專利名稱：基于蟻群算法的實(shí)現(xiàn)多源組播流量均衡的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及基于蟻群算法的實(shí)現(xiàn)多源組播流量均衡的方法，屬于多媒體通信與網(wǎng) 絡(luò)傳輸技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著多媒體業(yè)務(wù)的日益發(fā)展，需要更多的網(wǎng)絡(luò)帶寬，并且大大超過了單播的能力。 而IP組播技術(shù)由此成為新一代網(wǎng)絡(luò)的不可缺少的關(guān)鍵技術(shù)。IP組播路由協(xié)議分源樹和共 享樹兩種，用于在組播源和目的節(jié)點(diǎn)之間復(fù)制和傳遞數(shù)據(jù)流。常見的密集模式獨(dú)立組播協(xié) 議(PIM-DM Protocol Independent Multicast-Dense Mode)、距離矢量組播路由選擇協(xié)議 (DVMRP :Distance Vector Multicast Routing Protocol)、開放式組播最短路徑優(yōu)先協(xié)議 (M0SPF Multicast Open Shortest Path First)則屬于源樹，使用推送的模式；而稀疏模 式獨(dú)立組播協(xié)議(PIM-SM =Protocol Independent Multicast-Sparse Mode)通常屬于共享 樹模式，采用拉的模式，但具備從源樹向共享樹的路由轉(zhuǎn)變機(jī)制。傳統(tǒng)的組播路由協(xié)議都是面向源、基于目的節(jié)點(diǎn)的最短路徑樹的貪婪選路方式， 導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)流量不均衡，常出現(xiàn)最短路徑上擁塞的現(xiàn)象。即有些鏈路因?yàn)闃I(yè)務(wù)負(fù)載過大甚至 超負(fù)荷引起丟包，而另一些鏈路資源沒被合理利用甚至處于空閑狀態(tài)。目前，有關(guān)組播的很 多研究都只考慮網(wǎng)絡(luò)上單個(gè)組播源的優(yōu)化問題，現(xiàn)有的組播路由協(xié)議大都是使用面向源的 貪婪式的算法，即往往只實(shí)現(xiàn)局部優(yōu)化，而實(shí)現(xiàn)不了全局的優(yōu)化。有的研究采用在網(wǎng)絡(luò)上為 單個(gè)組播組建立多個(gè)組播樹，由此造成算法的時(shí)間和空間復(fù)雜度都很大。還有的研究采用 在節(jié)點(diǎn)處改進(jìn)組播調(diào)度策略，優(yōu)先服務(wù)服務(wù)等級(jí)高的組播數(shù)據(jù)，其它組播數(shù)據(jù)只能在排隊(duì) 中等待，這類研究的不公平性很大，而且因排隊(duì)帶來的平均時(shí)延和丟包率明顯增大。因此現(xiàn) 有的IP組播算法都不適合多源組播網(wǎng)絡(luò)(有多個(gè)組播組的數(shù)據(jù)流共存的網(wǎng)絡(luò))的優(yōu)化，不 能充分地提高網(wǎng)絡(luò)資源的利用率，解決網(wǎng)絡(luò)瓶頸處資源的爭用問題。在業(yè)務(wù)流量較小的情況下，組播業(yè)務(wù)采用最短路徑可以滿足網(wǎng)絡(luò)的要求。但當(dāng)業(yè) 務(wù)大時(shí)，性能開始惡化，隨著網(wǎng)絡(luò)流量的增加，多源組播在網(wǎng)絡(luò)瓶頸處爭用網(wǎng)絡(luò)資源的現(xiàn)象 出現(xiàn)，為了提高網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)能力，網(wǎng)絡(luò)流量分布的優(yōu)化也越來越重要。本發(fā)明基于蟻群算法 提出的流量均衡算法(LDA:load distribution algorithm)用于多源組播網(wǎng)絡(luò)中，旨在解 決在多個(gè)組播組共存的網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)流量的均衡問題。即從整體上優(yōu)化組播路由策略，以達(dá) 到高效利用網(wǎng)絡(luò)資源的目的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，即不能滿足多源組播網(wǎng)絡(luò)中的流量均衡 的目的，提供了一種基于蟻群算法的LDA算法，用于和常用的組播路由協(xié)議獨(dú)立組播的特 定源組播協(xié)議(PIM-SSM =Protocol-Independent Multicast Single-Source Multicast) 相結(jié)合，來滿足在多源組播網(wǎng)絡(luò)中，均衡網(wǎng)絡(luò)流量、提高網(wǎng)絡(luò)利用率和組播服務(wù)質(zhì)量(QoS Quality of Service)的目的。