基于遺傳算法的網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵節(jié)點的自相似流量生成簡化方法
【專利摘要】本發(fā)明是一種基于遺傳算法的網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵節(jié)點的自相似流量生成簡化方法，將網(wǎng)絡(luò)流量分布用流量均值、方差和自相似參數(shù)決定，同時假定網(wǎng)絡(luò)流量由邊緣節(jié)點產(chǎn)生，且同一邊緣節(jié)點在流量生成過程中請求同一網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)。本方法構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖，確定關(guān)鍵節(jié)點和邊緣節(jié)點；構(gòu)建邊緣節(jié)點開/關(guān)模型和模型初始值；通過遺傳算法，確定邊緣節(jié)點開/關(guān)模型參數(shù)的最優(yōu)解；依據(jù)最優(yōu)個體配置在邊緣節(jié)點配置最優(yōu)參數(shù)，進(jìn)行仿真，獲取仿真流量。本發(fā)明結(jié)合當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)仿真試驗實際，考慮網(wǎng)絡(luò)流量按照其真實使用情況加載十分繁瑣和耗時，為關(guān)鍵節(jié)點的流量生成提供了一種簡化的輸入方式，利用遺傳算法快速找到仿真模型參數(shù)的優(yōu)化解，節(jié)約了仿真時間，提升了仿真效率。
【專利說明】基于遺傳算法的網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵節(jié)點的自相似流量生成簡化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電子信息【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及到基于遺傳算法的網(wǎng)絡(luò)流量生成方法，具體提供一種基于遺傳算法的網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵節(jié)點自相似流量生成簡化方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來的研究表明，關(guān)鍵節(jié)點發(fā)生擁塞故障對整個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可靠性水平有重大的影響。一般而言，關(guān)鍵節(jié)點為網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲信c其連接的節(jié)點數(shù)最多的節(jié)點。網(wǎng)絡(luò)擁塞故障是由于大量的流量施加到網(wǎng)絡(luò)構(gòu)件上，致使構(gòu)件所承受的應(yīng)力持續(xù)超過其固有的網(wǎng)絡(luò)資源容量的持續(xù)過載的現(xiàn)象。在可靠性分析中，關(guān)鍵節(jié)點的應(yīng)力分析是網(wǎng)絡(luò)性能及可靠性研究的重要內(nèi)容，其中關(guān)鍵節(jié)點所承載流量的統(tǒng)計特征是主要研究內(nèi)容之一。
[0003]仿真和試驗已成為網(wǎng)絡(luò)性能及可靠性研究的重要手段。在網(wǎng)絡(luò)仿真或試驗中，首先需要解決流量輸入過于復(fù)雜的問題。當(dāng)前，仿真及試驗中的流量生成方法通常是根據(jù)實際網(wǎng)絡(luò)的使用情況在各個終端配置相應(yīng)的流量輸入，需要考慮信息源、信息目的、任務(wù)開始以及結(jié)束的時刻、每一個信息源的信息分布等眾多因素，不同的信息源由于業(yè)務(wù)類型不同需要按照不同的模型配置輸入，對于大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)，這種流量輸入方式十分繁瑣。近年來，人工智能算法由于能夠刻畫網(wǎng)絡(luò)流量的非線性特征而在網(wǎng)絡(luò)流量生成中的應(yīng)用越來越廣。遺傳算法是人工智能領(lǐng)域中一種常用的解決最優(yōu)化問題的搜索啟發(fā)式算法。開/關(guān)模型是一種常用的流量模型，通過源端級網(wǎng)絡(luò)節(jié)點生成流量，通過配置流量傳輸路徑，可以在中間節(jié)點形成生成自相似流量。在仿真和試驗中，利用開/關(guān)模型模擬流量生成機制，基于遺傳算法尋找最優(yōu)模型參數(shù)，進(jìn)而實現(xiàn)相似流量的生成為網(wǎng)絡(luò)仿真和試驗中的流量生成方法指明了 一條思路。
[0004]當(dāng)前，以開/關(guān)模型為仿真或試驗流量輸入模型的方法還存在如下問題:在網(wǎng)絡(luò)仿真及試驗中，如何快速地自適應(yīng)地選取模型輸入?yún)?shù)，使得在網(wǎng)絡(luò)中某些關(guān)鍵節(jié)點所承載的流量與模擬流量統(tǒng)計特征更加接近的同時，還能節(jié)省模型參數(shù)選擇所花費的時間，提升仿真和試驗的效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供了一種基于遺傳算法的網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵節(jié)點自相似流量生成簡化方法，目的是為了解決對于特定拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)試驗或仿真時流量輸入過于復(fù)雜的問題。
