[0059] 若D(1)彡1時，則跳轉步驟S7。
[0060]S7.當S類業(yè)務流均完成帶寬分配時，若D(l) < 1，則記錄下中間結果，即令 卜），跳轉步驟S3;若D(1)多1，則跳轉步驟S8。
[0061] S8.判斷最后一輪迭代（步驟S3~S7)中所有類業(yè)務流的帶寬需求是否完全得到 滿足：
[0062] 當所有類業(yè)務流的帶寬需求沒有完全得到滿足時，
g為對所有鏈路求得的鏈路容量與鏈路上通過的流量之比的最小值，將e)放大
，放大后的即作為最終的帶寬分配方案輸出；
[0063] 當所有類業(yè)務流的帶寬需求完全得到滿足時， g為對所有鏈路求得的鏈路容量與鏈路上通過的流量之比的最小值，將fk(e)放大
放大后的fk(e)即作為最終的帶寬分配方案輸出。
[0064] 實施例一：
[0065] 本實施例使用著名的骨干網拓撲包括NSFNET和CERNET，數據中心網絡和平均度 數為3的隨機核心網拓撲。如圖2所示，NSFNET具有13個節(jié)點和21條無向鏈路，如圖3所 示，CERNET具有36個節(jié)點和54條無線鏈路。本實施例采用fattree作為數據中心網絡 的拓撲，如圖4所示。圖5為用于評估隨機核心網拓撲中的一個實例。
[0066] 業(yè)務矩陣隨機生成，隨機業(yè)務的參數列在表I中。網絡的每條鏈路容量預先配置。 我們首先運行線性規(guī)劃以決定每條鏈路至少需要多少容量，使得所有測試業(yè)務都能被接 納。該過程類似于網絡規(guī)劃階段的內容。然后，每條鏈路的容量加倍，從而使網絡容許業(yè)務 波動和提供冗余鏈路資源以防鏈路故障。
[0067] 表I隨機業(yè)務參數
[0068]
[0069]首先在節(jié)點數目在20~120之間的隨機核心網絡拓撲中評估本發(fā)明提出的改進 的完全多項式時間近似算法i_FPTAS(improvedFullyPolynomialTimeApproximation Scheme，后續(xù)描述以i-FPTAS表示改進的完全多項式時間近似算法）的近似性能。每個計 算實例中包含一個隨機網絡拓撲和10個業(yè)務矩陣。為了顯示i-FPTAS相對FPTAS在近似 性能上的提升，定義相對最大鏈路利用率（relativemaximumlinkutilization,RMLU，后 續(xù)描述以RMLU表示最大鏈路利用率）為
[0070]RMLU= 0appr〇x/0〇pt
[0071] 式中，0apprax-近似解的目標函數，-最優(yōu)解的目標函數值。
[0072] 0_通過求解線性規(guī)劃可得，但線性規(guī)劃在大規(guī)模網絡中會導致極高的計算開 銷。顯然RMLU總是大于1的，且越接近于1，則表示近似性能越好。
[0073] 圖6比較了FPTAS和i-FPTAS在不同近似參數下（w= 1，5, 10)的RMLU值；圖6 中帶矩形的虛線表示FPTAS在近似參數為1時的RMLU值，帶三角形的虛線表示FPTAS在近 似參數為5時的RMLU值，帶圓形的虛線表示FPTAS在近似參數為10時的RMLU值；帶星形 的實線表示i-FPTAS在近似參數為1時的RMLU值，帶三角形的實線表示i-FPTAS在近似參 數為1時的RMLU值，帶圓形的實線表示i-FPTAS在近似參數為1時的RMLU值。可以發(fā)現， i-FPTAS的目標函數值非常接近與1。相比之下，FPTAS的函數值則與最優(yōu)值有一段距離，而 表II也說明了同樣的問題。因此，我們提出的i-FPTAS可以顯著地提升近似性能，尤其在w 較大時。另外，不同近似參數配置的FPTAS得到的RMLU值相差巨大，而i-FPTAS則不明顯。 因此i-FPTAS對近似率不敏感，而這說明我們可以以較低的計算復雜度獲得近似最優(yōu)的解 (在算法中使用較大的w)。
[0074]表IIFPTAS和i-FPTAS的RMLU值比較
