CN1309222C - 通信量分布控制装置和方法 - Google Patents

Abstract

当在单纯形法中确定由配置网络的路由器R1到R7实现的现有通路是否能够支持所要求通信量时，最佳通信量分布可以获得，虽然准备好的通路组具有瓶颈链路，并且在准备好的通路中没有足够的带宽等。当在单纯形法中没有最优解时，瓶颈链路被找到，旁路被添加，并且单纯形法被进一步应用。因此，可以确定所要求通信量是否能被当前通路所容纳。当不能被容纳时，可以只添加一条必要的通路，并且最佳通信量分布可以通过基于网络成本例如网络资源的消耗、延迟、跳跃次数等等设置目标函数来执行。

Description

通信量分布控制装置和方法

技术领域

本发明涉及一种通信量分布控制装置和一种通信量分布控制方法，更具体地说，涉及这样的通信量分布控制装置和通信量分布控制方法，其用于确定由配置网络的路由器实现的现有通路是否能够支持所要求通信量，并且如果确定现有通路不能支持所要求通信量，那么通过仅仅增加一条必要通路并给每条通路分配最佳通信量，来控制要在网络中分布的通信量。

背景技术

网络，例如因特网等，经常具有通信流量超过当前通路的带宽的可能性。在这种网络中，确定当前通路对于通信量是否足够，以及如果当前通路不够时如何增加必要通路，这是非常重要的问题。

确定当前通路对于通信量是否足够的问题被标准化为线性规划的问题。该问题在下面通过参考图14A到14D来描述。图14A到14D显示由许多路由器配置的网络(在下文称作IP网络)。在图14A到14D中所示的IP网络中，路由器R1，R2，R3，R4，R5，R6和R7顺序地连接。路由器R7连接到路由器R1，从而形成圆形结构。路由器R3直接连接到路由器R6。

图14A中所示的数字“10”和“20”指示链路的带宽(Mbps)。也就是，在该实例中，路由器R2和R3之间的链路的带宽是10Mbps，而其他路由器之间的链路的带宽是20Mbps。在所有链路中的资源消耗都假设为“1”。

在从路由器R1到路由器R4的通路、从路由器R2到路由器R4的通路，以及从路由器R7到路由器R4的通路的每一条中，通信量是10Mbps。

如图14B中所示，在路由器R1和R4之间有两条通路a₁和a₂。如在图14C中所示，在路由器R2和R4之间有两条通路b₁和b₂。如图14D中所示，在路由器R7和R4之间有通路c₁。假设每条通路中的流量是可变的，并且全体地称为通路组变量。

线性规划法的条件表达式如下表示。也就是，目标函数表示为：

f＝3a₁+4a₂+2b₁+5b₂+3c₁…(1)

在线性规划法中，目标函数求最小值。通信量的约束表达式表示为：

a₁+a₂＝10…(2)

b₁+b₂＝10…(3)

c₁＝10…(4)

链路带宽的约束表达式表示为：

a₁+b₁≤10…(5)

a₂+b₂+c₁≤20…(6)

在上述条件下，可以获得的下面表达式。

(a₁，a₂，b₁，b₂，c₁)＝(0，10，10，0，10)…(7)

如上所述，适当的目标函数用设置为变量的通路来设置，并且通路的约束条件(不超过链路带宽等)和通信量的约束条件(通路的Mbps等)被设置。利用这些约束，不等式使用非负松弛变量来转换成等式(标准系统)。松弛变量指的是指示等式的条件空间的变量。

使用标准系统来求解线性规划问题的方法可以是著名的单纯形法。在单纯形法中，被约束条件下的平面(超平面)包围的几何凸多面体或单纯形被设置为可行区域，并且在可行区域中获得最大(或最小)目标函数的一点被探测。

因为目标函数是线性的，它具有斜坡。如果目标函数在斜坡的方向上增加(或减小)，可行区域的顶点可以到达。顶点指示在可行区域中获得最大(或最小)目标函数的向量。该向量称为最佳可行向量。

单纯形的解的确定可以使用可行区域来执行。当没有可行区域存在时，没有最佳可行向量，或没有解。也就是，因为当前通路不具有满足指定条件的变量，当前通路是不够的。另一方面，当存在可行区域时所获得的最佳可行向量指示按照目标函数的最优选通信量分布。

单纯形法在例如非专利文档1中描述。

(非专利文档1)

Masao Iri和Takashi Furubayashi“网络理论”OR图书馆12，日本科学技术协会发表，1976

如上所述，在将单纯形法用于线性规划问题的方法中，解的存在/不存在被确定，并且当有解时，最优解依赖于目标函数而返回。因此，该方法可以认为是非常有效的方法。

但是，在上述常规技术中，单纯形法用于预先准备好的通路组。例如，单纯形法应用于图14A到14D中所示的通路a₁，a₂，b₁，b₂和c₁。

因此，虽然较少通路可能足够地工作，但计算在所有通路上执行，并且计算量可能是冗余的。此外，准备好的通路组中预先准备好的通路共享瓶颈链路，并且可能有带宽不够的情况。在这种情况下，存在上述常规方法不能充分地工作的缺点。

发明内容

本发明的研究用来解决上述常规技术的问题，并且目标在于提供一种通信量分布控制装置和一种通信量分布控制方法，即使当计算量是冗余的，以及当没有足够带宽准备给共享瓶颈链路的通路组时，也能够获得最优选的通信量分布。

