一種合作優(yōu)化覆蓋網(wǎng)絡(luò)性能的方法
【專利摘要】一種合作優(yōu)化覆蓋網(wǎng)絡(luò)性能的方法，包括下列操作步驟：(1)給每個(gè)參與者的聯(lián)盟策略矩陣Q設(shè)定初始值；(2)每個(gè)參與者更新其聯(lián)盟策略矩陣Q；(3)重復(fù)執(zhí)行步驟2，直到每個(gè)參與者的聯(lián)盟策略矩陣Q達(dá)到穩(wěn)定收斂，不再變化；(4)每個(gè)參與者按照其當(dāng)前的聯(lián)盟策略矩陣Q結(jié)成聯(lián)盟；屬于同一聯(lián)盟內(nèi)的參與者按照使所在聯(lián)盟的成本最小化的路由策略進(jìn)行路由；(5)所有參與者按照設(shè)定的統(tǒng)一周期重復(fù)執(zhí)行步驟1到步驟4，以實(shí)現(xiàn)合作優(yōu)化所有參與者性能。本發(fā)明的方法優(yōu)化了覆蓋網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)路由，提高了網(wǎng)絡(luò)性能和穩(wěn)定性。
【專利說(shuō)明】
-種合作優(yōu)化覆蓋網(wǎng)絡(luò)性能的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種合作優(yōu)化覆蓋網(wǎng)絡(luò)性能的方法，屬于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域，特別 是屬于覆蓋網(wǎng)路由優(yōu)化技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 覆蓋網(wǎng)絡(luò)是部署在物理網(wǎng)絡(luò)之上的一種虛擬網(wǎng)絡(luò)，不需要大規(guī)模改變網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)就 能提供更好和更可靠的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。覆蓋網(wǎng)絡(luò)由分布在網(wǎng)絡(luò)中的覆蓋節(jié)點(diǎn)及連接它們的邏輯 鏈路組成，其中覆蓋節(jié)點(diǎn)為物理網(wǎng)絡(luò)中的路由器、主機(jī)或者應(yīng)用服務(wù)器，具有路由、數(shù)據(jù)處 理和數(shù)據(jù)保存等功能，而邏輯鏈路即覆蓋鏈路對(duì)應(yīng)一條或多條物理鏈路。覆蓋網(wǎng)絡(luò)擁有一 套獨(dú)立于物理網(wǎng)絡(luò)層路由的路由機(jī)制，可W在應(yīng)用層根據(jù)自己的策略進(jìn)行數(shù)據(jù)包的路由和 轉(zhuǎn)發(fā)。在過(guò)去的幾年中，大量不同種類的覆蓋網(wǎng)絡(luò)被SPs(Se;rvice Providers,服務(wù)提供商） 部署到互聯(lián)網(wǎng)中，用來(lái)提供不同的服務(wù)，例如，CDN(Content Delivery化twork，內(nèi)容分發(fā) 網(wǎng)絡(luò)），P2P(Pee;r-t〇-Pee;r，對(duì)等網(wǎng)絡(luò)）和R0N(Resilient Overlay 化twork，彈性覆蓋網(wǎng) 絡(luò))。
[0003] 盡管運(yùn)些覆蓋網(wǎng)絡(luò)提高了傳統(tǒng)物理網(wǎng)絡(luò)的路由性能，但是在網(wǎng)絡(luò)中大量出現(xiàn)了覆 蓋網(wǎng)絡(luò)和物理網(wǎng)絡(luò)之間的路由交互、覆蓋網(wǎng)絡(luò)之間的路由交互等路由混合交互問(wèn)題，運(yùn)種 路由混合交互問(wèn)題導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定和性能損失。原因如下:一方面，覆蓋網(wǎng)絡(luò)通常根據(jù)一個(gè) 具體的性能指標(biāo)來(lái)最優(yōu)化它們的路由，例如最小化時(shí)延成本，而物理網(wǎng)絡(luò)通常采用TE (Traffic Engineering,流量工程)來(lái)最優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)的成本，例如最小化網(wǎng)絡(luò)擁塞成本。覆蓋 網(wǎng)絡(luò)在邏輯層上根據(jù)它們自己的目標(biāo)分配流量，導(dǎo)致底層已有的TE路由策略不再是最優(yōu)的 策略，則TE會(huì)被觸發(fā)重新調(diào)整路由，新的路由反過(guò)來(lái)又會(huì)影響上面覆蓋網(wǎng)絡(luò)的性能，因此目 標(biāo)的不一致導(dǎo)致覆蓋路由和TE相互交互，進(jìn)而影響了整體網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和最優(yōu)性。另一方 面，當(dāng)多個(gè)覆蓋網(wǎng)絡(luò)同時(shí)部署在同一個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)之上時(shí)，它們的覆蓋路徑可能會(huì)重疊，因?yàn)?多條覆蓋路徑可能同時(shí)使用到了同一條物理鏈路，某個(gè)覆蓋網(wǎng)絡(luò)在最優(yōu)化其路由時(shí)可能會(huì) 對(duì)其它覆蓋網(wǎng)絡(luò)的性能造成影響，因此網(wǎng)絡(luò)資源的競(jìng)爭(zhēng)導(dǎo)致了覆蓋網(wǎng)絡(luò)之間的交互，進(jìn)而 也影響了覆蓋網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和最優(yōu)性。
[0004] 在覆蓋網(wǎng)絡(luò)和物理網(wǎng)絡(luò)存在大量路由混合交互情況下的網(wǎng)絡(luò)性能優(yōu)化問(wèn)題成為 目前計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)工程領(lǐng)域一個(gè)亟待解決的技術(shù)難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 有鑒于此，本發(fā)明的目的是發(fā)明一種方法，在既考慮每個(gè)覆蓋網(wǎng)絡(luò)與物理網(wǎng)絡(luò)之 間的路由交互，也考慮覆蓋網(wǎng)絡(luò)之間的路由交互的基礎(chǔ)上，通過(guò)物理網(wǎng)絡(luò)和覆蓋網(wǎng)絡(luò)之間 的聯(lián)盟合作，W解決多個(gè)覆蓋網(wǎng)絡(luò)部署在同一物理網(wǎng)絡(luò)之上引起的路由混合交互問(wèn)題，最 終實(shí)現(xiàn)覆蓋網(wǎng)絡(luò)的性能優(yōu)化。
[0006] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提出了一種合作優(yōu)化覆蓋網(wǎng)絡(luò)性能的方法，所述方法 包括下列操作步驟：
[0007] (I)給每個(gè)參與者的聯(lián)盟策略矩陣T設(shè)定初始值；
[0008] 所述的參與者是指覆蓋網(wǎng)絡(luò)或者物理網(wǎng)絡(luò);所述的參與者的聯(lián)盟策略矩陣T是指 每個(gè)參與者與其他參與者結(jié)成聯(lián)盟關(guān)系所構(gòu)成的矩陣，該矩陣是一個(gè)1行Z列的矩陣，Z表示 所有參與者的個(gè)數(shù)，包括所有覆蓋網(wǎng)絡(luò)和1個(gè)物理網(wǎng)絡(luò);所述的參與者的聯(lián)盟策略矩陣T的 第1行第k列元素的物理含義是指所述的參與者與第k個(gè)參與者的關(guān)系，兩者若是結(jié)成聯(lián)盟 關(guān)系則該元素值為1，否則該元素值為0，k是大于等于1小于等于Z的自然數(shù)；
[0009] 所述的參與者結(jié)成聯(lián)盟關(guān)系的物理含義是指參與者之間結(jié)成一個(gè)聯(lián)盟，然后一起 最小化該聯(lián)盟的成本;所述的聯(lián)盟的成本是指該聯(lián)盟內(nèi)的所有參與者的成本的加權(quán)和;所 述的聯(lián)盟是指同一聯(lián)盟內(nèi)所有參與者的集合；
