基于最大化畅通概率优化模型的固定路由算法

作者:刘暾东;马迎然;陈俊仁;郑炳辉;陶继平 刊名:光电子.激光 上传者:王瑾

【摘要】针对以最小化网络阻塞率为目标的光网络路由及波长分配(RWA)问题,考虑到全网结构不均衡易导致部分链路负载过高,进而造成全网阻塞率过高问题,在基于爱尔兰损失公式的链路阻塞概率模型的基础上,建立了最大化路径畅通概率的优化模型。为了克服优化模型的非线性造成的求解困难,借鉴大系统中分解协调的思想对链路负载进行预估,将原优化问题转化成乘积最长路问题,并结合负载滚动预估更新及类Dijkstra算法进行近似求解。仿真比较实验表明,本文算法能够较好地近似求解所提出的最大化畅通概率模型,有效地均衡了全网负载,降低了全网阻塞率,提高了网络传输性能。

全文阅读

1引言波分复用(WDM)光网络已成为承载Internet的主要传输网络[1~3]。WDM光网络中,一项重要任务是设计算法为连接请求选择路由与波长分配(RWA),以降低全网阻塞率[4,5]。RWA算法中,路由选择策略主要有自适应路由算法及固定路由算法[6]。自适应算法将实时的*E-mail:jipingtao@gmail.com网络情况作为选路的参考变量,可以较好调整路由以适应变化[7];但为了保证算法效果,在每个网络节点上需要更多的存储资源和更复杂的网络传输控制系统,当网络规模达到一定程度,网络信息的收集和传输速度会受到影响,同时给中心计算节点带来巨大负担[8]。固定路由算法简化了网络传输控制系统,只需要预先设定好路由表即可进行工作,无需存储网络的变化情况[9];但由于实际网络中结构的不均衡性,经典的固定路由算法通常会造成网络的部分链路负载过高,从而导致较高的阻塞率。针对负载均衡的固定路由算法展开研究。文献[10]先计算出网络中所有节点对之间可能的路径,并避开关键链路部分,在网络中较为均匀地分配节点对间的路径,其中关键路径的判别和路径的分配采用阈值评估和修正的方法,精确度方面存在一定的问题。文献[11]根据链路负载得到相应的链路代价,并求取链路代价最小的路由,因此能较好地平衡网络负载;但选路过程中采用贪婪思想对负载进行估计,容易陷入局部最优解。这类算法的研究难点是在链路负载及最优路径选择交替影响下,如何求解网络负载平衡的最优路径[12]。基于以上分析,本文首先引入爱尔兰损失公式建立畅通概率优化模型,采用分解协调思想对此优化模型进行迭代求解,最终得到一组近似最优路径。2畅通概率模型2.1问题描述及参数定义在WDM光网络中,其物理拓扑可抽象为G(N,E),其中N为节点集,E为链路集。通常在实际情况中,光网络的拓扑结构为非均衡的,在使用经典固定路由算法时,会造成网络中某些链路上的负载过高,而网络上的其他链路服务能力却并未达到饱和,从而导致了较高的阻塞率[13]。因此,可对这种情况下的光网络做以下假设[14]:1)连接请求到达时间服从参数为的泊松分布,均匀分布于整个网络中的所有节点上,其保持时间服从参数为的指数分布,全网的总负载为/;2)初始时,光网络中每条链路具有相同的W个可用波长通道数;3)光网络满足连续性限制条件,即节点上没有波长转换能力;4)当某链路上的波长通道全部被占用,新到的连接请求被拒绝,无等待策略。2.2畅通概率模型根据上述假设,光网络中的每一条传输链路j,可以看作一个M/M/W/W/的排队系统[15],即连接请求到达时间服从泊松分布;保持时间服从指数分布;系统具有W个服务器(即链路具有W条波长);系统空间为W(即只能满足W个连接请求同时呼叫服务,超过的连接请求均被阻塞,不被服务);连接请求源为。通过引入损失制排队系统中的爱尔兰损失公式,链路j被阻塞的概率计算公式为B(Lj)=(Lj)W/W!Wi=0(Lj)i/i!(1)式(2)是关于链路j当前负载Lj的函数。计算方式为Lj=Ns,txjst(2)式中:/(N)为到达每个节点对的负载;xjst表示从源节点s到目的节点t间的传输过程中经过链路j的概率。由于采用的是固定路由策略,因此xjst只有两个值,满足如下关系xjst=0,IflinkjTheselectedpath=1,IflinkjTheselectedp{ath(3)在算法设计部分,将使用Dijsktra算法求解阻塞最小的路由。由于Dijsktra算法求解最短路使用的条件为不能有负权边,而在对应为求解乘积最短路时不能有概率小于1的

参考文献

引证文献

问答

我要提问