本发明的通信量分布控制装置通过确定由配置网络的路由器实现的现有通路是否能够支持所请求通信量，来控制网络中待分布的通信量，并且包括：

确定装置，用于通过将单纯形法应用于由目标函数和约束条件构成的线性规划问题来确定现有通路是否能够支持通信量，其中约束条件包括配置网络的路由器之间的通信量和关于网络中的通路的信息；以及

旁路搜索装置，当确定装置确定现有通路不能支持通信量时，用于搜索除现有通路之外的旁路，其中

确定装置通过增加由旁路搜索装置搜索的旁路来进一步作确定。通过上述配置，可以确定通信量是否能被当前通路容纳，并且当通信量不能被容纳时，可以只添加一条必要的通路，使得通信量可以最优地分布。

在本发明的通信量分布控制装置中，确定装置通过将单纯形法应用于由约束条件确定的辅助目标函数，来查找导致不能支持所要求通信量的因素的瓶颈链路；并且

旁路搜索装置搜索旁路以绕过瓶颈链路。通过上述配置，瓶颈链路可以找到而不同于常规技术，并且旁路被添加，从而通信量可以最佳地分布。

在本发明的通信量分布控制装置中，旁路搜索装置使用根据路由器之间的链路成本搜索最短通路的算法来搜索旁路。通过应用该随后描述的算法，可以容易地搜索到最短通路。

在本发明的通信量分布控制装置中，确定装置可以按预先确定间隔来执行确定。因此，通路可以周期性地设置。

在本发明的通信量分布控制装置中，确定装置基于配置网络的路由器的每个通信量状态的监测结果来执行确定。因此，当超过预先确定量的通信量突然进入时，通路的设置可以被更新。

本发明的通信量分布控制装置还包括通信量确定装置，用于基于确定装置的确定结果来确定使网络成本达到最小的通信量。通过确定使网络资源的消耗达到最小、使延迟达到最小以及设置最少跳跃次数的通信量，通信量可以通过仅增加一条必要通路来最优地分布。

在本发明的通信量分布控制装置中，当通信量确定装置作确定时，以及当通信量包括指示优先级的多个类时，通信量依赖于这些类。通过这些配置，虽然在所要求通信量中有许多类，最佳通路可以依赖于优先级来设置，从而最优地分布通信量。

本发明的通信量分布控制方法通过确定由配置网络的路由器实现的现有通路是否能够支持所请求通信量，来控制网络中待分布的通信量，并且包括：

确定步骤，用于通过将单纯形法应用于由目标函数和约束条件构成的线性规划问题来确定现有通路是否能够支持通信量，其中约束条件包括配置网络的路由器之间的通信量和关于网络中的通路的信息；以及

旁路搜索步骤，当确定步骤确定现有通路不能支持通信量时，用于搜索除现有通路之外的旁路，其中

通过增加在旁路搜索步骤中搜索的旁路，在确定步骤中作进一步确定。在该方法中，可以确定通信量是否能够容纳于当前通路中，并且当不能容纳时，可以只添加一条必要的通路，从而最优地分布通信量。

本发明的通信量分布控制方法还包括通信量确定步骤，用基于确定步骤的确定结果来确定使网络资源的消耗达到最小的通信量。通过这些配置，通信量可以在添加仅一条必要通路之后最优地分布。

如上所述，根据本发明，在单纯形法中，确定当前通路对于通信量是否足够，并且当其不够时，瓶颈链路使用单纯形法的特征而被查找，并且用于绕过瓶颈链路的通路可以新增加到通路组中，使得仅一条必要通路可以动态地添加。此外，目标函数可以被设置，使得网络成本可以达到最小，从而最优地分布在确定中获得的通路的通信量。

本发明与常规技术的不同在于当没有最优解时，导致所要求通信量不被支持的瓶颈链路可以被探测到并且旁路可以添加。在常规技术中，当没有最优解时，过程立即终止而不查找瓶颈或增加旁路。

瓶颈可以如下查找。也就是，当基于约束条件而获得辅助目标函数(随后描述)不设置为0而停止时，假定可行向量被使用。该假定向量指示最大通信量流过当前通路的状态。因此，瓶颈链路可以通过将该值与链路带宽的值相比较来探测。

绕过瓶颈链路的通路可以用下面描述的多种算法来获得。

附图说明

图1显示包括根据本发明的通信量分布控制装置的整体网络的配置实例；

图2是显示图1中所示通信量分布控制装置的配置的框图；

图3是显示图1中所示通信量分布控制装置的操作的流程图；

图4是显示图1中所示通信量分布控制装置的操作的流程图；

图5A和5B显示应用单纯形法的实例的概略；

图6A和6B显示应用单纯形法的另一个实例的概略；

图7A到7F显示通过应用Dijkstra来获得旁路的过程的实例；

图8A到8C是显示目标函数被设置使得网络资源的消耗可以达到最小的情况的说明性视图；

图9A到9G显示本发明的第一实施方案；

图10A到10G显示本发明的第二实施方案；

图11A到11G显示本发明的第三实施方案；

图12A到12C显示本发明的第三实施方案；

图13A到13D是显示目标函数被设置使得延迟可以达到最小或者其基于跳跃次数来设置的情况的说明性视图；

图14A到14D是显示确定当前通路对于通信量是否足够的常规方法的说明性视图。

具体实施方式

本发明的实施方案在下面通过参考附图来描述。在附图的每个中，在多个附图中共同显示的组件被指定相同的附图标记。

图1显示包括根据本发明的通信量分布控制装置的网络的整体配置。如图1中所示，在本实施方案中，IP网络形成具有路由器R1到R7顺序地连接的圆形结构。路由器R3直接连接到路由器R6。

