基于效用最优的网络分层映射及实现算法制造技术

本发明专利技术涉及基于效用最优的网络分层映射及实现算法，本发明专利技术为请求服务的源端用户选择可用路径，并最优地分配路径带宽；所述算法如下：各个源端ｓ得到其可用的多条路径Ｐ（ｓ）、需要满足的效用Ｕｓ，初始化自己的传输速率ｙｓｐ［ｔ］和支付给它所使用的各条路径的代价λｓ［ｔ］；各个源端ｓ调整自己在各条路径的传输速率ｙｓｐ［ｔ］；各个源端ｓ调整自己支付给各条路径的代价λｓ［ｔ］；各个源端用户在路径上获得最优带宽分配；源端根据得到的最优带宽分配完成数据传输；如果有新的服务请求，上述迭代过程重新进行。该算法能够收敛到映射模型的最优点，即请求服务的源端用户所获得的全局最优带宽分配。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及计算机网络
，特别是指一种基于效用最优的网络分层映射及实现算法。本专利技术考虑了多连接多路径技术在网络中的应用，从整个网络的角度考虑了路 径传输带宽的分配，通过合理地分配路径的传输带宽，从而使得请求服务的源端用户的满 意度达到最优。
技术介绍
目前，网络技术的不断发展促使人们对各种各样服务的需求也飞速增长。为了完成一次服务，网络各个层需要维护的信息量越来越多，信息交互的方式越来越复杂，应用层的数据分割、传输层的多连接、网络层的多路径等技术已经出现并广泛应用于网络中。对于应用层，由于互联网承载的网络服务日益多样化，网络服务的内容日趋复杂，一次复杂的网络服务可以分割成多个逻辑上相互独立的部分，从而提高了服务完成的鲁棒性和灵活性；对于传输层，由于一次服务可分割成多个独立的子服务块，传输层需要为一次服务提供多条连接，利用多连接并行地传输数据，从而支持了服务的灵活分割，提高了传输的吞吐量，增强了传输的可靠性；对于网络层，各种网络接入技术的出现为通信两端多路径的建立提供了网络接入支持，形成了并行的端到端多路径通信。因此，互联网分层内部正发生重大变化，其中重要的两个就是端到端并行多连接和多路经技术，如pTCP、 mTCP、 SCTP、 LS-SCTP、W-PR-SCTP等等。 传输层利用并行多连接来传输数据可以极大地提高上层应用的吞吐量，减少应用 完成的时间，提高应用完成的效率。而网络层端到端多路径技术的兴起主要得益于接入技 术的多样化以及接入设备成本的不断降低。随着网络用户的不断增加，各种网络接入方式 和接入技术不断涌现。比如，对于无线用户，可以通过GPRS，EDGE或3G进行广域网接入；通 过Ricochet进行城域网接入；通过IEEE 802. 11、HiperLAN、蓝牙、红外等进行局域网接入； 有线用户可以通过ISDN接入、ADSL接入、CableMODEM接入、光纤接入等多种技术接入互联 网。另一方面，随着各种接入设备价格的逐渐下降，一台主机上有多块网络接入设备越来越 平常，因此同一主机便具有了多家乡的特性，这为通信两端并行多路径的建立提供了接入 支持。目前一个广泛应用的技术是利用端到端并行多路径技术来为同一个应用提供服务支 持，提高传输效率和服务完成的可靠性。 由于多连接多路径技术可以明显地提高传输的吞吐量和带宽的利用率，而且增强 数据传输的安全性和可靠性，成为下一代互联网研究的一个重要内容。但现有技术在实现 并行多连接多路径数据传输时，仅仅是根据各条路径的传输能力和拥塞状况进行数据流 的分配，更侧重于网络的拥塞控制，而并没有从整个网络分层的角度来考虑如何合理最优 地为服务分配路径的传输带宽，从而使得服务的满意度达到最优。如pTCP协议可以分为 两部分Stripedconnection Manager(SM)和TCP-virtual (TCP-v)，前者实现了传输层的 数据分割，后者探测可用路径并实现网络拥塞控制，利用探测到的多条路经来传输数据。 LS-SCTP协议将SCTP的拥塞控制从面向关联扩展到面向路径，根据各条路径的拥塞程度来传输数据。
技术实现思路
