本發(fā)明涉及分布式網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，特別是一種在分布式網(wǎng)絡(luò)中支持集中控制的高效算法。
背景技術(shù)：
：在傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中，每個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備(如交換機(jī)、路由器)通過分布式路由協(xié)議(如RIP、OSPF、ISIS)相互之間交換網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息并計(jì)算數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)路徑，然后根據(jù)得出的轉(zhuǎn)發(fā)路徑并配置自己的轉(zhuǎn)發(fā)表，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)請求到來時(shí)按照轉(zhuǎn)發(fā)表進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)；在軟件定義網(wǎng)絡(luò)(SDN)中，由SDN控制器根據(jù)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)計(jì)算數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)路徑，然后控制器一一為每個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備配置轉(zhuǎn)發(fā)表，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)請求到來時(shí)，轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備按照轉(zhuǎn)發(fā)表進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。我們可以結(jié)合傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)和SDN的特點(diǎn)，由中心控制器根據(jù)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)計(jì)算數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)路徑，然后控制器根據(jù)計(jì)算出的轉(zhuǎn)發(fā)路徑，計(jì)算出一個(gè)增廣的網(wǎng)絡(luò)(在原本的網(wǎng)絡(luò)中添加一些虛假結(jié)點(diǎn)和虛假鏈路)，然后控制器根據(jù)計(jì)算出的增廣拓?fù)湓诰W(wǎng)絡(luò)中添加虛假結(jié)點(diǎn)和虛假鏈路，然后轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備通過分布式路由協(xié)議計(jì)算出數(shù)據(jù)在增廣后的網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)路徑，因?yàn)橛刑摷俳Y(jié)點(diǎn)和虛假鏈路的存在，所以轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備通過分布式路由協(xié)議計(jì)算出的轉(zhuǎn)發(fā)路徑會達(dá)到和之前中心控制器計(jì)算出的轉(zhuǎn)發(fā)路徑相同的效果，之后各個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備按照自己計(jì)算出的轉(zhuǎn)發(fā)路徑配置自己的轉(zhuǎn)發(fā)表，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)請求到來時(shí)，轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備按照轉(zhuǎn)發(fā)表進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：有鑒于此，本發(fā)明的目的是提出一種在分布式網(wǎng)絡(luò)中支持集中控制的高效算法，能從質(zhì)上減少虛假結(jié)點(diǎn)與鏈路這兩方面的總開銷。