[0006]本發(fā)明提供的基于遺傳算法的網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵節(jié)點自相似流量生成簡化方法，通過網(wǎng)絡(luò)中流量的三個統(tǒng)計特征:流量均值、流量方差以及自相似參數(shù)來描述網(wǎng)絡(luò)流量的分布情況，如果簡化前后流量的三個統(tǒng)計特征量相同，則說明簡化前后的網(wǎng)絡(luò)流量分布保持一致。在進(jìn)行本發(fā)明方法前，獲取了節(jié)點目標(biāo)流量的三個統(tǒng)計特征值。
[0007]本發(fā)明的基于遺傳算法的網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵節(jié)點自相似流量生成簡化方法，具體步驟如下:
[0008]步驟一:構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖，并確定關(guān)鍵節(jié)點；設(shè)網(wǎng)絡(luò)的鄰接矩陣為AUaij)nXn)，其中，當(dāng)節(jié)點i，j相連時，au=l，否則aij=0 ;設(shè)網(wǎng)絡(luò)中只有邊緣節(jié)點產(chǎn)生數(shù)據(jù)流量，且每個邊緣節(jié)點的用戶都始終使用同一種業(yè)務(wù)。
[0009]步驟二:構(gòu)建邊緣節(jié)點開/關(guān)模型，確定模型參數(shù)初值；
[0010]首先，對每個邊緣節(jié)點，以等概率隨機選擇一個目標(biāo)節(jié)點，設(shè)邊緣節(jié)點S(i)的目標(biāo)節(jié)點為T (j)，S (i)將數(shù)據(jù)沿最短路徑Path (i)發(fā)送到T (j)，邊緣節(jié)點均按照如下開/關(guān)
模型產(chǎn)生流量:
[0011](I)節(jié)點嚴(yán)格處于開或者關(guān)狀態(tài)，且開、關(guān)狀態(tài)嚴(yán)格交替；節(jié)點處于開狀態(tài)時以恒定速率V產(chǎn)生數(shù)據(jù),處于關(guān)狀態(tài)時不產(chǎn)生數(shù)據(jù)；
[0012](2)節(jié)點的開/關(guān)狀態(tài)的持續(xù)時間相互獨立且均服從帕雷托(k，α )重尾分布，其中，α是隨機變量的最小可能值，k是正的參數(shù)。
[0013](v, k, α )構(gòu)成邊緣節(jié)點開/關(guān)模型的參數(shù)組。
[0014]然后，根據(jù)關(guān)鍵節(jié)點的目標(biāo)流量統(tǒng)計特征:流量均值廠、流量方差F以及自相似參數(shù)H%配置邊緣節(jié)點開/關(guān)模型的參數(shù)值:
[0015](I)根據(jù)
【權(quán)利要求】
1.一種基于遺傳算法的網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵節(jié)點自相似流量生成簡化方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟1:構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖，獲取網(wǎng)絡(luò)的鄰接矩陣AUaij)nXn)，并確定邊緣節(jié)點S和關(guān)鍵節(jié)點K ;鄰接矩陣中，當(dāng)節(jié)點i, j相連時，afl,否則afO, η為網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點個數(shù)；設(shè)網(wǎng)絡(luò)中只有邊緣節(jié)點產(chǎn)生數(shù)據(jù)流量，且每個邊緣節(jié)點的用戶都始終使用同一種業(yè)務(wù)； 步驟2:構(gòu)建邊緣節(jié)點開/關(guān)模型，確定模型參數(shù)初值； 首先，對每個邊緣節(jié)點，以等概率隨機選擇一個目標(biāo)節(jié)點，設(shè)邊緣節(jié)點S⑴的目標(biāo)節(jié)點為T(j)，S(i)將數(shù)據(jù)沿路徑發(fā)送到τ(j)，邊緣節(jié)點均按照如下開/關(guān)模型產(chǎn)生流量: (1)節(jié)點嚴(yán)格處于開或者關(guān)狀態(tài)，且開、關(guān)狀態(tài)嚴(yán)格交替；節(jié)點處于開狀態(tài)時以恒定速率V產(chǎn)生數(shù)據(jù)，處于關(guān)狀態(tài)時不產(chǎn)生數(shù)據(jù)； (2)節(jié)點的開/關(guān)狀態(tài)的持續(xù)時間相互獨立且均服從帕雷托(k，α)重尾分布，α和k兩個參數(shù)； (V, k, α )構(gòu)成邊緣節(jié)點開/關(guān)模型的參數(shù)組； 然后，根據(jù)關(guān)鍵節(jié)點的目標(biāo)流量統(tǒng)計特征:流量均值、流量方差以及自相似參數(shù)H%配置邊緣節(jié)點開/關(guān)模型的參數(shù)值: (1)速率
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于遺傳算法的網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵節(jié)點自相似流量生成簡化方法，其特征在于，所述的步驟3.1中權(quán)值參數(shù)G1和G2分別設(shè)置為1/3。
【文檔編號】H04L12/24GK103944748SQ201410053012
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年2月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月17日
【發(fā)明者】黃寧, 張越, 伍志韜, 孫曉磊 申請人:北京航空航天大學(xué)