路由器R1到R7的通信量的状态由通信量分布控制装置1来监测。通信量分布控制装置1的配置在下面通过参考图2来说明。

图2中所示的通信量分布控制装置1包括：接收并监测构成IP网络的路由器R1到R7的通信量状态的监测能力11；通过应用单纯形法来确定现有通路是否能够支持所要求通信量的确定能力12；当确定现有通路不能支持通信量时，搜索并获得除现有通路之外的旁路的旁路搜索能力13；基于确定能力12的确定结果来确定通信量，使得包括网络资源消耗、延迟、跳跃次数等的网络成本可以达到最小的通信量确定能力14；以及发出关于在路由器R1到R7的每个中设置由通信量确定能力14所确定的通信量的信息通知的通知能力15。

具有上述配置的通信量分布控制装置1的操作在下面通过参考图3和4来描述。图3和4是显示通信量分布控制装置1的操作的流程图。

通信量分布控制装置1监测流过网络中路由器的通信量状态(步骤S200)。通信量分布控制装置1确定当前通路是否能够支持通信量。该确定可以是周期性地(也就是，以预先确定的间隔)执行，或者可以当超过预先确定量的通信量突然流过时启动。也就是，当预先确定的时间过去，或者当通信量突然流过时，这是启动确定的触发(步骤S201)。响应于该触发，通信量分布控制装置1启动关于当前通路是否能够支持通信量的确定(步骤S201到S202)。

在确定中，单纯形法中的目标函数首先被设置(步骤S203)。例如，用于使网络资源消耗(也就是代价)达到最小的函数被设置为单纯形法中的目标函数。

然后，约束条件被设置(步骤S204)。例如，对链路带宽的约束，以及对流动通信量的约束被设置为单纯形法中的约束条件。此外，用于获得单纯形的初始可行向量的辅助目标函数也被设置(步骤S205)。

当上述设置完成时，单纯形法的问题关于辅助目标函数和约束条件来求解(步骤S206)。

当辅助目标函数满足预先确定的约束时，控制传递到图4，并且所获得向量被用作初始可行向量来基于目标函数和约束条件求解单纯形法(步骤S207到S301)。虽然关于指示通信量分布路线的最佳可行向量的品质有许多类(随后描述)，最佳通信量分布可以对应每个类而获得(步骤S302)。最佳可行向量被通告给网络路由器(步骤S303)，并且过程终止。

返回到图3中，在步骤S207中，当辅助目标函数不满足预先确定的约束时，瓶颈链路从该状态下的向量中指定(步骤S207到S208)。然后获得使用瓶颈链路的通路的旁路(步骤S209)。

当没有旁路时，接下来便是通信量不能使用整个网络中的带宽来支持，如返回图4中所示(步骤S210到S304)。从该状态下的向量，该状态下的最佳通信量分布可以被获得(步骤S305)。在该情况下，网络路由器被通知没有解(步骤S303)，从而终止过程。

返回到图3中，当在步骤S210中有旁路时，其添加为通路组变量(步骤S210到S211)。然后，目标函数、约束函数以及辅助目标函数被再次设置(步骤S203，S204和S205)，并且问题在单纯形法中求解(步骤S206)。上述过程递归地重复。

(通信量分布控制方法)

在执行上述操作的通信量分布控制装置中，下面的通信量分布控制方法被实施。也就是，通信量分布控制方法通过确定由配置网络的路由器实现的现有通路是否能够支持所要求通信量，来控制网络中待分布的通信量，并且包括：确定步骤，用于通过将单纯形法应用于由目标函数和约束条件构成的线性规划问题，来确定现有通路是否能够支持通信量，其中约束条件包括配置网络的路由器之间的通信量和关于网络中的通路的信息(对应于步骤S203到S206)；以及旁路搜索步骤，当确定步骤确定现有通路不能支持通信量时，用于搜索除现有通路之外的旁路(对应于步骤S207到S209)，其中通过添加在旁路搜索步骤中搜索到的旁路，在确定步骤中作进一步确定(对应于步骤S210，S211，…)。这样，通信量分布控制方法被实现。另外，还包括的是通信量确定步骤(对应于步骤S301和S302，以及步骤S304和S305)，用于基于确定步骤的确定结果来确定使网络资源的消耗达到最小的通信量。通过上述方法，可以确定通信量是否能够通过当前通路来容纳，并且当不能被容纳时，可以只添加一条必要的通路，从而最优地分布通信量。

(每个路由器中的过程)

根据由通信量确定能力14通知的信息，路由器R1到R7的每个更新通路信息。也就是，关于网络中通路的通路信息存储在图1中所示的路由器R1到R7的每个中，并且当通路在上述过程中添加时，路由器R1到R7的每个基于由通信量确定能力14传送的信息来添加通路信息。当随后描述的类存在于通信量中时，路由器R1到R7的每个根据由通信量确定能力14传送的信息来将每个类和通路信息相关联。

