删除初始解中的部分网络节点，以最小化有流经过的网络节点数。1.3：从计算后的辅助二部图中整理得到测量节点的具体放置位置，以及每个测量节点的探测路径。2.根据权利要求1所述的测量节点放置和探测路径规划的启发式方法，其特征在于，将原网络拓扑转化辅助二部图，在辅助二部图上添加源节点和目的节点，得到拓展的辅助二部图，包括：2.1：将原网络中的网络链路和网络节点分别映射到辅助二部图中的链路节点和网络节点；2.2：根据原网络中链路到网络节点的距离限制，对辅助二部图中的链路节点和网络节点进行连接，并在边上存储距离属性；2.3：对源节点与链路节点逐一进行连接，其边容量为1，网络节点与目的节点逐一进行连接，其边容量为k；2.4：拓展的辅助二部图是有向图，流只能沿着源节点、链路节点、网络节点、目的节点的方向流动。3.根据权利要求1所述的测量节点放置和探测路径规划的启发式方法，其特征在于，计算拓展的辅助二部图的最大流初始解，然后进行推流计算，通过删除初始解中的部分网络节点，以最小化有流经过的网络节点数，包括：3.1：改进的标号算法根据链路节点与网络节点间边的距离属性，对网络节点进行标号，对其它类型节点的标号规则不变；3.2：将最大流初始解中有流经过的网络节点，根据流过的流的数量，按从小到大的顺序进行排序；3.3：按序依次尝试删除其中的网络节点，并尝试将流经该网络节点的流迁移到其它网络节点；3.4：若流经该网络节点的流可以全部被迁移到其它网络节点，则返回3.2重复该过程，否则直到尝试完所有有流经过的网络节点为止，以达到最小化测量节点数的目的。4.根据权利要求1所述的测量节点放置和探测路径规划的启发式方法，其特征在于，从计算后的辅助二部图中整理得到测量节点的具体放置位置，以及每个测量节点的探测路径，包括：4.1：计算后的辅助二部图中，有流经过的网络节点对应测量节点在原网络...

【专利技术属性】
技术研发人员：王雄，王兴，任婧，徐世中，王晟，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51