[0010] (2)根據(jù)其他參與者的聯(lián)盟策略矩陣的當(dāng)前值，每個(gè)參與者更新其聯(lián)盟策略矩陣 T；
[0011] (3)重復(fù)執(zhí)行步驟2,直到每個(gè)參與者的聯(lián)盟策略矩陣T達(dá)到穩(wěn)定收斂，不再變化；
[0012] (4)每個(gè)參與者按照其當(dāng)前的聯(lián)盟策略矩陣T結(jié)成聯(lián)盟;屬于同一聯(lián)盟內(nèi)的參與者 按照使所在聯(lián)盟的成本最小化的路由策略進(jìn)行路由；
[0013] (5)所有參與者按照設(shè)定的統(tǒng)一周期重復(fù)執(zhí)行步驟1到步驟4, W實(shí)現(xiàn)合作優(yōu)化所 有參與者性能。
[0014] 所述步驟2的具體內(nèi)容是包括如下操作子步驟：
[0015] (201)每個(gè)參與者設(shè)定其加入聯(lián)盟C被分配的成本函數(shù)W(T),該函數(shù)等于聯(lián)盟C采 用夏普利值方式分配給所述參與者的成本，該函數(shù)具體如下：
[0016]
[0017] 上式中，
[0018] C表示所述參與者按照聯(lián)盟策略矩陣T結(jié)成的聯(lián)盟；S表示聯(lián)盟C中的任一子聯(lián)盟， 所述子聯(lián)盟是指聯(lián)盟的一個(gè)子集(包括空子集，若為空子集，貝化為空聯(lián)盟）；k表示所述參與 者的編號(hào)，其中k是大于等于1小于等于Z的自然數(shù)，所有覆蓋網(wǎng)絡(luò)參與者的編號(hào)是從1到Z-1，物理網(wǎng)絡(luò)參與者的編號(hào)是Z;
[0019] Icl表示聯(lián)盟C的大?。籌 Sl表示子聯(lián)盟S的大?。?br>[0020] V(S)表示子聯(lián)盟S獲得的成本，該成本等于子聯(lián)盟S與聯(lián)盟C的其他所有由剩余的 參與者單獨(dú)構(gòu)成的子聯(lián)盟(剩余的參與者一人構(gòu)成一個(gè)子聯(lián)盟)和其他聯(lián)盟之間依次執(zhí)行 自己的目標(biāo)函數(shù)直到穩(wěn)定收斂后獲得的結(jié)果;所述的子聯(lián)盟的目標(biāo)函數(shù)采用與所述的聯(lián)盟 的目標(biāo)函數(shù)相同的函數(shù)定義形式;所述的聯(lián)盟C設(shè)定的目標(biāo)函數(shù)等于所述聯(lián)盟C內(nèi)所有參與 者成本兩擲加巧巧的島小值.該函數(shù)具體如下：
[0021]
[0022] 上式中，
[0023]
，當(dāng) k = Z 時(shí)；
[0024] 上式中，
[0025] A為覆蓋網(wǎng)絡(luò)參與者的時(shí)延成本和物理網(wǎng)絡(luò)參與者的擁塞成本之間的等價(jià)權(quán)重， 表示I單位時(shí)延成本等價(jià)于A單位擁塞成本；
[0026] X表示物理網(wǎng)絡(luò)參與者的流量比例矩陣，是指所有覆蓋網(wǎng)流量分配到不同物理路 徑上的比例系數(shù)所構(gòu)成的矩陣，該矩陣是一個(gè)R行N列的矩陣，R表示物理網(wǎng)絡(luò)參與者中所有 物理路徑的條數(shù)，N表示所有覆蓋網(wǎng)絡(luò)參與者的覆蓋鏈路的總條數(shù);該矩陣的第i行第j列元 素的物理含義是指第j條覆蓋鏈路的覆蓋網(wǎng)流量分配到第i條物理路徑上的比例，i是大于 等于1小于等于R的自然數(shù)，j是大于等于1小于等于N的自然數(shù)；
[0027] Y是所述覆蓋網(wǎng)絡(luò)參與者的流量分配矩陣，是指該覆蓋網(wǎng)絡(luò)參與者中的每條覆蓋 流分配到該覆蓋網(wǎng)絡(luò)參與者的不同覆蓋路徑上的流量所構(gòu)成的矩陣，該矩陣是一個(gè)P行Q列 的矩陣，P表示該覆蓋網(wǎng)絡(luò)參與者的覆蓋路徑的條數(shù)，Q表示該覆蓋網(wǎng)絡(luò)參與者的覆蓋流的 條數(shù);該矩陣的第m行第n列元素的物理含義是指第n條覆蓋流分配到第m條覆蓋路徑上的流 量，m是大于等于1小于等于P的自然數(shù)，n是大于等于1小于等于Q的自然數(shù)；
[0028] f (X)表示物理網(wǎng)絡(luò)參與者的擁塞指標(biāo)函數(shù)，該函數(shù)等于所有物理鏈路的擁塞成本 之和，該函數(shù)具體如下：
[00 巧]f (X)=ST(KL)
[0030] 上式中，
[0031] 5為長(zhǎng)度為E，元素值全為1的向量，E表示物理網(wǎng)絡(luò)參與者中所有物理鏈路的條數(shù)；
[0032] O(L)表示所有物理鏈路的擁塞成本函數(shù)向量，定義O(L) = (Oldl),…，Oe(Ie),…， 〇E(1e))T，其中Oe(Ie)表示物理鏈路e的擁塞成本函數(shù)，該函數(shù)具體如下：
[0033]
[0034] Ce表示物理鏈路e的容量；
[0035] Ie表示物理鏈路e上的流量值；
[0036] L表示所有物理鏈路的流量值向量，定義L=Qi,…，Ie,…，1e)t，L的計(jì)算如下：
[0037] L=AXH
[0038] A表示物理網(wǎng)絡(luò)參與者的物理路徑是否經(jīng)過(guò)物理鏈路的標(biāo)識(shí)矩陣，該矩陣是一個(gè)E 行R列的矩陣，E表示物理網(wǎng)絡(luò)參與者中所有物理鏈路的條數(shù)，R表示物理網(wǎng)絡(luò)參與者中所有 物理路徑的條數(shù);該矩陣的第S行第t列元素的物理含義是指第t條物理路徑是否經(jīng)過(guò)第S條 物理鏈路，經(jīng)過(guò)時(shí)該元素值為1，不經(jīng)過(guò)時(shí)該元素值為0,其中S是大于等于1小于等于E的自 然數(shù)，t是大于等于1小于等于R的自然數(shù)；
[0039] X表示物理網(wǎng)絡(luò)參與者的流量比例矩陣；
[0040] H是一個(gè)N行1列的矩陣，具體計(jì)算公式如下：
[0041]
[0042] 上式中，
[0043] 對(duì)于每一個(gè)覆蓋網(wǎng)絡(luò)參與者，B表示該覆蓋網(wǎng)絡(luò)參與者中的覆蓋路徑是否經(jīng)過(guò)該 覆蓋網(wǎng)絡(luò)參與者中的覆蓋鏈路的標(biāo)識(shí)矩陣，矩陣B是一個(gè)W行P列的矩陣，W表示該覆蓋網(wǎng)絡(luò) 參與者的覆蓋鏈路的條數(shù)，P表示該覆蓋網(wǎng)絡(luò)參與者的覆蓋路徑的條數(shù);該矩陣的第U行第V 列元素的物理含義是指第V條覆蓋路徑是否經(jīng)過(guò)第U條覆蓋鏈路，經(jīng)過(guò)時(shí)該元素值為1，不經(jīng) 過(guò)時(shí)該元素值為0,其中U是大于等于1小于等于W的自然數(shù)，V是大于等于1小于等于P的自然 數(shù)；
[0044] Y表示把覆蓋網(wǎng)絡(luò)參與者的流量分配矩陣Y中所有的非零元素按照其所在列的順 序依次進(jìn)行列排列所構(gòu)成的P行1列的矩陣；
[0045] 「化巧表示按照所有覆蓋網(wǎng)絡(luò)參與者的編號(hào)順序，把所有覆蓋網(wǎng)絡(luò)參與者的[巧依 次進(jìn)行列排列所構(gòu)成的N行1列的矩陣；
[0046] g(Y)是覆蓋網(wǎng)絡(luò)參與者的時(shí)延指標(biāo)函數(shù)，該函數(shù)等于所述覆蓋網(wǎng)絡(luò)參與者的所有 覆蓋鏈路的時(shí)延成本之和，該函數(shù)具體如下：
[0047]
[004引上式中，
[0049] A表示物理網(wǎng)絡(luò)參與者的物理路徑是否經(jīng)過(guò)物理鏈路的標(biāo)識(shí)矩陣；
[0050] X表示物理網(wǎng)絡(luò)參與者的流量比例矩陣；
[0化1 ] Q是一個(gè)N行1列的矩陣，具體計(jì)算公式如下：
[0化2]
[0化3] 上式中，
[0054] B表示覆蓋網(wǎng)絡(luò)參與者的覆蓋路徑是否經(jīng)過(guò)覆蓋鏈路的標(biāo)識(shí)矩陣；
