CN108174446B - 一种资源占用度最小化的网络节点链路资源联合分配方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于无线通信技术领域，公开了一种资源占用度最小化的网络节点链路资源联合分配方法，针对通信网络中的所有节点和链路，分别表示每个个体的资源量；基于网络节点个体和网络链路个体之间的关联关系，建立通信网络节点和网络链路的联合表示；计算导致网络节点和链路关联对的资源占用度：确定分配路径和相应的资源。与常用针对单个业务需求的分配算法相比，本发明选择资源较充裕的链路形成路径和资源分配，避免了业务对资源的贪婪占用，为后继业务预留较充分的资源，保障了网络整体性能；与常用的网络资源整体性能最大化分析算法相比，本发明能够具体的形成为单个业务的具体资源分配结果。

Description

一种资源占用度最小化的网络节点链路资源联合分配方法
技术领域
本发明属于无线通信网络技术领域，尤其涉及一种资源占用度最小化的网络节点链路资源联合分配方法。
背景技术
在无线通信网络中，针对端到端通信节点对之间进行网络资源分配时，与相邻节点之间链路上的资源分配不同，不仅仅是资源的分配，还包含为源节点到达目标节点之间业务需求提供资源的网络路由的决策过程。在路由决策与资源管理结合的过程中，一般的网络资源分配方法通常仅考虑网络链路的资源和属性，较少与网络节点资源和属性一并考虑。然而提供网络资源的路由是由网络中一系列节点和链路共同形成的，涉及的资源也包括网络中的节点资源和链路资源。如果仅仅孤立的依据链路资源属性形成路由和资源分配决策结果，有可能会存在较大弊端，未被联合考虑的节点环节将成为制约通信过程的瓶颈以及影响通信性能的因素。另一方面，在为端到端通信业务决策路由并分配相关资源时，常用的处理方式通常是基于某种通信指标仅为单次端到端业务需求寻找最短路由并进行资源分配的方法，或者从网络群体业务总和的角度上形成宏观的资源分配。前一类的基于最短路径算法的网络资源分配方式，是针对单个业务需求的最优化处理。这种分配方式在不考虑后继其它业务的情况下，以当前需求性能的最大化满足为目标形成的资源分配，往往容易引起网络中的负载不均衡，导致业务路由中有些链路和节点上的通信业务负载比较重，而其它链路和节点上的通信业务负载比较轻，这将会导致网络为其它业务服务的潜在能力较低。也就是说，针对单次业务的最优化分配方式会影响网络整体的服务能力。而后一类分配方式通常采用的方法包括最大流算法等，追求的是网络整体能力的最大化，但是对于接受分配的每个业务并不一定能够得到最优的资源分配结果，其性能也不一定是最优的。
综上所述，现有技术存在的问题是：基于最短路径算法的网络资源分配方式容易引起网络中的负载不均衡，因而会影响网络整体的服务能力；基于最大流算法的分配方式，对于接受分配的每个业务并不一定能够得到最优的资源分配结果。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种资源占用度最小化的网络节点链路资源联合分配方法。
本发明是这样实现的，一种资源占用度最小化的网络节点链路资源联合分配方法，所述资源占用度最小化的网络节点链路资源联合分配方法包括以下步骤：
步骤一，针对通信网络中的所有节点和链路，分别表示每个个体的资源量；
步骤二，基于网络节点个体和网络链路个体之间的关联关系，建立通信网络节点和网络链路的联合表示；
步骤三，计算导致网络节点和链路关联对的资源占用度：
步骤四，确定分配路径和相应的资源。
进一步，所述资源占用度最小化的网络节点链路资源联合分配方法包括以下步骤：
第一步，网络链路以链路传输速率作为其资源量，表示为eij，其中i、j分别为有向链路(i,j)的起点与终点；网络节点以节点的处理速率作为其资源量，表示为vi，其中i为网络节点；
第二步，基于网络节点个体和网络链路个体之间的关联关系，建立通信网络节点和网络链路的联合表示，节点和链路关联对所具有的联合资源表示为：
Sij＝min(eij，vj)；
第三步，Sneed表示端到端业务的传输速率要求，并作为资源需求量和分配目标量，计算导致网络节点和链路关联对的资源占用度；
第四步，资源占用度Rij作为网络链路(i,j)的长度，为节点s到节点d的端到端通信业务确定分配路径和相应的资源。
进一步，所述步骤三中计算导致网络节点和链路关联对的资源占用度Rij：
Figure BDA0001488261520000031
进一步，所述步骤四的目标函数为：
Figure BDA0001488261520000032
Figure BDA0001488261520000033
其中，E表示网络中所有链路(i,j)的集合，xij为资源分配变量，其取值为0或者1，为网络资源分配具体结果；xij取值为1，表示链路(i,j)位于决策形成的节点s到节点d的分配路径上，并在链路上为业务分配资源Sneed；xij取值为0表示对应的链路(i,j)不为业务进行资源分配。
本发明的另一目的在于提供一种利用所述资源占用度最小化的网络节点链路资源联合分配方法的无线通信网络。
本发明为端到端业务资源需求进行资源分配，兼顾网络资源的整体服务能力，形成针对端到端通信业务的网络节点和链路资源联合分配算法。
与常用针对单个业务需求的分配算法相比，本发明选择资源较充裕的链路形成路径和资源分配，避免了业务对资源的贪婪占用，为后继业务预留较充分的资源，保障了网络整体性能；与常用的网络资源整体性能最大化分析算法相比，本发明能够具体的形成为单个业务的具体资源分配结果。