[0075]
[0076] 然后驗證i-FPTAS的計算效率。表III列出了FPTAS和i-FPTAS在網絡節(jié)點數從20 到200的情況下的運行時間。結果表明i-FPTAS和FPTAS的計算復雜度非常接近，因為在 運行時間上只有細微差別。圖7將不同近似率的i-FPTAS與最優(yōu)的線性規(guī)劃（LP)的運行 時間表示為網絡規(guī)模的函數，圖7中帶圓形的虛線表示線性規(guī)劃的運行時間，帶三角形的 虛線表示i-FPTAS在近似參數為1時的RMLU值，帶矩形的實線表示i-FPTAS在近似參數為 5時的RMLU值，帶三角形的實線表示i-FPTAS在近似參數為10時的RMLU值。正如預料一 樣，較小的近似率（更接近于最優(yōu)解）的i-FPTAS導致較長的運行時間。對于較小規(guī)模的 網絡，例如少于40個節(jié)點，i-FPTAS的運行時間可能還會大于LP。然而，LP的運行時間隨 網絡規(guī)模增長而增長得極快，并且很快就超過了i-FPTAS的運行時間。例如120節(jié)點的網 絡，LP的運行時間超出i-FPTAS-個數量級。事實上，LP在求解大規(guī)模甚至是中等規(guī)模的 TE問題是不可行的，那是因為其計算復雜度是流變量數量的多項式函數，而i-FPTAS的復 雜度是變數的多項式。
[0077] 表IIIFPTAS和i-FPTAS的運行時間（秒）比較
[0078]
[0079] 為了進一步說明i-FPTAS的近似性能，我們驗證了在w= 5的配置下i-FPTAS與 FPTAS的健壯性。我們在著名的骨干網NSFNET、CERNET，數據中心網絡（size= 4)和具有 50個節(jié)點的隨機網絡中分別測試了 30組不同的業(yè)務矩陣。圖8至圖11顯示在四個網絡 拓撲下，i-FPTAS的RMLU總是明顯低于FPTAS，圖中帶圓形的線表示FPTAS在近似參數為 5時的RMLU值，帶星形的線表示i-FPTAS在近似參數為5時的RMLU值。特別地，我們發(fā)現 FPTAS在不同業(yè)務矩陣下得到的RMLU具有顯著的振蕩，而i-FPTAS則維持穩(wěn)定的RMLU輸 出。
[0080] 由以上結果可知，要獲取非常接近最優(yōu)解，一個相對較大的近似率對于i-FPTAS 來說已經足夠，而不用像FPTAS-樣，必須采用極高的計算復雜度換取近似最優(yōu)解。
[0081] 以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當理解本發(fā)明并非局限于本文所披露的 形式，不應看作是對其他實施例的排除，而可用于各種其他組合、修改和環(huán)境，并能夠在本 文所述構想范圍內，通過上述教導或相關領域的技術或知識進行改動。而本領域人員所進 行的改動和變化不脫離本發(fā)明的精神和范圍，則都應在本發(fā)明所附權利要求的保護范圍 內。
【主權項】
1. 一種應用于軟件定義網絡的流量工程方法，其特征在于：包括以下步驟：51. 獲取網絡拓撲信息，網絡拓撲信息包括：網絡拓撲其中ΛΓ代表節(jié)點集 合，節(jié)點數量為n，￡代表鏈路集合，鏈路總數為m ;鏈路e的鏈路容量c (e)，業(yè)務流 集合C，其中業(yè)務流k的帶寬需求為d(k);近似參數w ;52. 定義鏈路e的鏈路長度為1(e)，將鏈路長度1(e)初始化為δ/c(e)，其中式中，ε為中間參數； 為鏈路e關聯第一流變量fk(e)和第二流變量/Je)，并將第一流變量fk(e)和第二流 變量/\(e)初始化為〇 ;53. 根據源節(jié)點對業(yè)務流進行分類，將源節(jié)點相同的業(yè)務流分為一類，得到S類業(yè)務 流，S彡1，業(yè)務流k待分配的帶寬需求初始化為d k= d(k);54. 