一種基于凸包收斂算法的組播策略路由方案的制作方法
【專利摘要】一種基于凸包收斂算法的組播策略路由方案，首先將無線數據中心中參加組播的節(jié)點抽象成為一張隨機分布的圖，每個節(jié)點的行為均會反饋信息給控制中心并且接收來自控制中心的命令；其次，將數據中心節(jié)點的行為信息抽象成為一簇數據集，最后，在控制中心以凸包收斂算法計算出每個飽和節(jié)點的權重，然后根據各個節(jié)點的權重決策下一步廣播數據的節(jié)點以及其廣播速率，本發(fā)明以飽和節(jié)點到所有參與組播的外圍節(jié)點的傳輸方向作為優(yōu)先方向，組播在整體上傾向于使得外圍節(jié)點先達到飽和，因為當所有外圍節(jié)點完全接收完數據后，其所包圍的內部節(jié)點自然也會完全接收到所有數據，與其他算法，能夠有效地降低組播傳輸的時延、提高組播的吞吐量和提高傳輸的魯棒性。
【專利說明】一種基于凸包收斂算法的組播策略路由方案
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于數據中心網絡路由優(yōu)化【技術領域】，特別涉及一種基于凸包收斂算法的組播策略路由方案。
【背景技術】
[0002]隨著云計算的發(fā)展，數據中心網絡作為云端計算的基礎設施越來越受到研究者的重視。由于傳統(tǒng)的數據中心建立在有線分層結構上，存在著流量擁塞和負載失衡等先天缺陷。隨著無線通信技術的發(fā)展和高速無線接收器的發(fā)明與應用，在傳統(tǒng)的有線數據中心中添置高速無線接收器作為輔助傳輸的無線數據中心架構被研究人員提出。無線數據中心具有更好的靈活性和變通性，在很大程度上解決了傳統(tǒng)數據中心存在的負載失衡等弊端。
[0003]然而，截至目前，無線數據中心的傳輸技術發(fā)展并不完善。特別是針對于無線數據中心中的組播問題幾乎無人問津。無線傳輸中，組播默認以最低速率進行傳輸(Base算法)；除此之外，一種以滿足接收速率最大化的MR算法也被研究者提出；此外，ChunpengLiao等人提出了一種基于位置信息的路由策略(DRB算法)，通過計算出完成數據接收的所有節(jié)點的幾何中心和所有未完成數據接收節(jié)點的幾何中心來確定傳輸的主方向，之后由集中控制中心按照優(yōu)先主方向上傳輸的策略來選擇要廣播數據的節(jié)點和其廣播速率。
[0004]無線傳輸中，數據的傳輸默認為以最低速率進行傳輸(Base算法)。然而在節(jié)點之間距離較近、信道情況較好時，低速傳輸會浪費大量的時間，造成很大的延遲。為解決這一問題，一種以滿足接收速率最大化的MR算法被研究者提出。但是，組播并非廣播，不需要數據中心中全部的節(jié)點都要接收到數據，所以以接收速率最大化的路由策略并不能有方向性地向節(jié)點組播數據。Chunpeng Liao等人提出一種基于位置信息的路由策略(DRB算法)。這種方案在一定程度上降低了組播傳輸的時延，使得傳輸具有一定的方向性。然而，由于數據中心中參與組播的節(jié)點往往規(guī)模較大，單單提供一個模糊的傳輸方向并不能達到更為精準的組播路由。

【發(fā)明內容】

[0005]為了克服上述現有技術的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種基于凸包收斂算法的組播策略路由方案，特別是針對無線數據中心組播具有大規(guī)模和突發(fā)性的特點，凸包收斂算法能夠在較低時延內，能夠使所有參與組播的節(jié)點接收到所有數據，與此同時，基于凸包收斂算法的組播路由在一些中繼節(jié)點失效和通信信道質量較差的情況下，仍能夠保證組播傳輸具較高的吞吐量和較低的時延，提高了無線數據中心組播傳輸的魯棒性，本發(fā)明利用凸包收斂算法，為一套低時延、高吞吐量的具有方向性的組播路由策略。
[0006]為了實現上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是:
[0007]一種基于凸包收斂算法的組播策略路由方案:
