一種基于非線性容量負載模型的網(wǎng)絡資源再分配方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于通信網(wǎng)絡以及可靠性技術領域，具體涉及一種基于非線性容量負載模 型的網(wǎng)絡資源再分配方法。
【背景技術】
[0002] 在現(xiàn)實環(huán)境中，人們往往在網(wǎng)絡發(fā)生故障，導致網(wǎng)絡性能下降后，才新增加一定的 網(wǎng)絡資源對某些網(wǎng)絡節(jié)點進行再次分配，例如對這些節(jié)點進行性能升級，以使整網(wǎng)性能得 到一定程度上的恢復，滿足人們對某些網(wǎng)絡服務能力的要求。這類問題在實際工程中十分 常見，與投入一定成本的情況下，使網(wǎng)絡系統(tǒng)獲得盡可能好的魯棒性相似。
[0003] 對網(wǎng)絡資源進行優(yōu)化配置能提高網(wǎng)絡傳輸性能和控制網(wǎng)絡故障傳播，一直以來都 受到了極大的關注。網(wǎng)絡資源分配策略目前在網(wǎng)絡可靠性研究方向的應用主要包括：網(wǎng)絡 資源優(yōu)化分配對網(wǎng)絡故障傳播現(xiàn)象的控制和預防，目前已經(jīng)取得了一定的研究進展，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)絡資源分配策略的分析、評價方面仍存在一定局限 性與不足，例如，不能全面衡量網(wǎng)絡資源配置模型的有效性和可行性，并且不能結合網(wǎng)絡節(jié) 點的實際特征，比如節(jié)點容量與負載關系的影響，以網(wǎng)絡系統(tǒng)級聯(lián)失效的預防控制為目的 進行網(wǎng)絡容量優(yōu)化分配的研究。
[0005] 當網(wǎng)絡發(fā)生級聯(lián)失效后，對新增加的網(wǎng)絡容量資源進行再分配，能夠使網(wǎng)絡性能 得到一定恢復。當前的網(wǎng)絡資源優(yōu)化分配策略大多是針對網(wǎng)絡的初始資源進行分配，忽略 了對于后續(xù)新增網(wǎng)絡資源的優(yōu)化配置。
[0006] 例如：Ghamry W K, Elsayed K M F 的文獻 "Network design methods for mitigation of intentional attacks in scale-free networks",只是進行簡單的資源配 置而沒有考慮網(wǎng)絡中的實時信息，同時也沒有考慮在網(wǎng)絡流量動態(tài)分布下發(fā)生級聯(lián)失效的 情況；
[0007] 現(xiàn)有技術：Paolo Crucitti，Vito Latora的文獻"A model for cascading failures in complex networks"中考慮了發(fā)生級聯(lián)失效的情況，根據(jù)線性比例關系提出了線性容量 負載模型，沒有考慮網(wǎng)絡容量與負載非線性特征的資源分配策略。

【發(fā)明內容】

[0008] 本發(fā)明的目的是：在考慮網(wǎng)絡容量與負載非線性特性的前提下，針對網(wǎng)絡遭受攻 擊發(fā)生級聯(lián)失效的情況，提出了一種基于非線性容量負載模型的網(wǎng)絡資源再分配方法。 [0009] 包括如下步驟：
[0010] 步驟一：基于網(wǎng)絡正常工作狀態(tài)下節(jié)點容量與負載的非線性關系，提出非線性容 量負載模型；
[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)絡中任意節(jié)點i的容量為Ci，節(jié)點i在初始時刻的負載為Li(O)，α為容 忍參數(shù)，β為非線性系數(shù)。
[0014] 步驟二：根據(jù)非線性容量負載模型以及網(wǎng)絡發(fā)生級聯(lián)失效后的節(jié)點容量負載特 性，提出了針對新增網(wǎng)絡容量資源的再分配策略；
[0015] 針對新增網(wǎng)絡容量資源的再分配策略，用Cnlinr表示：
[0016]
【主權項】
1. 一種基于非線性容量負載模型的網(wǎng)絡資源再分配方法，其特征在于，包括以下幾個 步驟： 步驟一：基于網(wǎng)絡正常工作狀態(tài)下節(jié)點容量與負載的非線性關系，提出非線性容量負 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)絡中任意節(jié)點i的容量，L JO)為節(jié)點i在初始時刻的負載，a為容忍參 數(shù)，0為非線性系數(shù)； 步驟二：根據(jù)非線性容量負載模型以及網(wǎng)絡發(fā)生級聯(lián)失效后的節(jié)點容量負載特性，得 到了針對新增網(wǎng)絡容量資源的再分配策略； 針對新增網(wǎng)絡容量資源的再分配策略如下：
其中，Citf是經(jīng)過資源再分配后節(jié)點i的新增容量；0為比例參數(shù)，0 < 0 < 1 ;網(wǎng)絡發(fā) 生級聯(lián)失效后性能下降到穩(wěn)態(tài)T時刻時，節(jié)點i的負載為Q (T) ; n，Y為非線性系數(shù)； 步驟三：對新增網(wǎng)絡資源再分配策略進行仿真與對比； 通過仿真實驗，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行比較； 仿真的具體步驟如下： 步驟3. 2. 1 :建立網(wǎng)絡拓撲結構圖，同時移除網(wǎng)絡中負載最大的節(jié)點； 步驟3. 2. 2 :網(wǎng)絡級聯(lián)失效發(fā)生后，計算網(wǎng)絡達到新穩(wěn)態(tài)T時刻時的網(wǎng)絡效率E(T);
(4) eg表示節(jié)點i與節(jié)點j之間的最短路徑的傳輸效率； 步驟3. 2. 3 :判斷網(wǎng)絡效率E(T)是否達到穩(wěn)定，穩(wěn)定后進入步驟3. 2. 4,否則，返回步驟 3. 2. 2重新計算； 步驟3. 2. 4 :對新增的網(wǎng)絡容量資源分別按著四種資源再分配策略進行分配； 步驟3. 2. 5 :對新增咨源再分配后，計算網(wǎng)絡再一次達到穩(wěn)態(tài)時的網(wǎng)絡效率E(f);
(5) 步驟3. 2. 6 :判斷網(wǎng)絡效率E(f)是否達到穩(wěn)定，穩(wěn)定后結束，否則，返回步驟3. 2. 5。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于非線性容量負載模型的網(wǎng)絡資源再分配方法，屬于通信網(wǎng)絡以及可靠性技術領域。包括如下步驟：步驟一：基于網(wǎng)絡正常工作狀態(tài)下節(jié)點容量與負載的非線性關系，提出非線性容量負載模型；步驟二：根據(jù)非線性容量負載模型以及網(wǎng)絡發(fā)生級聯(lián)失效后的節(jié)點容量負載特性，提出了針對新增網(wǎng)絡容量資源的再分配策略步驟三：對新增網(wǎng)絡資源再分配策略進行仿真與對比。該方法通過與已有策略的實驗對比，證明了所提出的資源再分配策略在網(wǎng)絡遭蓄意攻擊發(fā)生性能下降后能夠更加合理地分配新增網(wǎng)絡容量資源，使網(wǎng)絡性能得到明顯地恢復，從而有效降低級聯(lián)失效對網(wǎng)絡造成的破壞，更好地抵御網(wǎng)絡級聯(lián)失效故障。
【IPC分類】H04L12-24, H04L12-911
【公開號】CN104618159
【申請?zhí)枴緾N201510044272
【發(fā)明人】周劍, 黃寧, 張朔, 王坤龍
【申請人】北京航空航天大學
【公開日】2015年5月13日
【申請日】2015年1月28日