[发明专利]一种基于非线性容量负载模型的网络资源再分配方法

说明书

技术领域

本发明属于通信网络以及可靠性技术领域，具体涉及一种基于非线性容量负载模型的网络资源再分配方法。

背景技术

在现实环境中，人们往往在网络发生故障，导致网络性能下降后，才新增加一定的网络资源对某些网络节点进行再次分配，例如对这些节点进行性能升级，以使整网性能得到一定程度上的恢复，满足人们对某些网络服务能力的要求。这类问题在实际工程中十分常见，与投入一定成本的情况下，使网络系统获得尽可能好的鲁棒性相似。

对网络资源进行优化配置能提高网络传输性能和控制网络故障传播，一直以来都受到了极大的关注。网络资源分配策略目前在网络可靠性研究方向的应用主要包括：网络资源优化分配对网络故障传播现象的控制和预防，目前已经取得了一定的研究进展，具体的研究角度也不尽相同。

但是，已有的大多数研究在网络资源分配策略的分析、评价方面仍存在一定局限性与不足，例如，不能全面衡量网络资源配置模型的有效性和可行性，并且不能结合网络节点的实际特征，比如节点容量与负载关系的影响，以网络系统级联失效的预防控制为目的进行网络容量优化分配的研究。

当网络发生级联失效后，对新增加的网络容量资源进行再分配，能够使网络性能得到一定恢复。当前的网络资源优化分配策略大多是针对网络的初始资源进行分配，忽略了对于后续新增网络资源的优化配置。

例如：Ghamry W K,Elsayed K M F的文献“Network design methods for mitigation of intentional attacks in scale-free networks”，只是进行简单的资源配置而没有考虑网络中的实时信息，同时也没有考虑在网络流量动态分布下发生级联失效的情况；

现有技术：Paolo Crucitti，Vito Latora的文献“A model for cascading failures in complex networks”中考虑了发生级联失效的情况，根据线性比例关系提出了线性容量负载模型，没有考虑网络容量与负载非线性特征的资源分配策略。

发明内容

本发明的目的是：在考虑网络容量与负载非线性特性的前提下，针对网络遭受攻击发生级联失效的情况，提出了一种基于非线性容量负载模型的网络资源再分配方法。

包括如下步骤：

步骤一：基于网络正常工作状态下节点容量与负载的非线性关系，提出非线性容量负载模型；

C_i＝α×L_i(0)+α×L_i(0)^1-β

i＝1,2...N,α≥1,0＜β＜1

式中：网络中任意节点i的容量为C_i，节点i在初始时刻的负载为L_i(0)，α为容忍参数，β为非线性系数。

步骤二：根据非线性容量负载模型以及网络发生级联失效后的节点容量负载特性，提出了针对新增网络容量资源的再分配策略；

针对新增网络容量资源的再分配策略，用Cnlinr表示：

式中：C_i增是经过资源再分配后，节点i的新增容量；θ为比例参数，0＜θ≤1；网络发生级联失效后性能下降到稳态T时刻时，节点i的负载为L_i(T)。η,γ为非线性系数。

步骤三：对新增网络资源再分配策略进行仿真与对比；

通过仿真实验，将所提出的资源再分配策略与已有的三种资源再分配策略进行比较。

仿真的具体步骤：

步骤3.2.1：建立网络拓扑结构图，同时移除网络中负载最大的节点；

步骤3.2.2：网络级联失效发生后，计算网络达到新稳态T时刻时的网络效率E(T)。

e_ij表示节点i与节点j之间的最短路径的传输效率。

步骤3.2.3：判断网络效率E(T)是否达到稳定，稳定后进入步骤3.2.4，否则，返回步骤3.2.2重新计算；

步骤3.2.4：对新增的网络容量资源分别按着四种资源再分配策略进行分配；

步骤3.2.5：对新增资源再分配后，计算网络再一次达到稳态时的网络效率E(f)；

步骤3.2.6：判断网络效率E(f)是否达到稳定，稳定后结束，否则，返回步骤3.2.5。

本发明的优点与积极效果在于：