專利名稱：移動代理系統(tǒng)和約束網(wǎng)絡(luò)層析成像方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通訊領(lǐng)域，尤其涉及一種移動代理系統(tǒng)和約束網(wǎng)絡(luò)層析成像方法。
背景技術(shù)：
CT(層析成像)技術(shù)也稱計算機層析(斷層)成像技術(shù)，是20世紀70年代初首先在醫(yī)學工程上成功應(yīng)用并蓬勃發(fā)展起來的一項新技術(shù)。目前，CT技術(shù)在醫(yī)學工程上已經(jīng)有一套完善的理論和方法，廣泛應(yīng)用于醫(yī)學臨床診斷和病理研究。該完善的理論和方法還被應(yīng)用于射電天文學、雷達探測、電子顯微鏡圖形學、無損探傷、地震學、地質(zhì)勘探等非醫(yī)學領(lǐng)域。
隨著互聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)已從單純的數(shù)據(jù)傳輸發(fā)展到同時支持多種類型信息的傳輸，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、流量與行為也在發(fā)生著根本的變化。為了成功地設(shè)計、控制和管理網(wǎng)絡(luò)，就必須很好地了解和掌握網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部特性。目前，主要通過網(wǎng)絡(luò)測量的方法來獲取網(wǎng)絡(luò)性能內(nèi)部特性和識別網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)。
網(wǎng)絡(luò)測量的方法有不同的分類方法，按照測量過程中測量設(shè)備是否主動發(fā)送探測包可分為主動測量和被動測量兩類；按照測量系統(tǒng)所處的位置，又可分為基于路由器的測量、端到端的測量以及路由器協(xié)助的測量。目前廣泛使用基于路由器的測量方法，也就是常說的“內(nèi)在”的測量方法，在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點或者網(wǎng)絡(luò)節(jié)點之間直接主動或者被動測量，該方法有許多潛在的缺陷1、對一般用戶是不可能得到的。
2、可能不會覆蓋到你所感興趣的路徑上。
3、在網(wǎng)絡(luò)高負載的情況下，不可能進行測量的。
4、存在大尺度網(wǎng)絡(luò)上有測量和測量數(shù)據(jù)收集的問題。
5、每個測量點測量得到的數(shù)據(jù)組成一個端到端的路徑數(shù)據(jù)信息是一個很困難的任務(wù)。
在常說的“外在”的測量方法中，在假定沒有節(jié)點的配合下，通過端到端的測量來診斷問題。這里已經(jīng)有許多實際工具來測量端到端的性能，如Ping和traceroute等診斷工具廣泛的用來確定IP網(wǎng)絡(luò)連通性。round-trip丟失、延遲。Pathchar和traceroute用來估計鏈路級的可用帶寬、包延遲和丟失速率。但這些方法有如下的幾個潛在的缺陷1、由于ICMP包在路由器里處理的低優(yōu)先級，因此測量得到的延遲不能代表正常流量的延遲。
2、有些工具需要一些特殊的假設(shè)，比如路由節(jié)點不能存在防火墻，相對稱的正向/反向鏈路，需要存儲與轉(zhuǎn)發(fā)路由器。
3、ICMP包不能被網(wǎng)絡(luò)管理員容忍，經(jīng)常被ICMP包過濾器過濾掉，以至不能響應(yīng)。
4、需要得到路由器的協(xié)作。
隨著網(wǎng)絡(luò)朝著分布化、非協(xié)作、異質(zhì)管理和基于邊緣控制的方向演變，上述缺陷限制了所述“內(nèi)在”的和“外在”的方法的使用。為了彌補這些不足，國際上多個研究機構(gòu)都在尋找其它途徑來研究網(wǎng)絡(luò)的整體性能及其相互影響，利用醫(yī)學、地震學、地質(zhì)勘探等領(lǐng)域成功應(yīng)用的成熟的理論和方法應(yīng)用于通信網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，衍生出了網(wǎng)絡(luò)層析成像。它是基于一種端到端的技術(shù)來獲取網(wǎng)絡(luò)中那些不能直接觀察到的信息，它通過發(fā)送多種探測包給指定的接收節(jié)點，觀察并分析接受節(jié)點所獲得的信息；最后通過統(tǒng)計和推斷來獲得各種網(wǎng)絡(luò)信息，包括鏈路級的參數(shù)和拓撲結(jié)構(gòu)等信息。