[0化5] Y表示把所述覆蓋網(wǎng)絡(luò)參與者的流量分配矩陣Y中所有的非零元素按照其所在列 的順序依次進(jìn)行列排列所構(gòu)成的P行1列的矩陣；
[0化6] H^(B巧表示按照所有覆蓋網(wǎng)絡(luò)參與者的編號(hào)順序，將所述覆蓋網(wǎng)絡(luò)參與者的B孚擴(kuò) 展成與矩陣H大小一致的N行1列的矩陣，并將該矩陣中除所述覆蓋網(wǎng)對(duì)應(yīng)位置之外的元素 全部置為零；
[0057] D(L)表示所有物理鏈路的時(shí)延成本函數(shù)向量，定義D(L) = (di(h)，…，de(le)，…， (Ie(Ie))T,其中de(le)表示物理鏈路e的時(shí)延成本函數(shù)，該函數(shù)具體如下：
[005引 de(le) = l/ke-le)+P
[0059] 該函數(shù)等于排隊(duì)時(shí)延和傳播時(shí)延之和，Ce表示物理鏈路e的容量，l/(Ce-le)表示M/ MA排隊(duì)時(shí)延，常數(shù)P表示傳播時(shí)延；
[0060] (202)參與者對(duì)所述的被分配的成本函數(shù)W(T)進(jìn)行最優(yōu)化處理，即計(jì)算出使得被 分配的成本函數(shù)W(T)取得最小值時(shí)的聯(lián)盟策略矩陣T;
[0061] 所述步驟201中，所述的子聯(lián)盟S與聯(lián)盟C的其他所有由剩余的參與者單獨(dú)構(gòu)成的 子聯(lián)盟和其他聯(lián)盟之間依次執(zhí)行自己的目標(biāo)函數(shù)的過(guò)程跟所述的聯(lián)盟之間依次執(zhí)行自己 的目標(biāo)函數(shù)的過(guò)程相同；
[0062] 所述步驟201中，所述的聯(lián)盟目標(biāo)函數(shù)設(shè)定的計(jì)算方法是遺傳算法；
[0063] 本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明的方法綜合考慮了覆蓋網(wǎng)絡(luò)和物理網(wǎng)絡(luò)之間的路 由交互W及覆蓋網(wǎng)絡(luò)之間的路由交互等路由混合交互的各種情況，通過(guò)物理網(wǎng)絡(luò)和覆蓋網(wǎng) 絡(luò)之間的聯(lián)盟合作，實(shí)現(xiàn)了對(duì)覆蓋網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)路由進(jìn)行優(yōu)化，提高了網(wǎng)絡(luò)性能和穩(wěn)定性。
【附圖說(shuō)明】
[0064] 圖1是本發(fā)明提出的一種合作優(yōu)化覆蓋網(wǎng)絡(luò)性能的方法的流程圖。
[0065] 圖2是本發(fā)明實(shí)施例的網(wǎng)絡(luò)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0066] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步 的詳細(xì)描述。
[0067] 參見(jiàn)圖1，介紹本發(fā)明提出的一種合作優(yōu)化覆蓋網(wǎng)絡(luò)性能的方法，所述方法包括下 列操作步驟：
[0068] (1)給每個(gè)參與者的聯(lián)盟策略矩陣T設(shè)定初始值；
[0069] 所述的參與者是指覆蓋網(wǎng)絡(luò)或者物理網(wǎng)絡(luò);所述的參與者的聯(lián)盟策略矩陣T是指 每個(gè)參與者與其他參與者結(jié)成聯(lián)盟關(guān)系所構(gòu)成的矩陣，該矩陣是一個(gè)1行Z列的矩陣，Z表示 所有參與者的個(gè)數(shù)，包括所有覆蓋網(wǎng)絡(luò)和1個(gè)物理網(wǎng)絡(luò);所述的參與者的聯(lián)盟策略矩陣T的 第1行第k列元素的物理含義是指所述的參與者與第k個(gè)參與者的關(guān)系，兩者若是結(jié)成聯(lián)盟 關(guān)系則該元素值為1，否則該元素值為0，k是大于等于1小于等于Z的自然數(shù)；
[0070] 參見(jiàn)圖2,圖2給出的是本發(fā)明實(shí)施例中一個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)和=個(gè)覆蓋網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)示意 圖。
[0071] 因?yàn)樗袇⑴c者的個(gè)數(shù)為4,覆蓋網(wǎng)絡(luò)1參與者的聯(lián)盟策略矩陣T為1行4列的矩陣， T=[tn tl2 tl3 tl4]，其中til表示覆蓋網(wǎng)絡(luò)1參與者與自己的聯(lián)盟關(guān)系，tl2表示覆蓋網(wǎng)絡(luò)1 參與者與覆蓋網(wǎng)絡(luò)2參與者的聯(lián)盟關(guān)系，ti3表不覆蓋網(wǎng)絡(luò)1參與者與覆蓋網(wǎng)絡(luò)3參與者的聯(lián) 盟關(guān)系，ti4表示覆蓋網(wǎng)絡(luò)1參與者與覆蓋網(wǎng)絡(luò)4參與者的聯(lián)盟關(guān)系，并且tii=l，表示參與者 與自己的聯(lián)盟關(guān)系為1。運(yùn)里，給T=[tn ti2 ti3 ti4]設(shè)定初始值為T(mén)=[l 1 0 0]，表示覆蓋 網(wǎng)絡(luò)1參與者與覆蓋網(wǎng)絡(luò)2參與者結(jié)成聯(lián)盟，與覆蓋網(wǎng)絡(luò)3參與者和物理網(wǎng)絡(luò)參與者不結(jié)成 聯(lián)盟；
[0072]覆蓋網(wǎng)絡(luò)2參與者的聯(lián)盟策略矩陣T為1行4列的矩陣，T= [t21 t22 t23 t24]，其中 t21表示覆蓋網(wǎng)絡(luò)2參與者與覆蓋網(wǎng)絡(luò)I參與者的聯(lián)盟關(guān)系，表示覆蓋網(wǎng)絡(luò)2參與者與自己 的聯(lián)盟關(guān)系，t23表示覆蓋網(wǎng)絡(luò)2參與者與覆蓋網(wǎng)絡(luò)3參與者的聯(lián)盟關(guān)系，t24表示覆蓋網(wǎng)絡(luò)2 參與者與覆蓋網(wǎng)絡(luò)4參與者的聯(lián)盟關(guān)系，并且t22=l，表示覆蓋網(wǎng)絡(luò)2參與者與自己的聯(lián)盟關(guān) 系為1。因?yàn)橥宦?lián)盟內(nèi)的參與者的聯(lián)盟策略矩陣相同，因此，根據(jù)覆蓋網(wǎng)絡(luò)1參與者的聯(lián)盟 策略矩陣初始值T= [1 1 0 0]，覆蓋網(wǎng)絡(luò)2參與者的聯(lián)盟策略矩陣也為T(mén)= [1 1 0 0]，表示 覆蓋網(wǎng)絡(luò)2參與者與覆蓋網(wǎng)絡(luò)1參與者結(jié)成聯(lián)盟，與覆蓋網(wǎng)絡(luò)3參與者和物理網(wǎng)絡(luò)參與者不 結(jié)成聯(lián)盟；
[0073] 覆蓋網(wǎng)絡(luò)3參與者的聯(lián)盟策略矩陣T為1行4列的矩陣，T = [t3lt32t33t34]，其中t31表 不覆蓋網(wǎng)絡(luò)3參與者與覆蓋網(wǎng)絡(luò)1參與者的聯(lián)盟關(guān)系，t32表不覆蓋網(wǎng)絡(luò)3參與者與覆蓋網(wǎng)絡(luò)2 參與者的聯(lián)盟關(guān)系，t33表示覆蓋網(wǎng)絡(luò)3參與者與自己的聯(lián)盟關(guān)系，t34表示覆蓋網(wǎng)絡(luò)3參與者 與覆蓋網(wǎng)絡(luò)4參與者的聯(lián)盟關(guān)系，并且t33 = l，表示覆蓋網(wǎng)絡(luò)3參與者與自己的聯(lián)盟關(guān)系為1。 根據(jù)覆蓋網(wǎng)絡(luò)I參與者和覆蓋網(wǎng)絡(luò)2參與者聯(lián)盟策略矩陣的初始值，覆蓋網(wǎng)絡(luò)I參與者、覆蓋 網(wǎng)絡(luò)2參與者與覆蓋網(wǎng)絡(luò)3參與者不結(jié)成聯(lián)盟，貝賄t31 = 0，t32 = 0。因此，給T=[t31 t32 t33 t34]設(shè)定初始值T= [0 O I 1]，表示覆蓋網(wǎng)絡(luò)3參與者與覆蓋網(wǎng)絡(luò)I參與者、覆蓋網(wǎng)絡(luò)2參與 者不結(jié)成聯(lián)盟，與物理網(wǎng)絡(luò)參與者結(jié)成聯(lián)盟；