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案基于蟻群算法的實(shí)現(xiàn)多源組播流量均衡的方法，該方法包括如下步驟Stepl 當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中有多個(gè)組播組的數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)瓶頸處爭用網(wǎng)絡(luò)資源時(shí)，網(wǎng)絡(luò)中的瓶 頸節(jié)點(diǎn)以自己為源節(jié)點(diǎn)，在網(wǎng)絡(luò)中選取鏈路并經(jīng)此鏈路向目的節(jié)點(diǎn)發(fā)送前向數(shù)據(jù)包；St印2 目的節(jié)點(diǎn)接收到前向數(shù)據(jù)包后，丟棄其接收到的前向數(shù)據(jù)包，并產(chǎn)生后向 數(shù)據(jù)包按原鏈路以相反的方向返回源節(jié)點(diǎn)，并沿路更新其所經(jīng)節(jié)點(diǎn)的路由狀態(tài)信息和鏈路 的選擇概率；St印3 后向數(shù)據(jù)包到達(dá)相應(yīng)的源節(jié)點(diǎn)后則被丟棄；Step4:網(wǎng)絡(luò)瓶頸處的節(jié)點(diǎn)根據(jù)組播數(shù)據(jù)的優(yōu)先級(jí)，對(duì)數(shù)據(jù)實(shí)行組播調(diào)度，從而完 成組播數(shù)據(jù)的復(fù)制和轉(zhuǎn)發(fā)。所述stepl或st印2中所述前向數(shù)據(jù)包為帶有源地址和目的地址，標(biāo)識(shí)為0x01，大 小為7Byte的數(shù)據(jù)包。所述st印2或st印3中所述后向數(shù)據(jù)包為帶有源地址和目的地址，標(biāo)識(shí)為0x02，大 小為7Byte的數(shù)據(jù)包。所述stepl中，選取鏈路的過程為(1)初始化時(shí)，前向數(shù)據(jù)包選擇鏈路的概率是相同的；(2)網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)周期性的發(fā)送前向數(shù)據(jù)包，若節(jié)點(diǎn)k有η個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)，則節(jié)點(diǎn)k 選取任何一個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)作為下一跳節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)前向數(shù)據(jù)包的概率為1/n ；(3)當(dāng)節(jié)點(diǎn)k發(fā)生瓶頸后，帶有目的地址為d的前向數(shù)據(jù)包從k的鄰居節(jié)點(diǎn)中選取
下一跳節(jié)點(diǎn)為η的概率為P' nd ρ Λ-fy]
權(quán)利要求
基于蟻群算法的實(shí)現(xiàn)多源組播流量均衡的方法，其特征是，該方法包括如下步驟Step1當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中有多個(gè)組播組的數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)瓶頸處爭用網(wǎng)絡(luò)資源時(shí)，網(wǎng)絡(luò)中的瓶頸節(jié)點(diǎn)以自己為源節(jié)點(diǎn)，在網(wǎng)絡(luò)中選取鏈路并經(jīng)此鏈路向目的節(jié)點(diǎn)發(fā)送前向數(shù)據(jù)包；Step2目的節(jié)點(diǎn)接收到前向數(shù)據(jù)包后，丟棄其接收到的前向數(shù)據(jù)包，并產(chǎn)生后向數(shù)據(jù)包按原鏈路以相反的方向返回源節(jié)點(diǎn)，并沿路更新其所經(jīng)節(jié)點(diǎn)的路由狀態(tài)信息和鏈路的選擇概率；Step3后向數(shù)據(jù)包到達(dá)相應(yīng)的源節(jié)點(diǎn)后則被丟棄；Step4網(wǎng)絡(luò)瓶頸處的節(jié)點(diǎn)根據(jù)組播數(shù)據(jù)的優(yōu)先級(jí)，對(duì)數(shù)據(jù)實(shí)行組播調(diào)度，從而完成組播數(shù)據(jù)的復(fù)制和轉(zhuǎn)發(fā)。
2.如權(quán)利要求1所述的基于蟻群算法的實(shí)現(xiàn)多源組播流量均衡的方法，其特征是，所 述stepl或st印2中所述前向數(shù)據(jù)包為帶有源地址和目的地址，標(biāo)識(shí)為0x01，大小為7Byte 的數(shù)據(jù)包。
3.如權(quán)利要求1所述的基于蟻群算法的實(shí)現(xiàn)多源組播流量均衡的方法，其特征是，所 述st印2或st印3中所述后向數(shù)據(jù)包為帶有源地址和目的地址，標(biāo)識(shí)為0x02，大小為7Byte 的數(shù)據(jù)包。