本發(fā)明采用以下方案實(shí)現(xiàn)：一種在分布式網(wǎng)絡(luò)中支持集中控制的高效算法，中心控制器計(jì)算數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)路徑的時(shí)候，不僅考慮鏈路方面的開銷，同時(shí)也將虛假結(jié)點(diǎn)相關(guān)的開銷考慮進(jìn)去，具體包括以下步驟：步驟S1：當(dāng)一個(gè)中心控制的分布式網(wǎng)絡(luò)接收到一個(gè)網(wǎng)絡(luò)請求時(shí)，依次以網(wǎng)絡(luò)中每一個(gè)結(jié)點(diǎn)作為源點(diǎn)，用線性規(guī)劃求最小費(fèi)用流的方法求出每個(gè)源點(diǎn)到匯點(diǎn)的鏈路開銷最小的路徑并記錄下來；其中這一步不考慮鏈路上的帶寬限制；步驟S2：將網(wǎng)絡(luò)中每段鏈路上通過的數(shù)據(jù)流量設(shè)為未知數(shù)，對于每個(gè)出度大于或等于2的結(jié)點(diǎn)，根據(jù)從該點(diǎn)流出的流是否流向從該點(diǎn)該點(diǎn)到匯點(diǎn)的鏈路開銷最小的路徑上的下一跳，用未知數(shù)表示出在該點(diǎn)處添加的虛假結(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)；步驟S3：用線性規(guī)劃求最小費(fèi)用流的方法結(jié)合步驟S2中用未知數(shù)表示出的虛假結(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)，求出一數(shù)據(jù)傳輸路徑，使得鏈路相關(guān)的開銷和虛假結(jié)點(diǎn)相關(guān)開銷的總和達(dá)到最小。進(jìn)一步地，步驟S1中，用一個(gè)無向圖G＝(V,E)來表示網(wǎng)絡(luò)，其中V為網(wǎng)絡(luò)中的結(jié)點(diǎn)的集合，E為網(wǎng)絡(luò)中的鏈路的集合，即邊的集合；用CS表示單位流量從每條邊通過所需的開銷的集合，用BS表示每條邊上剩余帶寬的集合；用W1表示V中的結(jié)點(diǎn)數(shù)，用W2表示E中的邊數(shù)，用W3和W4分別表示CS和BS中元素的個(gè)數(shù)；則V＝{v1,v2,...,vW1}，E＝{e1,e2,...,eW2}；如果l為G中的一條邊，C(l)是單位流量從l通過所需的開銷，B(l)是l上剩余的帶寬，并且C(l)∈CS，B(l)∈BS；對于每一個(gè)e∈E,e＝＜vi,vj＞,vi,vj∈V,1≤i,j≤W1；網(wǎng)絡(luò)請求包括源點(diǎn)、匯點(diǎn)、需求的帶寬，用R＝(S,D,BR)表示，其中，S表示源點(diǎn)，D表示匯點(diǎn)，BR表示需求的寬帶；目標(biāo)為最小化虛假結(jié)點(diǎn)方面和鏈路方面的總開銷用TC表示：TC=Σl∈E(C(l)*f(l))+αF;]]>其中，f(l)表示邊l上的流量，F(xiàn)表示網(wǎng)絡(luò)中需要添加的虛假結(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)總和，α為一個(gè)可變參數(shù)，用來根據(jù)具體情況調(diào)整虛假結(jié)點(diǎn)方面和鏈路方面開銷的所占的權(quán)重。進(jìn)一步地，步驟S1中所述用線性規(guī)劃求最小費(fèi)用流的方法求出每個(gè)源點(diǎn)到匯點(diǎn)的鏈路開銷最小的路徑并記錄下來中，用線性規(guī)劃求最小費(fèi)用流時(shí)約束條件為：(1)對于任一結(jié)點(diǎn)v∈V，且V不為源點(diǎn)或匯點(diǎn)，有：Σvi∈V,vi≠v,<vi,v>∈Ef(<vi,v>)=Σvi∈V,vi≠v,<v,vi>∈Ef(<v,vi>);]]>(2)(3)對所有邊＜vi,s＞，如果vi∈V，且vi≠s，且＜vi,s＞∈E，則f(＜vi,s＞)＝0；(4)(5)對所有邊＜t,vi＞，如果vi∈V，且vi≠t，且＜t,vi＞∈E，則f(＜t,vi＞)＝0；線性規(guī)劃的目標(biāo)為：使最小。進(jìn)一步地，所述步驟S2中用未知數(shù)表示出在該點(diǎn)處添加的虛假結(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)具體包括以下步驟：步驟S21：設(shè)從A向A到匯點(diǎn)的最短路徑上下一跳的流量為x，判斷x是否等于從A點(diǎn)流出的總流量，若是，則在結(jié)點(diǎn)A處添加0個(gè)虛假結(jié)點(diǎn)；否則，進(jìn)入步驟S22；步驟S22：判斷x是否等于0，若是，則進(jìn)入步驟S23；否則進(jìn)入步驟S24；步驟S23：判斷網(wǎng)絡(luò)中是否存在一條邊以A為弧尾，且該邊上的流量等于從A流出的總流量；若是，則在結(jié)點(diǎn)A處添加1個(gè)虛假結(jié)點(diǎn)；否則在結(jié)點(diǎn)A處添加20個(gè)虛假結(jié)點(diǎn)；步驟S24：判斷x是否等于從A點(diǎn)流出的總流量的一半，若否，則在結(jié)點(diǎn)A處添加20個(gè)虛假結(jié)點(diǎn)；若是，則進(jìn)入步驟S25；步驟S25：判斷網(wǎng)絡(luò)中是否存在一條邊以A為弧尾，且這條邊不在A到匯點(diǎn)的最短路徑上，且該邊上的流量等于x，若是，則在結(jié)點(diǎn)A處添加1個(gè)虛假結(jié)點(diǎn)；否則，在結(jié)點(diǎn)A處添加20個(gè)虛假加點(diǎn)。