[0074]覆蓋網(wǎng)絡(luò)4參與者的聯(lián)盟策略矩陣T為1行4列的矩陣，T= [t" t42 t43 t44]，其中 t"表不覆蓋網(wǎng)絡(luò)4參與者與覆蓋網(wǎng)絡(luò)I參與者的聯(lián)盟關(guān)系，t42表不覆蓋網(wǎng)絡(luò)4參與者與覆蓋 網(wǎng)絡(luò)2參與者的聯(lián)盟關(guān)系，t43表示覆蓋網(wǎng)絡(luò)4參與者與覆蓋網(wǎng)絡(luò)3參與者的聯(lián)盟關(guān)系，t44表 示覆蓋網(wǎng)絡(luò)4參與者與自己的聯(lián)盟關(guān)系，并且t44= 1，表示覆蓋網(wǎng)絡(luò)4參與者與自己的聯(lián)盟關(guān) 系為1。根據(jù)覆蓋網(wǎng)絡(luò)1參與者、覆蓋網(wǎng)絡(luò)2參與者W及覆蓋網(wǎng)絡(luò)3參與者的聯(lián)盟策略矩陣，物 理網(wǎng)絡(luò)參與者的聯(lián)盟策略矩陣為T(mén)=[0 0 1 1]，表示物理網(wǎng)絡(luò)參與者與覆蓋網(wǎng)絡(luò)1參與者、 覆蓋網(wǎng)絡(luò)2參與者不結(jié)成聯(lián)盟，與覆蓋網(wǎng)絡(luò)3參與者結(jié)成聯(lián)盟；
[0075] 所述的參與者結(jié)成聯(lián)盟關(guān)系的物理含義是指參與者之間結(jié)成一個(gè)聯(lián)盟，然后一起 最小化該聯(lián)盟的成本;所述的聯(lián)盟的成本是指該聯(lián)盟內(nèi)的所有參與者的成本的加權(quán)和;所 述的聯(lián)盟是指同一聯(lián)盟內(nèi)所有參與者的集合；
[0076] (2)根據(jù)其他參與者的聯(lián)盟策略矩陣的當(dāng)前值，每個(gè)參與者更新其聯(lián)盟策略矩陣 T；
[0077] (3)重復(fù)執(zhí)行步驟2,直到每個(gè)參與者的聯(lián)盟策略矩陣T達(dá)到穩(wěn)定收斂，不再變化；
[0078] (4)每個(gè)參與者按照其當(dāng)前的聯(lián)盟策略矩陣T結(jié)成聯(lián)盟;屬于同一聯(lián)盟內(nèi)的參與者 按照使所在聯(lián)盟的成本最小化的路由策略進(jìn)行路由；
[0079] (5)所有參與者按照設(shè)定的統(tǒng)一周期重復(fù)執(zhí)行步驟1到步驟4, W實(shí)現(xiàn)合作優(yōu)化所 有參與者性能。
[0080] 所述步驟2的具體內(nèi)容是包括如下操作子步驟：
[0081] (201)每個(gè)參與者設(shè)定其加入聯(lián)盟C被分配的成本函數(shù)W(T),該函數(shù)等于聯(lián)盟C采 用夏普利值方擊A配給所沐參臺(tái)者的成太，核巧掛旦化血下，
[0082]
[0083] 根據(jù)步驟1中設(shè)定的所有參與者的聯(lián)盟策略矩陣初始值，覆蓋網(wǎng)絡(luò)1參與者與覆蓋 網(wǎng)絡(luò)2參與者結(jié)成聯(lián)盟，覆蓋網(wǎng)絡(luò)3參與者與物理網(wǎng)絡(luò)參與者結(jié)成聯(lián)盟，則存在的聯(lián)盟可W 表示為{1，2}，{3,4};
[0084] 覆蓋網(wǎng)絡(luò)1參與者的聯(lián)盟策略矩陣T= [1 1 0 0]，則覆蓋網(wǎng)絡(luò)1參與者屬于聯(lián)盟 U ,2}，根據(jù)W(T)的公式，
[0085]
[00化]其中，0為空聯(lián)盟，空聯(lián)盟的成本K的等于0，V({1})的結(jié)果為聯(lián)盟U ,2}的子聯(lián)盟 UK聯(lián)盟U ,2}的子聯(lián)盟{(lán)2}、聯(lián)盟{(lán)3,4}之間依次執(zhí)行自己的目標(biāo)函數(shù)直到穩(wěn)定收斂后獲 得的結(jié)果，V( {2,1})的結(jié)果為聯(lián)盟{(lán)2,1}、聯(lián)盟{(lán)3,4}之間依次執(zhí)行自己的目標(biāo)函數(shù)直到穩(wěn) 定收斂后獲得的結(jié)果，v({2})的結(jié)果為聯(lián)盟{(lán)1,2}的子聯(lián)盟{(lán)2}、聯(lián)盟{(lán)1,2}的子聯(lián)盟UK聯(lián) 盟{(lán)3,4}之間依次執(zhí)行自己的目標(biāo)函數(shù)直到穩(wěn)定收斂后獲得的結(jié)果；
[0087]覆蓋網(wǎng)絡(luò)2參與者的聯(lián)盟策略矩陣T= [1 1 0 0]，則覆蓋網(wǎng)絡(luò)2參與者屬于聯(lián)盟 U ,2}，根據(jù)W(T)的公式，
[008
[0089] 其中，0為空聯(lián)盟，空聯(lián)盟的成本R姆)等于0，v({2})的結(jié)果為聯(lián)盟U ,2}的子聯(lián)盟 {2}、聯(lián)盟U ,2}的子聯(lián)盟UK聯(lián)盟{(lán)3,4}之間依次執(zhí)行自己的目標(biāo)函數(shù)直到穩(wěn)定收斂后獲 得的結(jié)果，v( {1,2})的結(jié)果為聯(lián)盟{(lán)1,2}、聯(lián)盟{(lán)3,4}之間依次執(zhí)行自己的目標(biāo)函數(shù)直到穩(wěn) 定收斂后獲得的結(jié)果，v({l})的結(jié)果為聯(lián)盟{(lán)1,2}的子聯(lián)盟{(lán)1}、聯(lián)盟{(lán)1,2}的子聯(lián)盟{(lán)2}、聯(lián) 盟{(lán)3,4}之間依次執(zhí)行自己的目標(biāo)函數(shù)直到穩(wěn)定收斂后獲得的結(jié)果；
[0090] 覆蓋網(wǎng)絡(luò)3參與者的聯(lián)盟策略矩陣T=[0 0 1 1]，則覆蓋網(wǎng)絡(luò)3參與者屬于聯(lián)盟 {3,4}，根據(jù)W(T)的公式，
[0091]
[0092] 其中，0為空聯(lián)盟，空聯(lián)盟的成本U巧)等于0，v({3})的結(jié)果為聯(lián)盟{(lán)3,4}的子聯(lián)盟 {3}、聯(lián)盟{(lán)3,4}的子聯(lián)盟{(lán)4}、聯(lián)盟U ,2}之間依次執(zhí)行自己的目標(biāo)函數(shù)直到穩(wěn)定收斂后獲 得的結(jié)果，v( {4,3})的結(jié)果為聯(lián)盟{(lán)4,3}、聯(lián)盟{(lán)1,2}之間依次執(zhí)行自己的目標(biāo)函數(shù)直到穩(wěn) 定收斂后獲得的結(jié)果，v({4})的結(jié)果為聯(lián)盟{(lán)3,4}的子聯(lián)盟{(lán)4}、聯(lián)盟{(lán)3,4}的子聯(lián)盟{(lán)3}、聯(lián) 盟{(lán)1，2}之間依次執(zhí)行自己的目標(biāo)函數(shù)直到穩(wěn)定收斂后獲得的結(jié)果；
[0093] 覆蓋網(wǎng)絡(luò)4參與者的聯(lián)盟策略矩陣T=[0 0 1 1]，則覆蓋網(wǎng)絡(luò)4參與者屬于聯(lián)盟 {3,4}，根據(jù)W(T)的公式，
[0094
[00巧」 具甲，0刃至巧盟，至巧盟的成本則《^導(dǎo)十0，^ 14} j的結(jié)采刃巧盟13,4}的于巧盟 {4}、聯(lián)盟{(lán)3,4}的子聯(lián)盟{(lán)3}、聯(lián)盟U ,2}之間依次執(zhí)行自己的目標(biāo)函數(shù)直到穩(wěn)定收斂后獲 得的結(jié)果，V( {3,4})的結(jié)果為聯(lián)盟{(lán)3,4}、聯(lián)盟{(lán)1,2}之間依次執(zhí)行自己的目標(biāo)函數(shù)直到穩(wěn) 定收斂后獲得的結(jié)果，v({3})的結(jié)果為聯(lián)盟{(lán)3,4}的子聯(lián)盟{(lán)3}、聯(lián)盟{(lán)3,4}的子聯(lián)盟{(lán)4}、聯(lián) 盟{(lán)1，2}之間依次執(zhí)行自己的目標(biāo)函數(shù)直到穩(wěn)定收斂后獲得的結(jié)果；