根據(jù)是否有約束條件，我們把網(wǎng)絡(luò)層析成像分為約束網(wǎng)絡(luò)層析成像和非約束網(wǎng)絡(luò)層析成像?，F(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)層析成像都是屬于后者，非約束網(wǎng)絡(luò)層析成像主要可以分為基于多播探測包和基于單播探測包兩類方法。對于一次固定測量，多播測量提供了比單播更多的數(shù)據(jù)，基于多播包探測框架的網(wǎng)絡(luò)層析成像有較好的可擴展性。馬薩諸塞州大學Lo Presti，N.G.Duffield等在2002年提出了基于多播端到端測量的內(nèi)在隊列延遲分布估計框架，描述了估計鏈路延遲分布的pmfs函數(shù)，使網(wǎng)絡(luò)層析成像的結(jié)果與實際值更逼近。兩個因素促進了基于單播探測包的鏈路級參數(shù)估計，一是某些網(wǎng)絡(luò)可能不支持多播，二是單播包相對于多播包有更大的靈活性。但對于一次固定測量，單播將會獲得更少的信息，因而求解的難度加大。M.Coates and R.Nowak采用了多個背靠背包克服在單播網(wǎng)絡(luò)層析成像方程欠定問題。密歇根大學Shih and Hero發(fā)展出基于鏈路延遲累積量產(chǎn)生函數(shù)方法，最近他又提出了使用有限混合模型來估計網(wǎng)絡(luò)鏈路延遲函數(shù)。萊斯大學Coates and Nowak使用基于內(nèi)在延遲估計的序貫蒙特卡洛框架，這個框架能夠追蹤時變網(wǎng)絡(luò)延遲行為。G.Liang和Yolanda Tsang分別提出了基于極大似然估計器的內(nèi)在延遲估計算法，但是在迭代求解極大似然值的時候，前者用了偽了EM(ExpectationMaximization)算法，后者用了MMPLE(Multiscale Maximum PenalizedLikelihood Estimator)算法。
約束網(wǎng)絡(luò)層析成像是指通過一定網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，采集部分鏈路待估計參數(shù)的確定性范圍或者確定值，以此作為網(wǎng)絡(luò)層析成像反演過程中的先驗信息，約束網(wǎng)絡(luò)層析成像具有以下幾個優(yōu)點1、對于似然函數(shù)為多峰的情況，約束條件有助于迭代算法避免陷入局部最小值，提高了解的精度和穩(wěn)定性，同時可以避免迭代進入邊界極大值，導致所謂邊界效應(yīng)。
2、由于測量誤差和求解系統(tǒng)方程的病態(tài)性，導致了參數(shù)解的多解性，采用約束條件，則可以排除不符合約束條件的解。
3、約束條件有助于用來確定迭代初始值，可以減少迭代的步數(shù)，從而減少計算時間。
現(xiàn)有技術(shù)中一種非約束網(wǎng)絡(luò)層析成像模型的邏輯拓撲結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。
非約束網(wǎng)絡(luò)層析成像指在沒有任何鏈路先驗信息的條件下，基于端到端路徑的測量直接估計網(wǎng)絡(luò)鏈路參數(shù)。如圖1所示，該方法先定義鏈路與路徑的基本概念，鏈路(Link)是指兩個節(jié)點之間沒有中間節(jié)點直接相聯(lián)系，而且可以是單向或者雙向的。路徑(Path)是指兩個節(jié)點之間相聯(lián)系，中間有一個和多個鏈路。信息從源節(jié)點沿著一條路徑發(fā)送到目的節(jié)點，該路徑一般要經(jīng)過好幾個節(jié)點。X＝(X1，K，XJ)′為J維隨機向量，它代表了需要獲取的網(wǎng)絡(luò)動態(tài)，比如，鏈路延遲、鏈路丟包信息。Y＝(Y1，K，YI)′為I維的路徑測量向量。網(wǎng)絡(luò)層析成像目的就是從觀察值Y估計出X來。網(wǎng)絡(luò)層析成像一般可以表示為Y＝AX。