進(jìn)一步地，所述步驟S3的線性規(guī)劃的約束條件為：(1)對于任一結(jié)點(diǎn)v∈V，且V不為源點(diǎn)或者匯點(diǎn)，有：Σvi∈V,vi≠v,<vi,v>∈Ef(<vi,v>)=Σvi∈V,vi≠v,<v,vi>∈Ef(<v,vi>);]]>(2)(3)對所有邊＜vi,s＞，如果vi∈V，且vi≠s，且vi≠s，且＜vi,s＞∈E，則f(＜vi,s＞)＝0；(4)(5)對所有邊＜t,vi＞，如果vi∈V，且vi≠t，且＜t,vi＞∈E，則f(＜t,vi＞)＝0；(6)對每一條邊l∈E，則f(l)≤B(l)；線性規(guī)劃的目標(biāo)為：使得最小。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明有以下有益效果：本發(fā)明中心控制器計(jì)算數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)路徑的時(shí)候，不僅考慮鏈路方面的開銷，同時(shí)也將虛假結(jié)點(diǎn)相關(guān)的開銷考慮進(jìn)去。本發(fā)明從質(zhì)上減少了將中心控制運(yùn)用在分布式網(wǎng)絡(luò)中的總開銷。附圖說明圖1為本發(fā)明的原理流程示意圖。圖2為本發(fā)明實(shí)施例的分布式網(wǎng)絡(luò)中支持集中控制的高效方法示意圖。圖3為本發(fā)明實(shí)施例單個(gè)結(jié)點(diǎn)處所添加的虛假結(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)的算法的流程圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。如圖1所示，本實(shí)施例提供了一種在分布式網(wǎng)絡(luò)中支持集中控制的高效算法，中心控制器計(jì)算數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)路徑的時(shí)候，不僅考慮鏈路方面的開銷，同時(shí)也將虛假結(jié)點(diǎn)相關(guān)的開銷考慮進(jìn)去，具體包括以下步驟：步驟S1：當(dāng)一個(gè)中心控制的分布式網(wǎng)絡(luò)接收到一個(gè)網(wǎng)絡(luò)請求時(shí)，依次以網(wǎng)絡(luò)中每一個(gè)結(jié)點(diǎn)作為源點(diǎn)，用線性規(guī)劃求最小費(fèi)用流的方法求出每個(gè)源點(diǎn)到匯點(diǎn)的鏈路開銷最小的路徑并記錄下來；其中這一步不考慮鏈路上的帶寬限制；步驟S2：將網(wǎng)絡(luò)中每段鏈路上通過的數(shù)據(jù)流量設(shè)為未知數(shù)，對于每個(gè)出度大于或等于2的結(jié)點(diǎn)，根據(jù)從該點(diǎn)流出的流是否流向從該點(diǎn)該點(diǎn)到匯點(diǎn)的鏈路開銷最小的路徑上的下一跳，用未知數(shù)表示出在該點(diǎn)處添加的虛假結(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)；步驟S3：用線性規(guī)劃求最小費(fèi)用流的方法結(jié)合步驟S2中用未知數(shù)表示出的虛假結(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)，求出一數(shù)據(jù)傳輸路徑，使得鏈路相關(guān)的開銷和虛假結(jié)點(diǎn)相關(guān)開銷的總和達(dá)到最小。在本實(shí)施例中，步驟S1中，用一個(gè)無向圖G＝(V,E)來表示網(wǎng)絡(luò)，其中V為網(wǎng)絡(luò)中的結(jié)點(diǎn)的集合，E為網(wǎng)絡(luò)中的鏈路的集合，即邊的集合；用CS表示單位流量從每條邊通過所需的開銷的集合，用BS表示每條邊上剩余帶寬的集合；用W1表示V中的結(jié)點(diǎn)數(shù)，用W2表示E中的邊數(shù)，用W3和W4分別表示CS和BS中元素的個(gè)數(shù)；則V＝{v1,v2,...,vW1}，E＝{e1,e2,...,eW2}；如果l為G中的一條邊，C(l)是單位流量從l通過所需的開銷，B(l)是l上剩余的帶寬，并且C(l)∈CS，B(l)∈BS；對于每一個(gè)e∈E,e＝