[0096] 上式中，
[0097] C表示所述參與者按照聯(lián)盟策略矩陣T結(jié)成的聯(lián)盟；S表示聯(lián)盟C中的任一子聯(lián)盟， 所述子聯(lián)盟是指聯(lián)盟的一個(gè)子集(包括空子集，若為空子集，貝化為空聯(lián)盟）；k表示所述參與 者的編號(hào)，其中k是大于等于1小于等于Z的自然數(shù)，所有覆蓋網(wǎng)絡(luò)參與者的編號(hào)是從1到Z-1，物理網(wǎng)絡(luò)參與者的編號(hào)是Z;
[009引I CI表示聯(lián)盟C的大小；I S I表示子聯(lián)盟S的大小；
[0099] V(S)表示子聯(lián)盟S獲得的成本，該成本等于子聯(lián)盟S與聯(lián)盟C的其他所有由剩余的 參與者單獨(dú)構(gòu)成的子聯(lián)盟(剩余的參與者一人構(gòu)成一個(gè)子聯(lián)盟)和其他聯(lián)盟之間依次執(zhí)行 自己的目標(biāo)函數(shù)直到穩(wěn)定收斂后獲得的結(jié)果;所述的子聯(lián)盟的目標(biāo)函數(shù)采用與所述的聯(lián)盟 的目標(biāo)函數(shù)相同的函數(shù)定義形式;所述的聯(lián)盟C設(shè)定的目標(biāo)函數(shù)等于所述聯(lián)盟C內(nèi)所有參與 者成本函數(shù)加權(quán)和的最小值，該函數(shù)具體如下：
[0100]
[0101] 根據(jù)步驟1中設(shè)定的所有參與者的聯(lián)盟策略矩陣初始值，對(duì)聯(lián)盟U ,2}來(lái)說(shuō)，則它 的目標(biāo)函數(shù)h({l，2})為
[0102] h({l,2})=min g(Yl)+g(Y2)
[0103] 其中Yl、Y2分別為覆蓋網(wǎng)絡(luò)I參與者和覆蓋網(wǎng)絡(luò)2參與者的流量分配矩陣；
[0104] 對(duì)聯(lián)盟{(lán)3,4}來(lái)說(shuō)，則它的目標(biāo)函數(shù)h({3,4})為
[0105] h({3,4})=min g(Y3)+Af(X)
[0106] 其中Y3為覆蓋網(wǎng)絡(luò)3參與者的流量分配矩陣，X為物理網(wǎng)絡(luò)參與者的流量比例矩 陣，A的值在仿真實(shí)驗(yàn)中設(shè)為1;
[0107] 上式中，
[010引也=g(Y)，當(dāng)k=l，2,…，Z-I時(shí);也=^村），當(dāng)1^ = 2時(shí)；
[0109] 上式中，
[0110] A為覆蓋網(wǎng)絡(luò)參與者的時(shí)延成本和物理網(wǎng)絡(luò)參與者的擁塞成本之間的等價(jià)權(quán)重， 表示1單位時(shí)延成本等價(jià)于A單位擁塞成本；
[0111] X表示物理網(wǎng)絡(luò)參與者的流量比例矩陣，是指所有覆蓋網(wǎng)流量分配到不同物理路 徑上的比例系數(shù)所構(gòu)成的矩陣，該矩陣是一個(gè)R行N列的矩陣，R表示物理網(wǎng)絡(luò)參與者中所有 物理路徑的條數(shù)，N表示所有覆蓋網(wǎng)絡(luò)參與者的覆蓋鏈路的總條數(shù);該矩陣的第i行第j列元 素的物理含義是指第j條覆蓋鏈路的覆蓋網(wǎng)流量分配到第i條物理路徑上的比例，i是大于 等于1小于等于R的自然數(shù)，j是大于等于1小于等于N的自然數(shù)；
[0112] 參見(jiàn)圖2,圖2給出的是本發(fā)明實(shí)施例中一個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)和=個(gè)覆蓋網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)示意 圖。
[0113] 覆蓋網(wǎng)絡(luò)1有5個(gè)覆蓋節(jié)點(diǎn)Gi,Ei,Fi,Hi，Ii和12條覆蓋鏈路:G廣Ei,E廣Ii,G廣Fi,F廣 Ii，G廣出，化-Ii，E廣Gi，I廣Ei，F(xiàn)廣Gi，I廣Fi，化-Gi，I廣化；覆蓋網(wǎng)絡(luò)1中有一條從覆蓋節(jié)點(diǎn)61至。 11的需求為IMbps的覆蓋流，經(jīng)過(guò)G廣E廣11，G廣內(nèi)-11和G廣化-I iS條覆蓋路徑傳輸；
[0114] 覆蓋網(wǎng)絡(luò)2有4個(gè)覆蓋節(jié)點(diǎn)A2，C2，F(xiàn)2，化和8條覆蓋鏈路:A2-C2，C2-D2，A2-F2，F(xiàn)2-D2， C2-A2 ,D2-C2 ,F2-A2 ,D2-F2 ;覆蓋網(wǎng)絡(luò)2中有一條從覆蓋節(jié)點(diǎn)A2到D2的需求為2Mbps的覆蓋流， 經(jīng)過(guò)A2-C2-D2和A2-F2-D2兩條覆蓋路徑傳輸；
[01 1引覆蓋網(wǎng)絡(luò)3中有3個(gè)覆蓋節(jié)點(diǎn)A3，G3，E3和6條覆蓋鏈路:A3-E3 ,A3-G3 ,G3-E3 ,E3-A3，G3-A3，E3-G3;覆蓋網(wǎng)絡(luò)3中有一條從覆蓋節(jié)點(diǎn)A3到E3的需求為3Mbps的覆蓋流，經(jīng)過(guò)A3-E3和A3-G3-E3立條覆蓋路徑傳輸；
[0116] 物理網(wǎng)絡(luò)有 16 條鏈路:4-8、8-(：、(：-0、4-6、(：-6、6-0、4-6、4斗、6-1、0-1、6-6、6斗、尸-D、F-I、G-H和H-I，按順序分別標(biāo)號(hào)為巧Ij 16。
[0117] 表1
[011 引
[0119]表1給出的是覆蓋網(wǎng)絡(luò)1、覆蓋網(wǎng)絡(luò)2和覆蓋網(wǎng)絡(luò)3中的所有覆蓋鏈路映射的物理路 徑集合表。在本實(shí)施例中，因?yàn)楦采w網(wǎng)絡(luò)1中的覆蓋鏈路E廣Gi，I廣Ei，F(xiàn)i-Gi，I廣Fi，H廣Gi，1廣 出、覆蓋網(wǎng)絡(luò)2中的覆蓋鏈路C2-A2，D2-C2，F(xiàn)2-A2，D2-F2和覆蓋網(wǎng)絡(luò)3中的覆蓋鏈路E3-A3，G3-A3，E3-G3上沒(méi)有覆蓋流量，且它們映射的物理路徑集合為空（即不存在路徑可達(dá)），所W表1 中就沒(méi)列出它們映射的物理路徑集合。
[0120] 在物理網(wǎng)絡(luò)中，每條覆蓋鏈路上的流量將會(huì)給物理網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)一條物理流，該物理 流的源、目的節(jié)點(diǎn)是該覆蓋鏈路兩端覆蓋節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的物理節(jié)點(diǎn)，且該物理流的需求等于該 覆蓋鏈路上的覆蓋流量。例如，如果覆蓋鏈路G廣Ei上有l(wèi)/3Mbps的流量，那它給物理網(wǎng)絡(luò)帶 來(lái)了一條從物理節(jié)點(diǎn)G到E的需求為l/3Mbps的物理流。
[0121] 在圖2所示的實(shí)施例中，因?yàn)楦采w網(wǎng)絡(luò)1、覆蓋網(wǎng)絡(luò)2和覆蓋網(wǎng)絡(luò)3的覆蓋鏈路總條 數(shù)是26條，26條覆蓋鏈路對(duì)應(yīng)的物理路徑總條數(shù)是19條(表1中的19條），則物理網(wǎng)絡(luò)的流量 比例矩陣X為19行26列矩陣。
[0122] 實(shí)施例中只有13條覆蓋鏈路上有覆蓋流量:G廣Ei，E廣Ii，G廣Fi，F(xiàn)廣11，G廣Hi，H廣11， A2-C2，C2-D2，A2-F2，F(xiàn)2-D2，A3-E3，A3-G3，G3-E3，因此，我們按順序分別標(biāo)號(hào)為巧Ij 13，其他覆蓋 鏈路依序標(biāo)號(hào)14到26。又因?yàn)檫\(yùn)13條覆蓋鏈路映射了 19條物理路徑:G-E、E-D-I、E-I、G-F、 F-D-1、F-1、G-H、H-1、A-B-C、C-D、C-E-D、A-F、A-G-F、F-D、A-B-C-E、A-E、A-G-E、A-G、G-E，因 此我們也按順序分別標(biāo)號(hào)為1到19。