[0008]首先，將無線數據中心中參加組播的節(jié)點抽象成為一張隨機分布的圖，每個節(jié)點的行為均會反饋信息給控制中心并且接收來自控制中心的命令；[0009]其次，將數據中心節(jié)點的行為信息抽象成為以下一簇數據集:
[0010]G = {gj——參與組播的節(jié)點集合，即目標節(jié)點集合，gi是參與組播的節(jié)點，即目標節(jié)點；
[0011]S = {sj——已經接收到所有數據的節(jié)點集合，即飽和節(jié)點集合，Si是接收到所有數據的節(jié)點，即飽和節(jié)點；
[0012]F= {fj——要廣播數據的節(jié)點集合，其中要廣播數據的節(jié)點必須是飽和節(jié)點，其中A是要廣播數據的節(jié)點；
[0013]R = {rj-數據中心中可供節(jié)點發(fā)送的速率集合，T1是可供節(jié)點發(fā)送的速率；
[0014]N(f, r)-要廣播數據的節(jié)點f以速率r所能傳播到的節(jié)點集合；
[0015]A = {F，R, Δ t}——在時間段Λ t內，所有要廣播數據的節(jié)點和其選擇的廣播速率的集合；
[0016]pi； J^ri)-節(jié)點i向節(jié)點j以速率A傳輸數據，能夠到達節(jié)點j的數據占節(jié)點i
所傳的所有數據的比率，記為收包率；
[0017]最后，在控制中心以凸包收斂算法計算出每個飽和節(jié)點的權重E，然后根據各個節(jié)點的權重E決策下一步廣播數據的節(jié)點以及其廣播速率。
[0018]所述節(jié)點的行為包括何時發(fā)送數據以及以何種速率發(fā)送速率。
[0019]所述凸包收斂算法過程如下:
[0020]步驟(1)在所有參與組播的未飽和的目標節(jié)點集合Q中，找到包圍Q的所有外圍節(jié)點，具體包括:
[0021]步驟(1.1)逐行掃描所有未飽和的目標節(jié)點的集合Q，把每一行中最左邊和最后邊的節(jié)點加入到集合Q1中；
[0022]步驟(1.2)逐列掃描集合Q1中的節(jié)點，把每一列中最上方的點和最下方的節(jié)點加入到集合Q2中；
[0023]步驟(1.3)利用Graham’s Scan凸包計算算法,最終得到當前時間內的能夠包圍所有參與組播的未飽和的目標節(jié)點的凸包節(jié)點；
[0024]步驟⑵計算每一個飽和節(jié)點和所有凸包節(jié)點的方向矢量瓦，
M1 = (xqt -xs,yqi I )/ ||s，％|，其中s (xs, ys)為該飽和節(jié)點坐標，1(.\，八.):為第i個凸包節(jié)點的坐標；
[0025]步驟(3)計算每一個飽和節(jié)點以每個速率!Ti向其所能廣播的節(jié)點的方向向量D(s,d), 其中 S(xs，ys)為該飽和節(jié)點坐標，d(xd, yd)為其所能廣播到的鄰居節(jié)點坐標；
[0026]步驟(4)計算萬(.V, J)在上的投影與收包率的乘積，再除以目標節(jié)點的飽和度，
得到鄰居節(jié)點在一個凸包方向上的權重v(s, d, r, ,該步驟中，凸包方向指飽和節(jié)點到凸包節(jié)點的方向，目標節(jié)點指飽和節(jié)點的所有未飽和鄰居節(jié)點；
[0027]K.s'd, ι\ ￡/,.) = (Pij (r) I (1- D(c/))) g max (i/)D(s, d) χ β; χ M1, θ|
[0028]其中萬(^0是目標節(jié)點與要發(fā)送數據的飽和節(jié)點，即源節(jié)點的單位方向向量，M1是源節(jié)點的一個凸包方向向量,如果M,與反向，即D{s，d、x M丨<0，說明該目標
節(jié)點不利于該外圍節(jié)點優(yōu)先接收到數據，則置V (s, d, r, q) = O, pi；J(r)是關于飽和節(jié)點i和目標節(jié)點j的距離的反比函數，距離越近，Pi；j (r)越大，反之越小，目標節(jié)點的優(yōu)先級與其已經接收的數據成正比:其接受的數據越多，越容易成為飽和節(jié)點，越容易獲得向其鄰居節(jié)點發(fā)送數據的資格，add)為常數，作為平衡因子，一般取值10~15，Pi是飽和節(jié)點到所有凸包節(jié)點的最近距離；