(单纯形法)

下面描述的是单纯形法以及从单纯形法的特征中查找瓶颈链路的原理。

单纯形法指的是用于获得在可行区域中使目标函数达到最大(或最小)的最佳可行向量的方法。首先，获得解的实际过程在下面描述。

在单纯形法中，已知解存在于可行区域的顶点。在可行区域的顶点中，使目标函数达到最大(或最小)的顶点称为最佳可行向量，而其他顶点称为可行向量。

单纯形法以获得任何可行向量而开始。如果可行向量被获得，最佳可行向量通过基于目标函数的斜坡重复从所获得的可行向量到其他可行向量的运动来达到。另一方面，如果不存在可行向量，也就是没有可行区域，那么不存在解。

在图5A中，企图使目标函数f＝x+y达到最大。约束条件是

x，y≥0…(8)

-2x+4y≤32…(9)

7x-2y≤8…(10)

完全满足约束条件的区域为单纯形(可行区域)。它是由图5中所示的x轴和y轴，以及直线S1和直线S2包围的区域S。在图5A中，直线S1是根据表达式(9)的直线，并且直线S2是根据表达式(10)的直线。

单纯形法中的运算意义是通过在目标函数的增加方向上沿着边界从顶点到顶点处理来到达最佳可行向量。该运算在下面通过参考图5B来解释。如图5B中所示，运算以初始可行向量(x，y)＝(0，0)开始。图5B中的箭头Y11和Y12指示目标函数的增加方向。图5B显示通过原点P的直线L1(f＝0)，通过区域S的下一个顶点的直线L2(f＝8)，以及通过直线S1和直线S2之间的交点的直线L3(f＝12)。

在图5B中，在目标函数的增加方向上沿着区域S的边界移动。在边界处，在箭头Y21的方向上移动之后，控制在箭头Y22的方向上传递。结果，最佳可行向量(x，y)＝(4，10)被获得。

为了获得初始可行向量，与目的目标函数不同的另一个目标函数被定义(在下文称作辅助目标函数)，并且问题在单纯形法中关于辅助目标函数来求解。当辅助目标函数到达一个值(例如0)时，每个变量的值变成初始可行向量。

在图6A和6B中，当目标函数f＝x+y取最大值时，约束条件为：

x，y≥0…(8)

-2x+4y≤32…(9)

7x-2y≤8…(10)

x≥7…(11)

除了与图5A和5B中所示情况相同的区域S之外，图6A显示区域S’。当表达式(9)到(11)使用非负松弛参数α，β和γ转化成等式时，下面的等式成立。

-2x+4y+α＝32…(12)

7x-2y+β＝8…(13)

x-γ＝7…(14)

此外，使用人为变量z1，z2和z3并移项，表达式(12)到(14)被如下变换。

z1＝32+2x-4y-α…(15)

z2＝8-7x+2y-β…(16)

z3＝7-x+γ…(17)

其中

f’＝-z1-z2-z3＝-47+5x+2y-α-β+γ…(18)

表达式(18)是辅助目标函数。

辅助目标函数如下来获得：使用松弛变量将除非负条件例如表达式(8)之外的约束条件转化成等式，为每个约束条件设置人为变量，将人为变量乘上-1并获得和数。

关于辅助目标函数，解如图6B中所示来获得。图6B中所示的箭头Y11’和Y12’指示目标函数的增加方向。图6B显示通过原点P的直线L1’(f’＝-47)、通过区域S’的下一个顶点的直线L2’(f’＝-31)，以及通过直线S1和直线S2之间的交点的直线L3’(f’＝-7)。

表达式(15)到(17)并不表示与表达式(12)到(14)以及表达式(9)到(11)相同的问题。当z1，z2和z3为0时，它们的问题是相同的。如果z1，z2和z3不全部为零，约束条件不满足。因此，当有可行向量时，可行区域被规定，使得z1，z2和z3全部必须为0。因此，辅助目标函数将为0。也就是，当值设置给z1，z2和z3(不为0)时，约束条件改变。

为了在单纯形法中关于辅助目标函数而求解问题，意味着执行下面的过程。也就是，当辅助目标函数相遇超平面时，辅助目标函数投影到超平面上，并且该过程超平面上沿着斜坡来执行。如果它相遇新的约束条件下的超平面，投影被再次执行，并且该过程沿着斜坡而执行。上述过程被重复。

在图6B中，当控制沿着区域S的边界，在目标函数的增加方向上传递时，它在边界处的箭头Y21’的方向上，然后在箭头Y22’的方向上传递。

如果控制到达顶点，并且虽然前面不存在区域，但辅助目标函数不为0，那么没有解。在这种情况下，没有可行向量。

简而言之，如果辅助目标函数为预先确定的值0，那么有初始可行向量。如果辅助目标函数不是预先确定的0，那么没有初始可行向量。在根据本实施方案的实例中，辅助目标函数不是预先确定的值0，并且在目标函数的增加方向上没有区域。因此，没有解。

也就是，如果特征被达到，并且如果虽然前面没有区域但辅助目标函数不为0，那么确定没有解。在没有解之前直接到达的顶点在到达点之前被确定满足约束条件(超平面)。此时所获得的每个变量的值定义为假定可行向量。