[0123] 因此，物理網(wǎng)絡(luò)的流量比例矩陣X可W表示為
[0124]
[0125] 其中XU表示第j條覆蓋鏈路的覆蓋網(wǎng)流量分配到第i條物理路徑上的比例，Xii = 1 ,X22+X32 = 1 ,X43 = 1 ,X已4+X64 = 1 ,X巧=1 ,X86 = 1 ,X97 = 1 ,X10,8+X11,8 = 1 ,X12,9+X13,9 = 1 ,X14,10 =1，郵,11+即,1伯17,11 = 1，義18,12=1，義19,13 = 1，表示物理流分配到所有物理路徑上的流量 比例之和等于1。因?yàn)镚l到El、Gl至化l、Gl到出、Hl到Ii、A2到C2、F2至化2、A3到G3、G3至化3對(duì)應(yīng)的流 只有1條，所W Xll , X43 , X7日，X86 , X97 , X14,1日,X18,12 , X19,13的值為1。因此，可W設(shè)定X的初始值為：
[0126]
[0127] Y是所述覆蓋網(wǎng)絡(luò)參與者的流量分配矩陣，是指該覆蓋網(wǎng)絡(luò)參與者中的每條覆蓋 流分配到該覆蓋網(wǎng)絡(luò)參與者的不同覆蓋路徑上的流量所構(gòu)成的矩陣，該矩陣是一個(gè)P行Q列 的矩陣，P表示該覆蓋網(wǎng)絡(luò)參與者的覆蓋路徑的條數(shù)，Q表示該覆蓋網(wǎng)絡(luò)參與者的覆蓋流的 條數(shù);該矩陣的第m行第n列元素的物理含義是指第n條覆蓋流分配到第m條覆蓋路徑上的流 量，m是大于等于1小于等于P的自然數(shù)，n是大于等于1小于等于Q的自然數(shù)；
[012引參見(jiàn)圖2,覆蓋網(wǎng)絡(luò)1中有一條從覆蓋節(jié)點(diǎn)Gi到Ii的需求為IMbps的覆蓋流，經(jīng)過(guò)S 條覆蓋路徑傳輸，則覆蓋網(wǎng)絡(luò)1的流量分配矩陣Y為3行1列的矩陣，
，其中yii表示 該覆蓋流分配到覆蓋路徑Gi-Ei-Ii上的覆蓋流量，Y21表不該覆蓋流分配到覆蓋路徑Gi-Fi-Ii 上的流量，y3讀示該覆蓋流分配到覆蓋路徑Gi-出-I止的流量，并且yii+y2i+y3i = l，表示該 覆蓋流分配到S條覆蓋路徑上的覆蓋流量之和等于該覆蓋流的IMbps需求。運(yùn)里，給
[0129] 覆蓋網(wǎng)絡(luò)2中有一條從覆蓋節(jié)點(diǎn)A2到化的需求為2Mbps的覆蓋流，經(jīng)過(guò)兩條覆蓋路 徑傳輸，則覆蓋網(wǎng)絡(luò)2的流量分配矩陣Y為2行1列的矩陣
其中yii表示該覆蓋流分 配到覆蓋路徑A2-C2-D2上的覆蓋流量，y2康示該覆蓋流分配到覆蓋路徑A2-F2-D2上的流量， 并且yii+y2i = 2,表示該覆蓋流分配到兩條覆蓋路徑上的覆蓋流量之和等于該覆蓋流的 2Mbps需求。運(yùn)里，每
受定初始值為
[0130] 覆蓋網(wǎng)絡(luò)3中有一條從覆蓋節(jié)點(diǎn)A3到E3的需求為3Mbps的覆蓋流，經(jīng)過(guò)兩條覆蓋路 徑傳輸，則覆蓋網(wǎng)絡(luò)3的流量分配矩陣Y為2行1列的矩陣，
，其中yii表示該覆蓋流分 配到覆蓋路徑A3-&上的覆蓋流量，y2i表示該覆蓋流分配到覆蓋路徑A3-G3-E3上的流量，并 且yii+y2i = 3,表示該覆蓋流分配到兩條覆蓋路徑上的覆蓋流量之和等于該覆蓋流的3Mbps 需求。運(yùn)里，緒
設(shè)定初始值3
[0131] f (X)表示物理網(wǎng)絡(luò)參與者的擁塞指標(biāo)函數(shù)，該函數(shù)等于所有物理鏈路的擁塞成本 之和，該函數(shù)具體如下：
[0132] f(x)=ST(KL)
[0133] 上式中，
[0134] 5為長(zhǎng)度為E，元素值全為1的向量，E表示物理網(wǎng)絡(luò)參與者中所有物理鏈路的條數(shù)；
[0135] 參照?qǐng)D2,物理網(wǎng)絡(luò)有16條物理鏈路，所有S為16行1列的矩陣，則S為：
[0136] 5 = [1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1]T
[0137] O(L)表示所有物理鏈路的擁塞成本函數(shù)向量，定義O(L) = (OiGi)，…，Oe(Ie)，…， 〇E(1e))T，其中Oe(Ie)表示物理鏈路e的擁塞成本函數(shù)，該函數(shù)具體如下：
[013 引
[0139] Ce表示物理鏈路e的容量；
[0140] Ie表示物理鏈路e上的流量值；
[0141] L表示所有物理鏈路的流量值向量，定義L=Qi,…，Ie,…，1e)t，L的計(jì)算如下：
[0142] L=AXH
[0143] A表示物理網(wǎng)絡(luò)參與者的物理路徑是否經(jīng)過(guò)物理鏈路的標(biāo)識(shí)矩陣，該矩陣是一個(gè)E 行R列的矩陣，E表示物理網(wǎng)絡(luò)參與者中所有物理鏈路的條數(shù)，R表示物理網(wǎng)絡(luò)參與者中所有 物理路徑的條數(shù);該矩陣的第S行第t列元素的物理含義是指第t條物理路徑是否經(jīng)過(guò)第S條 物理鏈路，經(jīng)過(guò)時(shí)該元素值為1，不經(jīng)過(guò)時(shí)該元素值為0,其中S是大于等于1小于等于E的自 然數(shù)，t是大于等于1小于等于R的自然數(shù)；
[0144] 參照?qǐng)D2,物理網(wǎng)絡(luò)中有16條物理鏈路和19條物理路徑，則A為16行19列的矩陣，貝U A為
[0145]
[0146] X表示物理網(wǎng)絡(luò)參與者的流量比例矩陣；
[0147] H甚一個(gè)N斤1列的矩陣，具體計(jì)算公式如下：
[014 引
[0149] 上式中，
[0150] 對(duì)于每一個(gè)覆蓋網(wǎng)絡(luò)參與者，B表示該覆蓋網(wǎng)絡(luò)參與者中的覆蓋路徑是否經(jīng)過(guò)該 覆蓋網(wǎng)絡(luò)參與者中的覆蓋鏈路的標(biāo)識(shí)矩陣，矩陣B是一個(gè)W行P列的矩陣，W表示該覆蓋網(wǎng)絡(luò) 參與者的覆蓋鏈路的條數(shù)，P表示該覆蓋網(wǎng)絡(luò)參與者的覆蓋路徑的條數(shù);該矩陣的第U行第V 列元素的物理含義是指第V條覆蓋路徑是否經(jīng)過(guò)第U條覆蓋鏈路，經(jīng)過(guò)時(shí)該元素值為1，不經(jīng) 過(guò)時(shí)該元素值為0,其中U是大于等于1小于等于W的自然數(shù)，V是大于等于1小于等于P的自然 數(shù)；
[0151] Y表示把覆蓋網(wǎng)絡(luò)參與者的流量分配矩陣Y中所有的非零元素按照其所在列的順 序依次進(jìn)行列排列所構(gòu)成的P行1列的矩陣；
[0152] r炸f)表示按照所有覆蓋網(wǎng)絡(luò)參與者的編號(hào)順序，把所有覆蓋網(wǎng)絡(luò)參與者的B亨依 次進(jìn)行列排列所構(gòu)成的N行1列的矩陣；
[0153] 參見(jiàn)圖2,覆蓋網(wǎng)絡(luò)1中有12條覆蓋鏈路和=條覆蓋路徑，則覆蓋網(wǎng)絡(luò)1的標(biāo)識(shí)矩陣 B為12行3列的矩陣，貝化為
[0154]
[0K5]因?yàn)楦采w網(wǎng)絡(luò)I的初始值式
：所W根據(jù)￥的定義
，則為
[0156]
[0157] 覆蓋網(wǎng)絡(luò)2中有8條覆蓋鏈路和2條覆蓋路徑，則覆蓋網(wǎng)絡(luò)2的標(biāo)識(shí)矩陣B為8行2列 的矩陣，貝化為
[015 引
[0159] 因?yàn)楦采w網(wǎng)絡(luò)2的初始值為
斤W根據(jù)Y的定義

[0160] 覆蓋網(wǎng)絡(luò)3中有6條覆蓋鏈路和2條覆蓋路徑，貝覆蓋網(wǎng)絡(luò)3的標(biāo)識(shí)矩陣B為6行2列 的矩陣，邱ID心
[0161]
[0162]因?yàn)楦采w網(wǎng)絡(luò)3的初始值；
所W根據(jù)￥的定義
[0163 ]根據(jù)H的公式，H為一個(gè)26行1列的矩陣，貝化為
[0164]
[0165] 運(yùn)里，H中所有覆蓋鏈路的標(biāo)號(hào)順序必須與X中所有覆蓋鏈路的標(biāo)號(hào)順序保持一 致。
[0166] g(Y)是覆蓋網(wǎng)絡(luò)參與者的時(shí)延指標(biāo)函數(shù)，該函數(shù)等于所述覆蓋網(wǎng)絡(luò)參與者的所有 覆蓋鏈路的時(shí)延成本之和，該函數(shù)具體如下：