附图说明
图1是本发明实施例提供的资源占用度最小化的网络节点链路资源联合分配方法流程图。
图2是本发明实施例提供的拓扑与节点、链路资源示意图。
图3是本发明实施例提供的拓扑与联合资源表示图。
图4是本发明实施例提供的拓扑与资源占用度表示图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明可用于提高网络承载的端到端业务量，提高网络资源利用率；同时兼顾获得资源的通信业务性能较好与网络整体资源的服务能力较大目标。
下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。
如图1所示，本发明实施例提供的资源占用度最小化的网络节点链路资源联合分配方法包括以下步骤：
S101：针对通信网络中的所有节点和链路，分别表示每个个体的资源量；
S102：基于网络节点个体和网络链路个体之间的关联关系，建立通信网络节点和网络链路的联合表示；
S103：计算导致网络节点和链路关联对的资源占用度：
S104：确定分配路径和相应的资源。
下面结合附图对本发明的应用原理作进一步的描述。
本发明实施例提供的资源占用度最小化的网络节点链路资源联合分配方法具体包括以下步骤：
步骤一，针对通信网络中的所有节点和链路，分别确定节点与链路资源的个体资源量，如图2；
步骤二，求出通信网络中，关联节点与链路对的联合资源表示Sij＝min(eij，vj)，如图3；
步骤3：已知Sneed＝2Mbps，由公式：
Figure BDA0001488261520000051
分别求得各节点与链路对资源的占用度Rij，如图4；
步骤三，基于约束条件
Figure BDA0001488261520000052
可以遍历得到三条分配路径：(1)1→2→3→4；(2)1→7→4；(3)1→5→6→4。
针对每条路径计算其加权和∑(i，j)∈ERijxij分别得到：(1)1+1/2+2/3＝13/6；(2)∞+2/3＝∞；(3)1+1+2/3＝14/6。取其最小方案(1)为分配路径决策结果，在链路(1,2)、(2,3)、(3,4)上分别为业务分配2Mbps通信资源。
下面结合具体实施例对本发明的应用原理作进一步的描述。
本发明实施例提供的资源占用度最小化的网络节点链路资源联合分配方法具体包括以下步骤：
步骤一，针对通信网络中的所有节点和链路，分别表示每个个体的资源量；对于网络链路，以链路传输速率作为其资源量，表示为eij，其中i、j分别为有向链路(i,j)的起点与终点；对于网络节点，以节点的处理速率作为其资源量，表示为vi，其中i为网络节点。
步骤二，基于网络节点个体和网络链路个体之间的关联关系，建立通信网络节点和网络链路的联合表示。节点和链路关联对所具有的联合资源可以表示如下：
Sij＝min(eij，vj)；
步骤三，以Sneed表示端到端业务的传输速率要求，并以它作为资源需求量和分配目标量，计算其导致网络节点和链路关联对的资源占用度Rij：
Figure BDA0001488261520000061
步骤四，以资源占用度Rij作为网络链路(i,j)的长度，为节点s到节点d的端到端通信业务确定分配路径和相应的资源，其目标函数为：
Figure BDA0001488261520000062
Figure BDA0001488261520000063
其中，E表示网络中所有链路(i,j)的集合。xij为资源分配变量，其取值为0或者1，为本发明形成的针对业务需求的网络资源分配具体结果。xij取值为1，表示链路(i,j)位于决策形成的节点s到节点d的分配路径上，并在该段链路上为业务分配资源Sneed；xij取值为0表示对应的链路(i,j)不为业务进行资源分配。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种资源占用度最小化的网络节点链路资源联合分配方法，其特征在于，所述资源占用度最小化的网络节点链路资源联合分配方法包括以下步骤：
步骤一，针对通信网络中的所有节点和链路，分别表示每个个体的资源量；网络链路以链路传输速率作为其资源量，表示为eij，其中i、j分别为有向链路(i,j)的起点与终点；网络节点以节点的处理速率作为其资源量，表示为vi，其中i为网络节点；
步骤二，基于网络节点个体和网络链路个体之间的关联关系，建立通信网络节点和网络链路的联合表示，节点和链路关联对所具有的联合资源表示为：
Sij＝min(eij，vj)；
步骤三，Sneed表示端到端业务的传输速率要求，并作为资源需求量和分配目标量，计算导致网络节点和链路关联对的资源占用度：
步骤四，资源占用度Rij作为网络链路(i,j)的长度，为节点s到节点d的端到端通信业务确定分配路径和相应的资源；
所述步骤三中计算导致网络节点和链路关联对的资源占用度Rij：
Figure FDA0003161023960000011
所述步骤四的目标函数为：
Figure FDA0003161023960000012
Figure FDA0003161023960000013
其中，E表示网络中所有链路(i,j)的集合，xij为资源分配变量，其取值为0或者1，为网络资源分配具体结果；xij取值为1，表示链路(i,j)位于决策形成的节点s到节点d的分配路径上，并在链路上为业务分配资源Sneed；xij取值为0表示对应的链路(i,j)不为业务进行资源分配。
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