状态表明链路带宽内的通信量尽可能地流过每个通路，但是仍然有通信量要流过。也就是，因为链路带宽的约束条件和关于要流过的通信量的约束条件彼此松散，没有可行区域。因此，可以指定有多少通信量从假定可行向量流向每个通路，以及结果哪条链路变成瓶颈。

如图6A中所示，因为区域S和区域S’彼此松散，没有可行区域。当约束条件如图6A中所示以二维阵列显示时，可行区域的存在/不存在是清楚的。但是，当约束条件以更高维阵列来显示时，可行区域存在/不存在的确定是困难的。

图6B中所示的状态显示沿着某些约束条件执行，直到其到达假定可行向量而前面没有更多区域的过程。网络中的这种状态意味着通信量尽可能在链路带宽内流过每个通路，但是仍然有通信量要流过。因此，如果假定可行向量的值设置成通路组变量的值，那么瓶颈链路可以确定。

因此，当通路的重新计算用预先确定的算法来执行，使得瓶颈可以避开时，最佳旁路仅对于使用瓶颈链路的通路而获得，而其他通路不受影响。通路的重新计算可以使用例如Dijkstra算法、具有幂的表达式、沃沙尔-佛洛伊德算法来执行。也就是，旁路用根据路由器之间的链路成本的最短通路算法来搜索。

(Dijkstra)

Dijkstra是一种用于产生最短通路树的方法，通过该最短通路树，网络中节点之间的代价可以最小。使得节点之间总链路成本可以最小的通路记录在最短通路树中。如果瓶颈链路成本增加，并且重新计算使用Dijkstra算法来执行，那么昂贵的链路不被选为最短通路，从而成功地获得旁路。

使用Dijkstra来获得旁路的过程的实例在下面通过参考图7A到7F来解释。在图7A中，路由器之间的数字指示链路成本。也就是，链路成本仅在路由器R3和R6之间为2，而在其他路由器之间为1。

路由器R1和R4之间的最短通路用Dijkstra来搜索。该最短通路经过路由器2和3而建立，如图7B中所示。该通路的链路成本为3。

如果没有通信量仅使用最短通路而流动，那么瓶颈链路被发现并且链路成本增加。也就是，如图7C中所示，路由器R2和R3之间的链路成本增加。在该实例中，路由器R2和R3之间的链路成本增加到100。因此，由于链路成本增加，旁路用Dijkstra来获得。旁路是如图7D中所示顺序地经过路由器R7，R6和R5的通路。通路的链路成本为4。

当没有通信量在这两条通路中流动时，瓶颈链路被再次发现，并且其链路成本增加。也就是，如图7E中所示，路由器R6和R5之间以及路由器R5和R4之间的链路成本增加。在该实例中，路由器R6和R5之间以及路由器R5和R4之间的链路成本增加到100。因此，由于链路成本增加，另外的旁路用Dijkstra来获得。旁路是如图7F中所示顺序地经过路由器R7，R6和R3而建立的通路。通路的链路成本为5。

如上所述，当瓶颈链路被发现时，旁路用Dijkstra来获得。通过添加所获得的旁路，单纯形法被进一步应用。

(沃沙尔-佛洛伊德)

沃沙尔-佛洛伊德指的是用于在下面过程中确定最短通路的解法，其中“n”指示位置号，“L₁”指示第i个位置的名字，并且“d_ij”指示位置i和位置j之间的距离。“距离d_ij”并不限于物理距离，而是可以是代价、时间等概念上的任何距离。此外，当位置i和位置j不连通时，距离d_ij＝∞。

过程1：d_ij(0)＝d_ij，p_ij＝i(i，j＝1，2，3，…，n)，并且m＝1

过程2：(a)d_ij(m)＝m_in(d_ij(m-1)，d_im(m-1)，d_mj(m-1))

对于(i，j)位于(b)d_ij(m)＜d_ij(m-1)，p_ij＝pmj。

过程3：该过程当m＝n时终止。当m＜n时，m的值增加1，并且控制回到过程2。此时，d_ij(m)指示从L_i到L_j的通路，并且它是允许仅L₁，L₂，…，L_m作为中途经过点的通路中的最短距离。当控制传递到m＝n时，d_ij(n)指示从L_j到L_j的最短通路，并且p_jj指示从L_i到L_j最短通路中在L_j直接之前的位置号。

通过上述Dijkstra和沃沙尔-佛洛伊德算法获得为旁路并新增加的通路是必要的最小链路。因此，单纯形变量的增加可以避免。通过增加新通路，整个通路的带宽被扩展。因此，如果通路重复添加，直到关于带宽的约束条件和关于通信量的约束条件可以提供可行区域，那么最佳通路可以添加，并且具有最少可能数目的变量。

如果辅助目标函数为0，此时获得的向量被定义为初始可行向量，并且包括目标函数和约束条件的线性规划问题用单纯形法来求解，从而获得最佳可行向量。

下面描述的是分布通信量，使得网络成本可以用上述通路组变量来达到最小的方法。

如上所述，单纯形法使用目标函数上的最大化和最小化。也就是，如果网络资源的消耗定义为网络成本，并且目标函数被设置，使得网络资源的消耗可以达到最小，那么确定是否有解，并且当有解时，最佳通信流的路线可以获得作为最佳可行向量。