本专利技术的目的在于避免上述现有技术中的不足之处而提供基于效用最优的网络 分层映射及实现算法。基于网络效用最大化的思想，提出了从服务到连接的多对多映射和 从连接到路径的多对多映射的模型。映射模型的主要思想是如何合理最优地为请求服务的 源端用户选择可用路径，并分配路径带宽，从而使得应用层所有请求服务的源端用户的满 意度达到最优。针对该模型，得到了各源端最优带宽分配的具体表达形式，而且设计了仅仅 依赖于局部信息的分布式算法，该算法能够有效地收敛到映射模型的最优点，即源端用户 获得的全局最优带宽分配。本专利技术的目的可以通过以下措施来达到 基于效用最优的网络分层映射及实现算法，从服务到连接的多对多映射和从连接 到路径的多对多映射的模型，为请求服务的源端用户选择可用路径，分配路径带宽； 所述的算法如下 步骤l，请求服务的各个源端s通过多路径发现机制得到其可用的多条路径P(s)， 并且得到路径的属性； 步骤2，各个源端s根据各自需要满足的效用Us，初始化自己的传输速率ysp [t]和 支付给它所使用的各个路径的代价As[t]; 步骤3，各个源端s根据如下方程调整自己在各条路径的传输速率ysp[t];f 丫 jv[i]=>vw+a~w i; ， 步骤4，各个源端s根据如下方程调整自己支付给各条路径的代价A s[t];r ，Al>]=-^-， 丽(7;, Z ;;， 步骤5，服务s使用的路径p上的所有路由器配合源端在链路上为该服务预留带宽ysP[t]; 步骤6，各个源端根据上述方程迭代直到达到映射模型的最优点，即应用层各个服 务在路径上获得的最优带宽； 步骤7，源端根据得到的最优带宽分配完成数据传输； 步骤8，如果有新的服务增加进来或者原有的服务完成了，那么上述迭代过程重新 进行直到达到新的最优点。 本专利技术相比现有技术具有如下优点本专利技术从理论上阐述了网络分层映射的目 标，即请求服务的用户的满意度达到最优，指出了映射时受到的约束，即各条路径的传输能 力。在此基础上得到了分层映射的理论模型，并得到了各源端获得的最优带宽分配的具体 形式。更为重要的是，设计了一种仅依赖于局部可用信息的分布式算法，该算法能够收敛到 映射模型的最优点，即请求服务的源端用户所获得的全局最优带宽分配。附图说明 图1是基于效用最优的分层映射模型的反馈系统。 图2是协议栈和映射参数的关系图。 图3是映射算法的流程图。 具体实施例 本专利技术基于网络效用最大化的思想研究了网络分层和映射，给出了从服务到多连 接和从多连接到多路径的映射模型，指出了应用层的服务通过多连接再映射到多路径所要 实现的目标，就是通过合理有效地选择连接与路径并分配路径带宽，实现请求服务的源端 用户的效用之和达到最优。而且，本专利技术设计了一种仅依赖于局部信息的分布式映射算法， 可以有效的实现映射模型的最优点，即请求服务的各个源端在其使用的多条路径上的最优 带宽分配。 服务到连接的映射模型 1.映射关系 某服务利用服务分割技术后，形成多个子服务块，而对每个子服务块均可以通过 建立的多条连接来传输，因此从服务到连接的映射是多对多的。这种多对多映射实现了一 个服务可以由多个连接来完成，提高了服务完成的效率；同时，通过流分类可以使同一种类 型的数据利用同一个连接进行传输，提高了连接的利用率。 假设每个源端用户各请求一次服务，而应用层需要完成的服务的集合为S，其元素 是各个服务s。简单起见，令请求服务的网络源端用户集合也是S，每个源端请求一次服务。 连接的集合为C，其元素是可以为所有服务建立的各个连接c。从一个服务到多个连接的映 射意味着某个服务s G S需要由多个连接c G C完成，S卩服务提供者同时提供多个连接完 成某个服务；从多个服务到多个连接的多对多映射意味着每个服务s都由多个连接c完成， 每个连接c为多个服务s传输数据，因为各个服务经过流分类后，不同类型的数据流通过不 同的连接传输。令S(c)是使用某条连接c的所有服务的集合，C(s)是某个服务s使用的 所有连接的集合。