4.如權(quán)利要求1所述的基于蟻群算法的實(shí)現(xiàn)多源組播流量均衡的方法，其特征是，所 述stepl中，選取鏈路的過程為(1)初始化時(shí)，前向數(shù)據(jù)包選擇鏈路的概率是相同的；(2)網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)周期性的發(fā)送前向數(shù)據(jù)包，若節(jié)點(diǎn)k有η個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)，則節(jié)點(diǎn)k選取 任何一個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)作為下一跳節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)前向數(shù)據(jù)包的概率為1/n ；(3)當(dāng)節(jié)點(diǎn)k發(fā)生瓶頸后，帶有目的地址為d的前向數(shù)據(jù)包從k的鄰居節(jié)點(diǎn)中選取下一 跳節(jié)點(diǎn)為η的概率為P' nd
5.如權(quán)利要求1所述的基于蟻群算法的實(shí)現(xiàn)多源組播流量均衡的方法，其特征是，所 述st印2中，更新所經(jīng)節(jié)點(diǎn)的路由狀態(tài)信息和鏈路的選擇概率的步驟如下(1)目的節(jié)點(diǎn)接收到前向數(shù)據(jù)包后，丟棄其接收到的前向數(shù)據(jù)包，并產(chǎn)生7Byte大小， 標(biāo)識(shí)為0x02后向數(shù)據(jù)包；(2)后向數(shù)據(jù)包以相反的方向按原路返回時(shí)，在網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)k處，根據(jù)k節(jié)點(diǎn)的Pfd, 和Pnd,更新其所經(jīng)節(jié)點(diǎn)的路由狀態(tài)信息和鏈路選擇概率，即采用下面的路由更新函數(shù)Pfd- — (l_r)Pfd, +r,r e (0,1] Pnd- — (l_r)Pnd, , η e Nk, η ^ f其中，Pfd,是一種信息正反饋的形式，它代表了在當(dāng)前節(jié)點(diǎn)處，目的地址d發(fā)送的后向 數(shù)據(jù)包經(jīng)由節(jié)點(diǎn)f到達(dá)當(dāng)前節(jié)點(diǎn)時(shí)，當(dāng)前節(jié)點(diǎn)根據(jù)Pfd,修改與鄰居節(jié)點(diǎn)f之間的路由狀態(tài) 信息和鏈路選擇概率，相應(yīng)的當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的其它非f的鄰居節(jié)點(diǎn)的路由狀態(tài)信息根據(jù)Pndi進(jìn) 行信息負(fù)反饋的更新。
6.如權(quán)利要求1所述的基于蟻群算法的實(shí)現(xiàn)多源組播流量均衡的方法，其特征是，所 述step4中根據(jù)組播數(shù)據(jù)的優(yōu)先級(jí)，優(yōu)先服務(wù)服務(wù)等級(jí)高的數(shù)據(jù)，對(duì)于優(yōu)先級(jí)低的組播數(shù) 據(jù)則根據(jù)本地路由表，選擇鏈路選擇概率大的鏈路進(jìn)行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)，從而完成組播數(shù)據(jù)的 復(fù)制和轉(zhuǎn)發(fā)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于蟻群算法的實(shí)現(xiàn)多源組播流量均衡的方法，以網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥鳛檩斎?，輸出帶有候選路由的路由表供組播調(diào)度模塊使用。候選路由選取的目的是把爭用的分組偏轉(zhuǎn)到若干迂回路徑上去，實(shí)現(xiàn)組播數(shù)據(jù)流的復(fù)制和轉(zhuǎn)發(fā)。支持組播路由協(xié)議PIM-SSM的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)基于選擇候選路由模塊提供的候選路由運(yùn)行組播調(diào)度技術(shù)，優(yōu)先級(jí)高的組播源數(shù)據(jù)按原組播樹發(fā)送組播數(shù)據(jù)，而其他爭用瓶頸資源的優(yōu)先級(jí)低的組播組數(shù)據(jù)，將會(huì)在相應(yīng)的候選路由上完成組播數(shù)據(jù)的發(fā)送。本發(fā)明從整體上考慮均衡網(wǎng)絡(luò)負(fù)載的同時(shí)，一方面減小了數(shù)據(jù)包傳遞的時(shí)延，另一方面減小了丟包率；由此達(dá)到提高網(wǎng)絡(luò)資源利用率和網(wǎng)絡(luò)均衡，降低了因排隊(duì)帶來的過大的時(shí)延和丟包率的目的。
文檔編號(hào)H04L12/18GK101986628SQ201010588789
公開日2011年3月16日 申請(qǐng)日期2010年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月15日
發(fā)明者曹葉文, 王另秀 申請(qǐng)人:山東大學(xué)