如果假设每通信量消耗的每条链路的网络资源是确定的，由每条通路消耗的网络资源是由包含在通路中的链路所消耗的网络资源的总和，因为每条通路是一组链路。

假设目标函数被设置，使得网络资源的消耗可以在图8A到8C中所示的网络中达到最小。在图8A到8C中，在所有链路中资源的消耗假设为1。

首先，链路L中资源的消耗为C_L。那么，通路Pi的代价C_Pi为所使用的链路成本的总和，并且下面的表达式成立。

$C_{\mathrm{Pi}}=\underset{L=\mathrm{Pi}}{\mathrm{\Σ}}{C}_L---\left(16\right)$

其中x_i表示流过通路的通信量，并且目标函数f如下表示。

$f=\underset{i<n}{\overset{i=1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{C}_{\mathrm{pi}}{X}_i---\left(17\right)$

也就是，使目标函数f达到最小的x_i指示使网络资源的消耗达到最小的通信流的路线。

通过参考图8A，在路由器R1和路由器R4之间有通路a₁和通路a₂。通过参考图8B，在路由器R2和路由器R4之间有通路b₁和通路b₂。当参考图8C，在路由器R7和路由器R4之间有通路c₁。

在图8A中，通路a₁的代价是路由器R1和路由器R2之间的链路(在下文称为“链路(R1-R2)”等)和链路(R2-R3)的代价的总和。因此，1+1+1＝3指示该代价。此外，通路a₂的代价是链路(R1-R7)，链路(R7-R6)，链路(R6-R5)以及链路(R5-R4)的代价的总和。因此，1+1+1+1＝4为该代价。类似地，图8B中所示的通路b₁和通路b₂，以及图8C中所示的通路c₁的代价可以获得。也就是，通路b₁的代价为2，通路b₂的代价为5，并且通路c₁的代价为3。

因此，获得为资源消耗与每条通路的通路流量的乘积的目标函数用下面的表达式来计算。

f＝3a₁+4a₂+2b₁+5b₂+3c₁

目标函数是作为变量的每条通路的通信量的值，并且当通路的网络资源消耗设置为常数(在该实例中为1)时，网络资源消耗可以达到最小。

{实施方案}

本发明的第一到第三实施方案在下面通过参考图9A到9G，10A到10G，11A到11G，以及12A到12C来描述。

(第一实施方案)

根据本实施方案的网络拓扑在图9A中显示。在图9A中，链路的带宽仅在路由器R2和路由器R3之间为10Mbps，而在其他路由器之间为20Mbps。假设对于单位通信量由每条链路消耗的网络资源为1。

路由器R1和路由器R4之间、路由器R2和路由器R4之间，以及路由器R7和R4之间的通信量分别为5Mbps。如图9B，9C以及9D中所示，当前使用通路为a₁，b₁和c₁。目标函数被设置，使得网络资源的消耗可以达到最小，并且对链路的约束条件、对通信量的约束条件，以及辅助目标函数被设置，并且确定当前链路是否能够支持通信量。

如图9B，9C和9D中所示，当问题用单纯形法关于目标函数f＝3a₁+2b₁+3c₁而求解时，可行向量如下来获得。

(a₁，b₁，c₁)＝(5，5，5)

在这种状态下，因为通信量能够只用当前通路来支持，因此通信量可以传送。

然后，假设在路由器R1和路由器R4之间、在路由器R2和路由器R4之间，以及在路由器R7和路由器R4之间，通信量分别增加到10Mbps。当前使用通路仍然是通路a₁，b₁和c₁。

目标函数f＝3a₁+2b₁+3c₁被设置，使得网络资源的消耗可以达到最小，并且对链路的约束条件、对通信量的约束条件，以及辅助目标函数被设置。然后，在单纯形法中确定当前链路是否能够支持通信量。

在这种状态下，假定可行向量如下来表示。

(a₁，b₁，c₁)＝(10，0，10)

并且终止而辅助目标函数不设置为0。也就是，其指示链路(R2-R3)处流过的10Mbps的限制，并且假定可行向量指示链路(R2-R3)是瓶颈链路。

下一次传送用Dijkstra来计算，以避开成为上述瓶颈链路的链路(R2-R3)。因此，如图9E，9F和9G中所示，新的旁路a₂和b₂被添加。通过添加的通路，确定再次在单纯形法中执行。

也就是，目标函数

f＝3a₁+4a₂+2b₁+5b₂+3c₁

在单纯形法中求解。因此，确定通信量能够被支持，并且可行向量被获得。

(a₁，a₂，b₁，b₂，c₁)＝(0，10，10，0，10)

(第二实施方案)

根据本实施方案的网络拓扑在图10A中显示。在图10A中，链路带宽仅在路由器R2和路由器R3之间为10Mbps，而在其他路由器之间为20Mbps。假设对于单位通信量由每条链路消耗的网络资源为1。

在本实施方案中，有指示优先级的两个类。也就是，有类A和B。类的优先级为类A＞类B。

路由器R1和路由器R4之间、路由器R2和路由器R4之间，以及路由器R7和路由器R4之间的通信量对于类A和B分别为5Mbps。如图10B，10C和10D中所示，当前使用通路为a₁，b₁和c₁。目标函数被设置，使得网络资源的消耗可以达到最小，并且对链路的约束条件，以及对通信量的约束条件被设置。

如果有传送A类通信量通过最短通路的质量要求，条件a₁≥5，b₁≥5，以及c₁≥5被添加以表明上述要求。表达式指示A类上的通信量流过最短通路。从约束条件，辅助目标函数被设置，并且确定当前链路是否能够支持通信量。