因此sGS本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于效用最优的网络分层映射及实现算法，其特征在于：从服务到连接的多对多映射和从连接到路径的多对多映射的模型，而且通过该模型可以为请求服务的源端用户选择可用路径，并最优地分配路径带宽；　　　　所述的算法如下：　　　　步骤１，请求服务的各个源端ｓ通过多路径发现机制得到其可用的多条路径Ｐ（ｓ），并且得到路径的属性，如传输带宽等；　　　　步骤２，各个源端ｓ根据各自需要满足的效用Ｕ↓［ｓ］，初始化自己的传输速率ｙ↓［ｓｐ］［ｔ］和支付给它所使用的各个路径的代价λ↓［ｓ］［ｔ］；步骤３，各个源端ｓ根据如下方程调整自己在各条路径的传输速率ｙ↓［ｓｐ］［ｔ］；　　　　ｙ↓［ｓｐ］［ｔ＋１］＝ｙ↓［ｓｐ］［ｔ］＋ｋ↓［ｓ］ｙ↓［ｓｐ］［ｔ］（λ↓［ｓ］［ｔ］Ｃ↓［ｐ］－＊ｙ↓［ｒｐ］［ｔ］λ↓［ｒ］［ｔ］）↓［ｙ↓［ｒｐ［ｔ］－ε］］↑［＋］，　　　　步骤４，各个源端ｓ根据如下方程调整自己支付给各条路径的代价λ↓［ｓ］［ｔ］；　　　　λ↓［ｓ］［ｔ］＝ｗ↓［ｓ］／ｍａｘ（η，＊ｙ↓［ｓｐ］［ｔ］），　　　　步骤５，服务ｓ使用的路径ｐ上的所有路由器配合源端在链路上为该服务预留带宽ｙ↓［ｓｐ］［ｔ］；　　　　步骤６，各个源端根据上述方程不断迭代直到达到映射模型的最优点，即应用层各个服务在路径上获得的最优带宽；　　　　步骤７，源端根据得到的最优带宽分配完成数据传输；　　　　步骤８，如果有新的服务请求或原有的服务已完成，那么上述迭代过程重新进行直到达到新的最优点。...

【技术特征摘要】
基于效用最优的网络分层映射及实现算法，其特征在于从服务到连接的多对多映射和从连接到路径的多对多映射的模型，而且通过该模型可以为请求服务的源端用户选择可用路径，并最优地分配路径带宽；所述的算法如下步骤1，请求服务的各个源端s通过多路径发现机制得到其可用的多条路径P(s)，并且得到路径的属性，如传输带宽等；步骤2，各个源端s根据各自需要满足的效用Us，初始化自己的传输速率ysp[t]和支付给它所使用的各个路径的代价λs[t]；步骤3，各个源端s根据如下方程调整自己在各条路径的传输速率ysp[t]； <mrow><msub> <mi>y</mi> <mi>sp</mi></msub><mo>[</mo><mi>t</mi><mo>+</mo><mn>1</mn><mo>]</mo><mo>=</mo><msub> <mi>y</mi> <mi>sp</mi></msub><mo>[</mo><mi>t</mi><mo>]</mo><mo>+</mo><msub> <mi>k</mi> <mi>s</mi></msub><msub> <mi>y</mi> <mi>sp</mi></msub><mo>[</mo><mi>t</mi><mo>]</mo><msubsup> <mrow><mo>(</mo><msub> <mi>&lambda;</mi> <mi>s</mi></msub><mo>[</mo><mi>t</mi><mo>]</mo><msub> <mi>C</mi> <mi>p</mi></msub><mo>-</mo><munder> <mi>&Sigma;</mi> <mrow><mi>r</mi><mo>:</mo><mi>r</mi><mo>&Element;</mo><mi>S</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>p</mi> <mo>)</mo></mrow> </mrow></munder><msub> <mi>y</mi> <mi>rp</mi></msub><mo>[</mo><mi>t</mi><mo>]</mo><msub> <mi>&la...

【专利技术属性】
技术研发人员：张宏科，李世勇，秦雅娟，熊轲，王博，董平，罗洪斌，郜帅，杨冬，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]