[0029]步驟(5)根據步驟(4)計算飽和節(jié)點的一個鄰居節(jié)點在所有凸包方向上的權重之和
【權利要求】
1.一種基于凸包收斂算法的組播策略路由方案，其特征在于: 首先，將無線數據中心中參加組播的節(jié)點抽象成為一張隨機分布的圖，每個節(jié)點的行為均會反饋信息給控制中心并且接收來自控制中心的命令； 其次，將數據中心節(jié)點的行為信息抽象成為以下一簇數據集: G = {gj-參與組播的節(jié)點集合，即目標節(jié)點集合，gi是參與組播的節(jié)點，即目標節(jié)占.S = {sj-已經接收到所有數據的節(jié)點集合，即飽和節(jié)點集合，Si是接收到所有數據的節(jié)點，即飽和節(jié)點； F = {fj——要廣播數據的節(jié)點集合，其中要廣播數據的節(jié)點必須是飽和節(jié)點，其中A是要廣播數據的節(jié)點； R = IrJ-數據中心中可供節(jié)點發(fā)送的速率集合，T1是可供節(jié)點發(fā)送的速率； N(f, r)——要廣播數據的節(jié)點f以速率r所能傳播到的節(jié)點集合； A= {F, R, At}——在時間段At內，所有要廣播數據的節(jié)點和其選擇的廣播速率的集合； Pi;j(ri)--節(jié)點i向節(jié)點j以速率A傳輸數據,能夠到達節(jié)點j的數據占節(jié)點i所傳的所有數據的比率，記為收包率； 最后，在控制中心以凸包收斂算法計算出每個飽和節(jié)點的權重E，然后根據各個節(jié)點的權重E決策下一步廣播數據的節(jié)點以及其廣播速率。
2.根據權利要求1所述的基于凸包收斂算法的組播策略路由方案，其特征在于，所述節(jié)點的行為包括何時發(fā)送數據以及以何種速率發(fā)送速率。
3.根據權利要求1所述的基于凸包收斂算法的組播策略路由方案，其特征在于，所述凸包收斂算法過程如下: 步驟(1)在所有參與組播的未飽和的目標節(jié)點集合Q中，找到包圍Q的所有外圍節(jié)點，具體包括: 步驟(1.1)逐行掃描所有未飽和的目標節(jié)點的集合Q，把每一行中最左邊和最后邊的節(jié)點加入到集合Q1中； 步驟(1.2)逐列掃描集合Q1中的節(jié)點，把每一列中最上方的點和最下方的節(jié)點加入到集合Q2中； 步驟(1.3)利用Graham’s Scan凸包計算算法，最終得到當前時間內的能夠包圍所有參與組播的未飽和的目標節(jié)點的凸包節(jié)點； 步驟(2)計算每一個飽和節(jié)點和所有凸包節(jié)點的方向矢量瓦，M1 = (xq1- xs，ycu -凡)/ \\s, % I，其中s (xs, ys)為該飽和節(jié)點坐標，孓(為第i個凸包節(jié)點的坐標； 步驟(3)計算每一個飽和節(jié)點以每個速率A向其所能廣播的節(jié)點的方向向量D{s,d), D(AiZ) = (?-XiA'Vi)/1卜,?φ 其中 s(xs，ys)為該飽和節(jié)點坐標，d (xd, yd)為其所能廣播到的鄰居節(jié)點坐標； 步驟(4)計算在瓦上的投影與收包率的乘積，再除以目標節(jié)點的飽和度，得到鄰居節(jié)點在一個凸包方向上的權重V (S，d, r, qi),該步驟中，凸包方向指飽和節(jié)點到凸包節(jié)點的方向，目標節(jié)點指飽和節(jié)點的所有未飽和鄰居節(jié)點；
【文檔編號】H04L29/08GK103997462SQ201410212152
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年5月19日 優(yōu)先權日:2014年5月19日
【發(fā)明者】崔勇, 肖詩漢, 朱超 申請人:清華大學