＜vi,vj＞,vi,vj∈V,1≤i,j≤W1；網(wǎng)絡(luò)請求包括源點(diǎn)、匯點(diǎn)、需求的帶寬，用R＝(S,D,BR)表示，其中，S表示源點(diǎn)，D表示匯點(diǎn)，BR表示需求的寬帶；目標(biāo)為最小化虛假結(jié)點(diǎn)方面和鏈路方面的總開銷用TC表示：TC=Σl∈E(C(l)*f(l))+αF;]]>其中，f(l)表示邊l上的流量，F(xiàn)表示網(wǎng)絡(luò)中需要添加的虛假結(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)總和，α為一個(gè)可變參數(shù)，用來根據(jù)具體情況調(diào)整虛假結(jié)點(diǎn)方面和鏈路方面開銷的所占的權(quán)重。如圖2所示，圖2為一個(gè)擁有4個(gè)點(diǎn)和4條邊的網(wǎng)絡(luò)圖，V＝{v1,v2,v3,v4}，E＝{e1,e2,e3,e4}。圖中每條邊上方框里的數(shù)表示該邊的剩余帶寬；每條邊旁邊的數(shù)表示單位數(shù)據(jù)從這條邊通過所需的開銷，比如C(e1)＝10，B(e1)＝20。在本實(shí)施例中，步驟S1中所述用線性規(guī)劃求最小費(fèi)用流的方法求出每個(gè)源點(diǎn)到匯點(diǎn)的鏈路開銷最小的路徑并記錄下來中，用線性規(guī)劃求最小費(fèi)用流時(shí)約束條件為：(1)對于任一結(jié)點(diǎn)v∈V，且V不為源點(diǎn)或匯點(diǎn)，有：Σvi∈V,vi≠v,<vi,v>∈Ef(<vi,v>)=Σvi∈V,vi≠v,<v,vi>∈Ef(<v,vi>);]]>(2)(3)對所有邊＜vi,s＞，如果vi∈V，且vi≠s，且＜vi,s＞∈E，則f(＜vi,s＞)＝0；(4)(5)對所有邊＜t,vi＞，如果vi∈V，且vi≠t，且＜t,vi＞∈E，則f(＜t,vi＞)＝0；線性規(guī)劃的目標(biāo)為：使最小。例如，圖2中，若BR＝10，求v1到v4的鏈路開銷最小的路徑的約束條件為(將f(ei)設(shè)為未知數(shù)xi，1≤xi≤W2)；x1=x2x3=x4x1+x3=10x2+x4=10]]>目標(biāo)為使x1×20+x2×20+x3×16+x4×16最小。該線性規(guī)劃需進(jìn)行W1-1次以求出每個(gè)點(diǎn)到匯點(diǎn)的鏈路開銷最小的路徑并記錄下來。如圖3所示，在本實(shí)施例中，所述步驟S2中用未知數(shù)表示出在該點(diǎn)處添加的虛假結(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)具體包括以下步驟：步驟S21：設(shè)從A向A到匯點(diǎn)的最短路徑上下一跳的流量為x，判斷x是否等于從A點(diǎn)流出的總流量，若是，則在結(jié)點(diǎn)A處添加0個(gè)虛假結(jié)點(diǎn)；否則，進(jìn)入步驟S22；步驟S22：判斷x是否等于0，若是，則進(jìn)入步驟S23；否則進(jìn)入步驟S24；步驟S23：判斷網(wǎng)絡(luò)中是否存在一條邊以A為弧尾，且該邊上的流量等于從A流出的總流量；若是，則在結(jié)點(diǎn)A處添加1個(gè)虛假結(jié)點(diǎn)；否則在結(jié)點(diǎn)A處添加20個(gè)虛假結(jié)點(diǎn)；步驟S24：判斷x是否等于從A點(diǎn)流出的總流量的一半，若否，則在結(jié)點(diǎn)A處添加20個(gè)虛假結(jié)點(diǎn)；若是，則進(jìn)入步驟S25；步驟S25：判斷網(wǎng)絡(luò)中是否存在一條邊以A為弧尾，且這條邊不在A到匯點(diǎn)的最短路徑上，且該邊上的流量等于x，若是，則在結(jié)點(diǎn)A處添加1個(gè)虛假結(jié)點(diǎn)；否則，在結(jié)點(diǎn)A處添加20個(gè)虛假加點(diǎn)。在本實(shí)施例中，所述步驟S3的線性規(guī)劃的約束條件為：(1)對于任一結(jié)點(diǎn)v∈V，且V不為源點(diǎn)或者匯點(diǎn)，有：Σvi∈V,vi≠v,<vi,v>∈Ef(<vi,v>)=Σvi∈V,vi≠v,<v,vi>∈Ef(<v,vi>);]]>(2)(3)對所有邊＜vi,s＞，如果vi∈V，且vi≠s，且vi≠s，且＜vi,s＞∈E，則f(＜vi,s＞)＝0；(4)(5)對所有邊＜t,vi＞，如果vi∈V，且vi≠t，且＜t,vi＞∈E，則f(＜t,vi＞)＝0；(6)對每一條邊l∈E，則f(l)≤B(l)；線性規(guī)劃的目標(biāo)為：使得最小。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，凡依本發(fā)明申請專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。當(dāng)前第1頁1 2 3