[0167] g(Y) = (AXQ )巧化）
[016引 上式中，
[0169] A表示物理網(wǎng)絡(luò)參與者的物理路徑是否經(jīng)過(guò)物理鏈路的標(biāo)識(shí)矩陣；
[0170] X表示物理網(wǎng)絡(luò)參與者的流量比例矩陣；
[0171 ] Q是一個(gè)N行1列的矩陣，具體計(jì)算公式如下：
[0172]
[0173] 上式中，
[0174] B表示覆蓋網(wǎng)絡(luò)參與者的覆蓋路徑是否經(jīng)過(guò)覆蓋鏈路的標(biāo)識(shí)矩陣；
[0175] Y表示把所述覆蓋網(wǎng)絡(luò)參與者的流量分配矩陣Y中所有的非零元素按照其所在列 的順序依次進(jìn)行列排列所構(gòu)成的P行1列的矩陣；
[0176] W;(B巧表示按照所有覆蓋網(wǎng)絡(luò)參與者的編號(hào)順序，將所述覆蓋網(wǎng)絡(luò)參與者的B專擴(kuò) 展成與矩陣H大小一致的N行1列的矩陣，并將該矩陣中除所述覆蓋網(wǎng)對(duì)應(yīng)位置之外的元素 全部置為零；
[0177] 覆蓋網(wǎng)絡(luò)1的 ，根拐
的 定義，Q為26行1列的矩陣，則Q為：
[017 引
[0179] 覆蓋網(wǎng)絡(luò)2的
的定義，Q為26 行1列的矩陣，則Q為：
[0180] Q =[0 000001111000000000000000 0]T
[0181] 覆蓋網(wǎng)絡(luò)3的
巧定義，Q為26行1列的 矩陣，則Q為：
[0182]
[0183] D(L)表示所有物理鏈路的時(shí)延成本函數(shù)向量，定義D(L) = (di(li)，…，de(le)，…， (Ie(Ie))T,其中de(le)表示物理鏈路e的時(shí)延成本函數(shù)，該函數(shù)具體如下：
[0184] de(le) = l/ke-le)+P
[0185] 該函數(shù)等于排隊(duì)時(shí)延和傳播時(shí)延之和，Ce表示物理鏈路e的容量，l/(Ce-le)表示M/ M/1排隊(duì)時(shí)延，常數(shù)P表示傳播時(shí)延(P的值一般與物理鏈路兩端節(jié)點(diǎn)間的距離成正比，在仿 真實(shí)驗(yàn)中，我們統(tǒng)一設(shè)為1秒）；
[0186] (202)參與者對(duì)所述的被分配的成本函數(shù)W(T)進(jìn)行最優(yōu)化處理，即計(jì)算出使得被 分配的成本函數(shù)W(T)取得最小值時(shí)的聯(lián)盟策略矩陣T;
[0187] 所述步驟201中，所述的子聯(lián)盟S與聯(lián)盟C的其他所有由剩余的參與者單獨(dú)構(gòu)成的 子聯(lián)盟和其他聯(lián)盟之間依次執(zhí)行自己的目標(biāo)函數(shù)的過(guò)程跟所述的聯(lián)盟之間依次執(zhí)行自己 的目標(biāo)函數(shù)的過(guò)程相同；
[0188] 所述步驟201中，所述的聯(lián)盟目標(biāo)函數(shù)設(shè)定的計(jì)算方法是遺傳算法；
[0189] 在遺傳算法中，覆蓋網(wǎng)絡(luò)參與者的染色體表示為Y，物理網(wǎng)絡(luò)參與者的染色體表示 為X，染色體的個(gè)數(shù)為50個(gè)，容忍誤差設(shè)為0.0 Ol，交叉概率設(shè)為0.8，變異概率設(shè)為0.5。在遺 傳算法初始階段，初始化50個(gè)可行的染色體，然后依次采用評(píng)價(jià)、選擇、交叉和變異的操作 依次迭代直到聯(lián)盟的目標(biāo)函數(shù)MC)取得最小值。
[0190] 覆蓋網(wǎng)絡(luò)1參與者、覆蓋網(wǎng)絡(luò)2參與者、覆蓋網(wǎng)絡(luò)3參與者、物理網(wǎng)絡(luò)參與者最后結(jié) 成聯(lián)盟的穩(wěn)定態(tài)的結(jié)果如下：
[0191] 覆蓋網(wǎng)絡(luò)1參與者的聯(lián)盟策略矩陣T=[l 1 1 0];
[0192] 覆蓋網(wǎng)絡(luò)2參與者的聯(lián)盟策略矩陣T=[l 1 1 0];
[0193] 覆蓋網(wǎng)絡(luò)3參與者的聯(lián)盟策略矩陣T=[l 1 1 0];
[0194] 物理網(wǎng)絡(luò)參與者的聯(lián)盟策略矩陣T= [0 0 0 1];
[01%]發(fā)明人對(duì)本發(fā)明的方法進(jìn)行了大量仿真實(shí)驗(yàn)，仿真實(shí)驗(yàn)證明混合路由交互導(dǎo)致網(wǎng) 絡(luò)性能的振蕩，采用本發(fā)明的方法后，系統(tǒng)在多次混合路由交互后收斂到了一個(gè)穩(wěn)定的狀 態(tài)，獲得了物理網(wǎng)絡(luò)和覆蓋網(wǎng)絡(luò)的最優(yōu)性能。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種合作優(yōu)化覆蓋網(wǎng)絡(luò)性能的方法，其特征在于:所述方法包括下列操作步驟： (1) 給每個(gè)參與者的聯(lián)盟策略矩陣T設(shè)定初始值； 所述的參與者是指覆蓋網(wǎng)絡(luò)或者物理網(wǎng)絡(luò);所述的參與者的聯(lián)盟策略矩陣T是指每個(gè) 參與者與其他參與者結(jié)成聯(lián)盟關(guān)系所構(gòu)成的矩陣，該矩陣是一個(gè)1行Z列的矩陣，Z表示所有 參與者的個(gè)數(shù)，包括所有覆蓋網(wǎng)絡(luò)和1個(gè)物理網(wǎng)絡(luò);所述的參與者的聯(lián)盟策略矩陣T的第1行 第k列元素的物理含義是指所述的參與者與第k個(gè)參與者的關(guān)系，兩者若是結(jié)成聯(lián)盟關(guān)系則 該元素值為1，否則該元素值為0，k是大于等于1小于等于Z的自然數(shù)； 所述的參與者結(jié)成聯(lián)盟關(guān)系的物理含義是指參與者之間結(jié)成一個(gè)聯(lián)盟，然后一起最小 化該聯(lián)盟的成本;所述的聯(lián)盟的成本是指該聯(lián)盟內(nèi)的所有參與者的成本的加權(quán)和;所述的 聯(lián)盟是指同一聯(lián)盟內(nèi)所有參與者的集合； (2) 根據(jù)其他參與者的聯(lián)盟策略矩陣的當(dāng)前值，每個(gè)參與者更新其聯(lián)盟策略矩陣T; (3) 重復(fù)執(zhí)行步驟2,直到每個(gè)參與者的聯(lián)盟策略矩陣T達(dá)到穩(wěn)定收斂，不再變化； (4) 每個(gè)參與者按照其當(dāng)前的聯(lián)盟策略矩陣T結(jié)成聯(lián)盟;屬于同一聯(lián)盟內(nèi)的參與者按照 使所在聯(lián)盟的成本最小化的路由策略進(jìn)行路由； (5) 所有參與者按照設(shè)定的統(tǒng)一周期重復(fù)執(zhí)行步驟1到步驟4, W實(shí)現(xiàn)合作優(yōu)化所有參 與者性能。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種合作優(yōu)化覆蓋網(wǎng)絡(luò)性能的方法，其特征在于:所述步驟2 的具體內(nèi)容是包括如下操作子步驟： (201)每個(gè)參與者設(shè)定其加入聯(lián)盟C被分配的成本函數(shù)w(T)，該函數(shù)等于聯(lián)盟C采用夏 普利值方式分配給所述參與者的成本，該函數(shù)具體如下：上式中， C表示所述參與者按照聯(lián)盟策略矩陣T結(jié)成的聯(lián)盟；S表示聯(lián)盟C中的任一子聯(lián)盟，所述 子聯(lián)盟是指聯(lián)盟的一個(gè)子集(包括空子集，若為空子集，貝化為空聯(lián)盟）；k表示所述參與者的 編號(hào)，其中k是大于等于1小于等于Z的自然數(shù)，所有覆蓋網(wǎng)絡(luò)參與者的編號(hào)是從1到Z-1，物 理網(wǎng)絡(luò)參與者的編號(hào)是Z; CI表示聯(lián)盟C的大?。籌SI表示子聯(lián)盟S的大??