對于第j類業(yè)務流，I < j < S，為第j類業(yè)務流中的業(yè)務流找到其最短路徑，第j 類業(yè)務流中的所有的業(yè)務流的最短路徑構成最短路徑樹t ;55. 為第j類業(yè)務流中每條業(yè)務流對應的最短路徑分配帶寬資源，直到最短路徑樹t上 的一條鏈路的帶寬耗盡或第j類業(yè)務流中所有業(yè)務流的帶寬需求都得到滿足； 記錄業(yè)務流k分配到的帶寬fk、最短路徑樹t上鏈路e通過的業(yè)務量f(e);然后，更新 鏈路e關聯的第一流變量fk (e);更新業(yè)務流k剩余所需分配的帶寬d'k，更新鏈路e的鏈路 長度I (e)，從第j類業(yè)務流中移除帶寬需求得到滿足的業(yè)務流；56. 判斷迭代條件D (I) < 1是否滿足： 若D (I) < 1且當前類業(yè)務流仍有帶寬需求時，則跳轉步驟S4 ; 若D(I) < 1且當前類業(yè)務流沒有帶寬需求時，則進行下一類業(yè)務流的帶寬分配，跳轉 步驟S4 ; 若D(I)彡1時，則跳轉步驟S7 ;57. 當S類業(yè)務流均完成帶寬分配時，若D(I) < 1，則記錄下中間結果，即令跳轉步驟S3 ;若D(I)彡1，則跳轉步驟S8 ;58. 判斷最后一輪迭代中所有類業(yè)務流的帶寬需求是否完全得到滿足： 當所有類業(yè)務流的帶寬需求沒有完全得到滿足時，令g為對所有鏈路求得的鏈路容量與鏈路上通過的流量之比的最小值，將/Α_ 放大放大后的即作為最終的帶寬分配方案輸出； 當所有類業(yè)務流的帶寬需求完全得到滿足時，令g為對所 有鏈路求得的鏈路容量與鏈路上通過的流量之比的最小值，將fk(e)放大放大后的fk(e)即作為最終的帶寬分配方案輸出。2. 根據權利要求1所述的一種應用于軟件定義網絡的流量工程方法，其特征在于：步 驟S4中，為第j類業(yè)務流中的業(yè)務流找到其最短路徑采用Dijkstra算法。3. 根據權利要求1所述的一種應用于軟件定義網絡的流量工程方法，其特征在于：步 驟S5中更新各鏈路的鏈路長度的方式為：其中，1'（e)為鏈路e更新后的鏈路長度，I (e)為鏈路e更新前的鏈路長度，pk為業(yè)務 流k的最短路徑，c (e)為鏈路e的鏈路容量，產為業(yè)務流k分配到的帶寬。4. 根據權利要求1所述的一種應用于軟件定義網絡的流量工程方法，其特征在于：步 驟S5中更新每條業(yè)務流剩余所需分配的帶寬的方式為：其中，d'kS業(yè)務流k更新后的待分配的帶寬，d kS業(yè)務流k更新前的待分配的帶寬，f k 為業(yè)務流k分配到的帶寬。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種應用于軟件定義網絡的流量工程方法，其步驟主要為：獲取網絡拓撲、鏈路容量、業(yè)務流集合和近似參數；初始化鏈路長度、第一流變量和第二流變量；將源節(jié)點相同的業(yè)務流分為一類；依次對每類業(yè)務流進行帶寬分配；輸出最終帶寬分配方案。本發(fā)明雖然基于近似算法，但得到的近似解非常接近利用線性規(guī)劃所求得的最優(yōu)解，同時，本發(fā)明提出的近似算法對近似率參數并不敏感，與近似算法相比，即使采用較大近似參數求得的目標函數值與采用較小的近似參數求得的目標函數值非常接近，由于本發(fā)明提出的算法與近似算法在計算復雜度上一樣，因此，選擇較大的近似參數可顯著地提升算法的計算效率，而這對大規(guī)模網絡的流量工程是非常有意義的。
【IPC分類】H04L12/721, H04L12/26, H04L29/06, H04L12/851, H04L12/801
【公開號】CN105357080
【申請?zhí)枴緾N201510867549
【發(fā)明人】王剛, 馮鋼, 秦爽
【申請人】電子科技大學
【公開日】2016年2月24日
【申請日】2015年12月1日