CN109005131A - 一种多源传输中最大最小公平的资源分配方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多源传输中最大最小公平的资源分配方法，该方法利用线性优化解决了联合带宽分配和多源流量选择的问题，包括以下步骤：1)根据数据流和网络拓扑信息生成数据流‑链路关系矩阵；2)计算每条链路上各个流可分配到的平均带宽；3)找到所有链路中平均带宽最小的瓶颈链路；4)优先将带宽按比例分配给这些链路中的所有流；5)将已分配带宽的数据流和链路从矩阵中删除，并跳转至步骤2)直到所有的数据流都完成带宽的分配。与现有技术相比，本发明有效的利用了多个数据源的特性，缓解了网络传输中的拥塞现象，提升了网络传输的吞吐量并保证了用户之间的最大最小公平策略。

Description

一种多源传输中最大最小公平的资源分配方法

技术领域

本发明涉及一种多源传输中联合带宽分配和数据源流量选择的资源分配方法，尤其涉及一种利用最大最小公平策略的资源分配方法。

背景技术

在网络传输中，用户所需求的资源在多个数据源同时存在的现象十分常见。现有的网络传输通常都选择一个数据源来进行数据传输，这不仅降低了单个用户的数据传输效率，也使得整个网络更容易出现拥塞等现象，而多个数据源的优势也没能得到有效的利用。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提出一种多源传输中最大最小公平的资源分配方法。在公共网络中，最短完成时间的算法未必是最好的，因为它会在一定程度上损失用户之间的公平性，而最大最小公平的策略则能很好的解决这个问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种多源传输中最大最小公平的资源分配方法包括以下步骤：

1)根据数据流和网络拓扑信息生成数据流-链路关系矩阵FL；

2)计算每条链路上每个流能分到的平均带宽τ_j；

3)找到所有链路中平均带宽最小的瓶颈链路；

4)优先将带宽按比例分配给这些链路中的所有流；

5)将已分配带宽的数据流和链路从矩阵中删除，并跳转至步骤2)直到所有的数据流都完成带宽的分配。

所述的步骤1)中，对于有多个数据源的数据流f_i，为每个数据源设置一个变量x_ij作为该数据源传输的流量选择，并满足条件：其中k_i为该数据传输中数据源的个数。所述的步骤3)中，为了达到最大最小公平策略，需要首先计算x_ij以最大化所有链路中平均带宽τ_j的最小值。由此我们可以建立一个优化问题，优化变量为x_ij，优化目标为最大化所有τ_j中的最小值。该问题面临巨大的挑战在于非线性及多目标，本方法将该问题进行变换，转换为等效的基本单目标线性规划问题，并采用线性优化的方式来解决。具体而言，首先令τ′_j＝1/τ_j，将非线性优化目标转化为线性目标，由此，优化函数由max min{τ_j}变为min max{τ′_j}。另外，引入临时变量t＝max{τ′_j}，将多目标优化函数变为单目标基本线性规划，即min{t}。同时，将临时变量的表达加入，线性约束，即τ′_j≤t，

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明有效的利用了多个数据源的特性，采用带宽分配和数据源流量选择联合优化的方法，将每个数据源都纳入到了数据传输中。由于数据传输不再仅限于单一的数据源而有了更多的选择，因此减少每个数据源的传输量，从而使网络中数据传输的流量更分散。有效缓解了网络中的瓶颈链路可能产生的拥塞现象，提升了网络传输的吞吐量并保证了用户之间的最大最小公平策略。