如图10B，10C和10D中所示，如果问题在单纯形法中关于目标函数

f＝3a₁+2b₁+3c₁

来求解，那么假定可行向量如下来表示并且没有解。

(a₁，b₁，c₁)＝(5，5，10)

在这种状态下，假定可行向量为

(a₁，b₁，c₁)＝(5，5，10)

并且停止而辅助目标函数不设置为0。从假定可行向量，表明链路(R2-R3)是瓶颈链路。

为了避开瓶颈链路，下一通路用Dijkstra计算以获得旁路。结果，新的通路a₂和b₂被获得，如图10E，10F和10G中所示。它们被添加作为目标函数的变量。

关于添加变量的目标函数

f＝3a₁+4a₂+2b₁+5b₂+3c₁，

考虑质量要求的表达式a₁≥5，b₁≥5，c₁≥5被添加，并且在单纯形法中被再次确定。确定通信量可以被支持，并且可行向量

(a₁，a₂，b₁，b₂，c₁)＝(5，5，5，5，10)

被获得作为满足质量要求的最优解。

(第三实施方案)

根据本实施方案的网络拓扑在图11A中显示。在图11A中，链路带宽仅在路由器R2和路由器R3之间为10Mbps，而在其他路由器之间为20Mbps。假设对于单位通信量由每条链路消耗的网络资源为1。

在本实施方案中，有三个类。也就是，有类A，B和C。类的优先级为类A＞类B＞类C。

路由器R1和路由器R4之间、路由器R2和路由器R4之间，以及路由器R7和路由器R4之间的通信量对于类A，B和C分别为5Mbps。如图11B，11C和11D中所示，当前使用通路为a₁，b₁和c₁。目标函数被设置，使得网络资源的消耗可以达到最小，并且对链路的约束条件，以及对通信量的约束条件被设置。

如果有传送A类通信量通过最短通路的质量要求，条件a₁≥5，b₁≥5，以及c₁≥5被添加以表明上述要求。表达式指示A类上的通信量流过最短通路。从约束条件，辅助目标函数被设置，并且确定当前链路是否能够支持通信量。

如图11B，11C和11D中所示，如果问题在单纯形法中关于目标函数

f＝3a₁+2b₁+3c₁

来求解，那么假定可行向量如下来表示，并且没有解。

(a₁，b₁，c₁)＝(5，5，10)

在这种状态下，假定可行向量为

(a₁，b₁，c₁)＝(5，5，10)

并且停止而辅助目标函数不设置为0。从假定可行向量，表明链路(R2-R3)是瓶颈链路。

为了避开瓶颈链路，下一通路用Dijkstra计算以获得旁路。结果，新的通路a₂和b₂被获得，如图11E，11F和11G中所示。它们被添加作为目标函数的变量。

关于添加变量的目标函数

f＝3a₁+4a₂+2b₁+5b₂+3c₁，

考虑质量要求的表达式a₁≥5，b₁≥5，c₁≥5被添加，并且在单纯形法中被再次确定。确定可行向量

(a₁，a₂，b₁，b₂，c₁)＝(5，5，5，5，10)不具有解。

在这种状态下，假定可行向量为

(a₁，a₂，b₁，b₂，c₁)＝(5，5，5，5，10)

并且停止而辅助目标函数不设置为0。从假定可行向量，表明链路(R6-R5)和链路(R5-R4)是瓶颈链路。

为了避开瓶颈链路，下一通路用Dijkstra计算以获得旁路。结果，新的通路a₃，b₃和c₂被获得，如图12A，12B和12C中所示。它们被添加作为目标函数的变量。

关于添加变量的目标函数

f＝3a₁+4a₂+4a₃+2b₁+5b₂+5b₃+3c₁+3c₂，

考虑质量要求的表达式a₁≥5，b₁≥5，c₁≥5被添加，并且在单纯形法中被再次确定。确定通信量可以用添加的旁路来支持，并且可行向量

(a₁，a₂，a₃，b₁，b₂，b₃，c₁，c₂)＝(5，5，5，5，5，5，10，5)被获得作为满足质量要求的最优解。

有三种类型通路，也就是最短通路，第二通路以及第三通路，并且较高优先级的通信量被分配较好通路。也就是，关于路由器R1和R4之间，以及路由器R2和R4之间的通路，分别地，A类被分配最短通路，B类被分配第二短通路，而C类被分配第三短通路。

关于路由器R7和路由器R4之间的通路，分别地，A类和B类被分配最短通路，而C类被分配第二短通路。

然后，假设在路由器R1和路由器R4之间、在路由器R2和路由器R4之间，以及在路由器R7和路由器R4之间，通信量分别地增加到10Mbps。

关于目标函数

f＝3a₁+4a₂+4a₃+2b₁+5b₂+5b₃+3c₁+3c₂，

考虑质量要求，在单纯形法中再次确定。在这种状态下，可行向量

(a₁，a₂，a₃，b₁，b₂，b₃，c₁，c₂)＝(5，5，5，5，5，5，10，5)没有解，并且停止而辅助目标函数不设置为0。从假定可行向量，表明链路(R3-R4)是瓶颈链路。