； V(S)表示子聯(lián)盟S獲得的成本，該成本等于子聯(lián)盟S與聯(lián)盟C的其他所有由剩余的參與 者單獨(dú)構(gòu)成的子聯(lián)盟(剩余的參與者一人構(gòu)成一個(gè)子聯(lián)盟)和其他聯(lián)盟之間依次執(zhí)行自己 的目標(biāo)函數(shù)直到穩(wěn)定收斂后獲得的結(jié)果;所述的子聯(lián)盟的目標(biāo)函數(shù)采用與所述的聯(lián)盟的目 標(biāo)函數(shù)相同的函數(shù)定義形式;所述的聯(lián)盟C設(shè)定的目標(biāo)函數(shù)等于所述聯(lián)盟C內(nèi)所有參與者成 本函數(shù)加權(quán)和的最小值，該函數(shù)具體如下：上式中， 也= g(Y)，當(dāng) k=l,2,…，Ζ-1 時(shí);Φι<=λ?·(Χ)，當(dāng) k = z時(shí)； 上式中， λ為覆蓋網(wǎng)絡(luò)參與者的時(shí)延成本和物理網(wǎng)絡(luò)參與者的擁塞成本之間的等價(jià)權(quán)重，表示1 單位時(shí)延成本等價(jià)于λ單位擁塞成本； X表示物理網(wǎng)絡(luò)參與者的流量比例矩陣，是指所有覆蓋網(wǎng)流量分配到不同物理路徑上 的比例系數(shù)所構(gòu)成的矩陣，該矩陣是一個(gè)R行Ν列的矩陣，R表示物理網(wǎng)絡(luò)參與者中所有物理 路徑的條數(shù)，Ν表示所有覆蓋網(wǎng)絡(luò)參與者的覆蓋鏈路的總條數(shù);該矩陣的第i行第j列元素的 物理含義是指第j條覆蓋鏈路的覆蓋網(wǎng)流量分配到第i條物理路徑上的比例，i是大于等于1 小于等于R的自然數(shù)，j是大于等于1小于等于N的自然數(shù)； Y是所述覆蓋網(wǎng)絡(luò)參與者的流量分配矩陣，是指該覆蓋網(wǎng)絡(luò)參與者中的每條覆蓋流分 配到該覆蓋網(wǎng)絡(luò)參與者的不同覆蓋路徑上的流量所構(gòu)成的矩陣，該矩陣是一個(gè)P行Q列的矩 陣，P表示該覆蓋網(wǎng)絡(luò)參與者的覆蓋路徑的條數(shù)，Q表示該覆蓋網(wǎng)絡(luò)參與者的覆蓋流的條數(shù)； 該矩陣的第m行第η列元素的物理含義是指第η條覆蓋流分配到第m條覆蓋路徑上的流量，m 是大于等于1小于等于P的自然數(shù)，η是大于等于1小于等于Q的自然數(shù)； f(X)表示物理網(wǎng)絡(luò)參與者的擁塞指標(biāo)函數(shù)，該函數(shù)等于所有物理鏈路的擁塞成本之 和，該函數(shù)具體如下： f(X) = ST〇(L) 上式中， δ為長(zhǎng)度為E，元素值全為1的向量，E表示物理網(wǎng)絡(luò)參與者中所有物理鏈路的條數(shù)； 〇化)表示所有物理鏈路的擁塞成本函數(shù)向量，定義〇化）=(01(h)，…，Oe(le)，…，〇Ε (1ε))Τ，其中Oe(le)表示物理鏈路e的擁塞成本函數(shù)，該函數(shù)具體如下：ce表示物理鏈路e的容量； le表示物理鏈路e上的流量值； L表示所有物理鏈路的流量值向量，定義L= (h，…，le，…，1e)t，L的計(jì)算如下： L=AXH A表示物理網(wǎng)絡(luò)參與者的物理路徑是否經(jīng)過(guò)物理鏈路的標(biāo)識(shí)矩陣，該矩陣是一個(gè)E行R 列的矩陣，E表示物理網(wǎng)絡(luò)參與者中所有物理鏈路的條數(shù)，R表示物理網(wǎng)絡(luò)參與者中所有物 理路徑的條數(shù);該矩陣的第S行第t列元素的物理含義是指第t條物理路徑是否經(jīng)過(guò)第S條物 理鏈路，經(jīng)過(guò)時(shí)該元素值為1，不經(jīng)過(guò)時(shí)該元素值為0,其中S是大于等于1小于等于E的自然 數(shù)，t是大于等于1小于等于R的自然數(shù)； X表示物理網(wǎng)絡(luò)參與者的流量比例矩陣； Η是一個(gè)N行1列的矩陣，具體計(jì)算公式如下： Η = T(B 巧 上式中， 對(duì)于每一個(gè)覆蓋網(wǎng)絡(luò)參與者，B表示該覆蓋網(wǎng)絡(luò)參與者中的覆蓋路徑是否經(jīng)過(guò)該覆蓋 網(wǎng)絡(luò)參與者中的覆蓋鏈路的標(biāo)識(shí)矩陣，矩陣B是一個(gè)W行P列的矩陣，W表示該覆蓋網(wǎng)絡(luò)參與 者的覆蓋鏈路的條數(shù)，P表示該覆蓋網(wǎng)絡(luò)參與者的覆蓋路徑的條數(shù);該矩陣的第U行第V列元 素的物理含義是指第V條覆蓋路徑是否經(jīng)過(guò)第U條覆蓋鏈路，經(jīng)過(guò)時(shí)該元素值為1，不經(jīng)過(guò)時(shí) 該元素值為0，其中U是大于等于1小于等于W的自然數(shù)，V是大于等于1小于等于P的自然數(shù)； ?表示把覆蓋網(wǎng)絡(luò)參與者的流量分配矩陣Y中所有的非零元素按照其所在列的順序依 次進(jìn)行列排列所構(gòu)成的P行1列的矩陣； 「(B巧表示按照所有覆蓋網(wǎng)絡(luò)參與者的編號(hào)順序，把所有覆蓋網(wǎng)絡(luò)參與者的Bf依次進(jìn) 行列排列所構(gòu)成的N行1列的矩陣； g(Y)是覆蓋網(wǎng)絡(luò)參與者的時(shí)延指標(biāo)函數(shù)，該函數(shù)等于所述覆蓋網(wǎng)絡(luò)參與者的所有覆蓋 鏈路的時(shí)延成本之和，該函數(shù)具體如下： g(Y) = (AXQ)化化） 上式中， A表示物理網(wǎng)絡(luò)參與者的物理路徑是否經(jīng)過(guò)物理鏈路的標(biāo)識(shí)矩陣； X表示物理網(wǎng)絡(luò)參與者的流量比例矩陣； Ω是一個(gè)N行1列的矩陣，具體計(jì)算公式如下： ? = ip焊巧 上式中， B表示覆蓋網(wǎng)絡(luò)參與者的覆蓋路徑是否經(jīng)過(guò)覆蓋鏈路的標(biāo)識(shí)矩陣； Y表示把所述覆蓋網(wǎng)絡(luò)參與者的流量分配矩陣Y中所有的非零元素按照其所在列的順 序依次進(jìn)行列排列所構(gòu)成的P行1列的矩陣； Ψ巧巧表示按照所有覆蓋網(wǎng)絡(luò)參與者的編號(hào)順序，將所述覆蓋網(wǎng)絡(luò)參與者的妍擴(kuò)展成 與矩陣Η大小一致的N行1列的矩陣，并將該矩陣中除所述覆蓋網(wǎng)對(duì)應(yīng)位置之外的元素全部 置為零； D化)表示所有物理鏈路的時(shí)延成本函數(shù)向量，定義D化）=(di(li)，…，de(le)，…，dE (1e))T，其中de(le)表示物理鏈路e的時(shí)延成本函數(shù)，該函數(shù)具體如下： de(le)二 1/( Ce-le) +P 該函數(shù)等于排隊(duì)時(shí)延和傳播時(shí)延之和，Ce表示物理鏈路e的容量，l/(Ce-le)表示M/M/1 排隊(duì)時(shí)延，常數(shù)P表示傳播時(shí)延； (202)參與者對(duì)所述的被分配的成本函數(shù)w(T)進(jìn)行最優(yōu)化處理，即計(jì)算出使得被分配 的成本函數(shù)W(T)取得最小值時(shí)的聯(lián)盟策略矩陣T。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種合作優(yōu)化覆蓋網(wǎng)絡(luò)性能的方法，其特征在于：所述步驟 201中，所述的子聯(lián)盟S與聯(lián)盟C的其他所有由剩余的參與者單獨(dú)構(gòu)成的子聯(lián)盟和其他聯(lián)盟 之間依次執(zhí)行自己的目標(biāo)函數(shù)的過(guò)程跟所述的聯(lián)盟之間依次執(zhí)行自己的目標(biāo)函數(shù)的過(guò)程 相同。4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種合作優(yōu)化覆蓋網(wǎng)絡(luò)性能的方法，其特征在于：所述步驟 201中，所述的聯(lián)盟目標(biāo)函數(shù)設(shè)定的計(jì)算方法是遺傳算法。
【文檔編號(hào)】H04L12/801GK105847144SQ201610365578
【公開(kāi)日】2016年8月10日
【申請(qǐng)日】2016年5月27日
【發(fā)明人】廖建新, 王敬宇, 龔軍, 朱曉民, 李彤紅
【申請(qǐng)人】北京郵電大學(xué)