附图说明

图1为本实施例的网络拓扑图；

图2为本实施例步骤1)生成的数据流-链路关系图；

图3为本实施例经计算后的完整数据流-链路关系图；

图4为本发明流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例

网络的拓扑结构和数据传输如图1所示，网络中有三个数据传输请求R₁、R₂和R₃，它们的目的地址分别为D、E和F。其中R₁的数据源为A，R₂的数据源也为A，R₃有多个可用数据源，分别为B和C。假设它们采用最短路径的路由算法，得到的路由分别为r₁＝ACBD、r₂＝ACE、r₃₁＝BDF和r₃₂＝CEF。因此网络中可能存在四条数据流：f₁＝A→C→B→D，f₂＝A→C→E，f₃₁＝B→D→F和f₃₂＝C→E→F。

为实现多源传输中最大最小公平的资源分配，本发明通过以下技术方案来实现，主要包括以下步骤：

1)根据数据流和网络拓扑信息生成数据流-链路关系矩阵FL，如图2所示，其中C_j为链路L_j的最大容量；

2)计算每条链路上每个流能分到的平均带宽τ_j，如图3所示；

3)找到所有链路中平均带宽最小的瓶颈链路。根据最大最小公平策略，首先需要选择合适的x来最大化τ_j所有中的最小值。由此我们可以建立优化问题：

max min(τ_j(x))

s.t.0≤x≤1

令τ′_j＝1/τ_j，将非线性优化目标转化为线性目标，由此，优化函数由max min(τ_j(x))变为min max(τ′_j(x))。再引入临时变量t＝max(τ′_j)，将多目标优化函数变为单目标基本线性规划，即min(t)。则原优化问题转换为：

4t-x≥1

5t+x≥2

7t+x≥1

6t-x≥0

0≤x≤1

以上，通过求解上述线性优化，我们可以得到x＝1/3，则相应的瓶颈链路为L₃和L₄。需要说明的是，线性优化的转换步骤，将原问题转化后成为了常见的线性规划问题，有很多工具可以求解，普通技术人员都能解决。因此，此处仅以一个案例给出详细步骤，技术方案中不穷尽各种案例的转换和求解过程。4)优先将带宽分配给L₃和L₄上的流f₁，f₂，f₃和f_32。按照它们所占的比例，可以得到每个流分配到的带宽分别为b₁＝3，b₂＝3，b₃₁＝1以及b₃₂＝2。

5)将已分配带宽的数据流和链路从矩阵中删除，由于所有的流都完成了带宽的分配，该方法结束分配。

Claims (5)

1.一种多源传输中最大最小公平的资源分配方法，其特征在于，该方法利用线性优化解决了联合带宽分配和多源流量选择的问题。

2.根据权利要求1所述的一种多源传输中最大最小公平的资源分配方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)根据数据流和网络拓扑信息生成数据流-链路关系矩阵；

2)计算每条链路上每个流能分到的平均带宽；

3)找到所有链路中平均带宽最小的瓶颈链路；

4)优先将带宽按比例分配给这些链路中的所有流；

5)将已分配带宽的数据流和链路从矩阵中删除，并跳转至步骤2)直到所有的数据流都完成带宽的分配。

3.根据权利要求2所述的一种多源传输中最大最小公平的资源分配方法，其特征在于，所述的步骤1)中，对于有多个数据源的数据流f_i，为每个数据源设置一个变量x_ij∈[0，1]作为该数据源传输的流量选择，并满足条件：其中k_i为该数据传输中数据源的个数。

4.根据权利要求2所述的一种多源传输中最大最小公平的资源分配方法，其特征在于，所述的步骤3)中，为了达到最大最小公平策略，需要首先计算x_ij以最大化所有链路中平均带宽τ_j的最小值；为此，建立一个优化问题，优化变量为x_ij，优化目标为最大化所有τ_j中的最小值。

5.根据权利要求4所述的一种多源传输中最大最小公平的资源分配方法，其特征在于，

首先令τ′_j＝1/τ_j，将非线性优化目标转化为线性目标，由此，优化函数由max min{τ_j}变为min max{τ′_j}；

引入临时变量t＝max{τ′_j}，将多目标优化函数变为单目标基本线性规划，即min{t}，同时，将临时变量的表达加入，线性约束，即