为了避开瓶颈链路，下一通路用Dijkstra计算以获得旁路。但是，没有新的通路被找到。也就是，不再有通路可以添加到网络中，从而不存在真解。

因为没有通路可以添加，使通信量以可行向量

(a₁，a₂，a₃，b₁，b₂，b₃，c₁，c₂)＝(5，5，5，5，5，5，10，5)来流动。例如，如果著名的DiffServ(区别服务)等被结合，只有具有较低优先级的通信量可以放弃。在本实施方案中，只有具有较低优先级的C类可以放弃。

(变更)

在上述第三实施方案中，通过将较好通路分配给具有较高优先级的类而使每个类与通路流量对应的算法被描述，但是算法可以通过设置而不同，使得例如，通信量可以流动而不干扰具有较高优先级的通信量的另一方，如果路由器要求带宽，通信量可以流过满足带宽要求的通路，等等。

此外，大的网络通常被分成区域，并且有限数目的路由器架在每个区域上。因此，如果本发明应用于每个区域，可伸缩性可以满足。

当瓶颈链路被找到时，不仅具有100％占用率的链路，而且例如具有70％或更大占用率的链路可以被定义为瓶颈链路，从而成功地减小了用虽然同时添加的变量的编号来递归的时间。

在上面的说明中，每条链路的网络资源的消耗设置为常数，但是除常数之外的值也可以设置。例如，排队中的延迟随队列占用率的增加而按指数规律增加。因此，网络资源的消耗可以随链路的占用率而改变。

此外，目标函数不仅可以设置成使网络资源的消耗达到最小，而且可以设置成使其他网络成本例如延迟达到最小，或者可以基于跳跃次数来设置。

当延迟达到最小时，每个通路变量的系数指示每条链路的总延迟。

在图13A中所示的网络中，假设路由器R1到路由器R7、路由器R7到R6，以及路由器R6到路由器R3的每个链路的延迟为10Mpbs，而其他路由器之间的链路的延迟为5Mbps。

关于图13B，13C和13D中所示的通路a₁，b₁和c₁，基于延迟的目标函数如下来表示。

a₁的系数＝5+5+5＝15

b₁的系数＝5+5＝10

c₁的系数＝10+5+5＝20

因此，目标函数为

r＝15a₁+10b₁+20c₁

与上述实施方案中一样，单纯形应用于目标函数。在这种情况下，瓶颈链路可以用Dijkstra等来避开。

另一方面，关于图13B，13C和13D中所示的通路a₁，b₁和c₁，基于跳跃次数的目标函数如下来表示。也就是，因为相邻路由器之间的跳跃次数为1，

a₁的系数＝1+1+1＝3

b₁的系数＝1+1＝2

c₁的系数＝1+1+1＝3

因此，目标函数为

f＝3a₁+2b₁+3c₁

与在上述实施方案中一样，单纯形应用于目标函数。在这种情况下，瓶颈链路可以用上述Dijkstra等来避开。

如上所说明的，通过找到瓶颈链路，增加旁路，并且当单纯形法中没有最优解时进一步应用单纯形法，本发明可以确定当前通路是否能够容纳通信量。如果通信量不能被容纳，可以只添加一条必要的通路，并且最佳通信量分布可以通过基于网络成本，例如网络资源的消耗、延迟、跳跃次数等设置目标函数来执行。

Claims (6)

1.一种通信量分布控制装置，用于通过确定由配置网络的路由器实现的现有通路是否能够支持所请求通信量，来控制网络中待分布的通信量，包括：

确定装置，用于通过将单纯形法应用于由目标函数和约束条件构成的线性规划问题，来确定现有通路是否能够支持通信量，其中约束条件包括配置网络的路由器之间的通信量和关于网络中的通路的信息；以及

旁路搜索装置，当所述确定装置确定现有通路不能支持通信量时，用于搜索除现有通路之外的旁路，其中

所述确定装置通过添加由所述旁路搜索装置搜索的旁路来进一步作确定。

2.根据权利要求1的通信量分布控制装置，其中

所述确定装置通过将单纯形法应用于由约束条件确定的辅助目标函数，来找到导致不能支持所请求通信量的因素的瓶颈链路；以及

所述旁路搜索装置搜索旁路以绕过瓶颈链路。

3.根据权利要求1或2的通信量分布控制装置，其中

所述旁路搜索装置使用根据路由器之间的链路成本搜索最短通路的算法来搜索旁路。

4.根据权利要求1或2的通信量分布控制装置，还包括

通信量确定装置，用于基于所述确定装置的确定结果，来确定使网络成本达到最小的通信量。

5.一种通信量分布控制方法，用于通过确定由配置网络的路由器实现的现有通路是否能够支持所请求通信量，来控制网络中待分布的通信量，包括：

确定步骤，用于通过将单纯形法应用于由目标函数和约束条件构成的线性规划问题，来确定现有通路是否能够支持通信量，其中约束条件包括配置网络的路由器之间的通信量和关于网络中的通路的信息；以及

旁路搜索步骤，当所述确定步骤确定现有通路不能支持通信量时，用于搜索除现有通路之外的旁路，其中

在所述确定步骤中，通过添加在所述旁路搜索步骤中搜索的旁路而作进一步的确定。

6.根据权利要求5的通信量分布控制方法，还包括：

通信量确定步骤，用于基于所述确定步骤的确定结果，来确定使网络资源的消耗达到最小的通信量。

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