(公式1)A為已知的I×J的路由矩陣。由網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)和每個路由器中的路由表決定。在本發(fā)明中，我們限制為一個固定的路由計劃和忽視動態(tài)路由可能，A為固定的0-1矩陣。比如圖1所示的邏輯拓撲結(jié)構(gòu)的A矩陣可以表示為 (公式2)公式1反映了網(wǎng)絡(luò)測量集合性本質(zhì)，X分布估計其實質(zhì)就是一個反問題。在多數(shù)網(wǎng)絡(luò)層析成像場合A不是滿秩，矩陣I≤J是很典型的情況(當然如果滿足滿秩條件，則直接計算即可得到)。因此，必須要一些限制條件或者假設(shè)來保證公式1代表的模型的可識別性。一般網(wǎng)絡(luò)層析成像模型都假設(shè)X所有子成分相互都是統(tǒng)計獨立的，也就是說鏈路與鏈路之間的參數(shù)是統(tǒng)計獨立的，因此，我們可以假定Xj～fj(θj) (3)fi是強度函數(shù)，θj為它的參數(shù)，表示各鏈路的參數(shù)。那么，所有模型的參數(shù)為θ＝(θ1，K，θJ)，子成分。對于網(wǎng)絡(luò)鏈路延遲估計，fj(·)則為pmfs(discrete probability mass functions)函數(shù)或者多個高斯疊加的連續(xù)概率函數(shù)。對網(wǎng)絡(luò)丟包估計，fj(·)則為服從貝努利分布的pmfs函數(shù)。由公式1和公式3可以得到似然函數(shù)l(Y，θ)＝log p(Y，θ) (4)公式4表示給定測量路徑數(shù)據(jù)Y的條件下，待估計參數(shù)向量θ與Y的關(guān)系式。對不同的估計對象p(·)與fj(·)有不同的關(guān)系。對網(wǎng)絡(luò)鏈路延遲估計問題p(Y，θ)＝fi(θ)*fj(θ)*Λ(5)*表示卷積符號，i，j表示路徑上的鏈路。對網(wǎng)絡(luò)鏈路丟包估計問題，則可以表示為p(Y,θ)=Πi∈patnfi(θ)...(6)]]>對于公式(4)，估計θ最經(jīng)典的方法為最大似然估計，也就是∂∂θl(Y,θ)=0...(7)]]>但是公式(7)對網(wǎng)絡(luò)層析成像這樣復雜問題很難得到其解析表達式，因此一般使用迭代求解方法來求極大值，該類迭代算法有很多種，EM算法是典型和目前為止運用效果非常好的一種算法，無論在延遲估計還是在丟包估計中。公式(7)的EM算法表示如下E步Q(θ,θ^)=E[l(θ)|Y;θ^(t)]...(8)]]>M步θ^(t+1)=argmaxθQ(θ,θ^)...(9)]]>由于非約束層析成像，鏈路向量θ沒有明確的約束條件，或者說約束條件過寬，比如說正值性條件，鏈路參數(shù)不大于路徑參數(shù)的條件，從而導致EM算法在實際應(yīng)用中存在以下三個缺陷1、容易陷入局部最小值；2、初始值敏感；3、容易陷入邊界極大值。
這三個缺陷反映在非約束網(wǎng)絡(luò)層析成像中的就是估計得到由于估計精度不夠，估計器性能穩(wěn)定性差，以及多解性。
現(xiàn)有技術(shù)中一種非約束網(wǎng)絡(luò)層析成像的單播鏈路延遲分布估計的算法為密歇根大學的Meng Fu Shih算法。該算法主要分為二部分1、CGF(累積量生成函數(shù))模型。
假設(shè)在一個域內(nèi)路由矩陣是已知的，i＝1，...，n為第i探測包路徑，j＝1，...，m為第j條網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部鏈路，rij＝{0，1}為路由矩陣中第i條探針路徑經(jīng)歷第j條鏈路的路由系數(shù)，當?shù)趇探測包路徑包含鏈路j的時候，rij＝1，否則rij＝0；假設(shè)在測量時間內(nèi)，鏈路時延分布是平穩(wěn)的，則第i探測包路徑經(jīng)過的端到端時延可以表示為Yi=ri1Xi1+···+rimXim=Σj=1mrijXij...(10)]]>其中隨機變量Xij表示第i探測路徑經(jīng)過第j條鏈路的時延，Xij相互之間假設(shè)是獨立同分布的，互不相關(guān)。采用隨機變量Yi的CGF來描述端到端時延的統(tǒng)計特征。
KYi(t)=logE[etYi],i=1,···n,t∈(-∞,∞)...(11)]]>將(10)式帶入(11)式中可以得到KYi(t)=logE[et(ri1Xi1+ri2Xi2+···rimXim)]=Σj=1mrijKXj(t)=R.KX(t)...(12)]]>公式(3)中，KXi(t)=log∫-∞∞etxpXi(x)dx]]>與Xi的概率密度函數(shù)pxi(x)成一一對應(yīng)關(guān)系。因此，只要求出鏈路的CGF，就可以得到網(wǎng)絡(luò)的概率密度分布。但在實際求解時，主要通過求etx期望的方式來等效地求解路徑的CGF。
2、反演算法。
反演算法簡單地通過求逆矩陣的形式求解KXJ(t)=Σi=1nbjiKYi(t)=B.KYi(t)...(13)]]>其中B＝(RTR)TR-誤差校正由于log函數(shù)的非線性，因此，通過這種方式推導的是時延CGF偏差估計值，對公式(6)得到的結(jié)果進行校正，可以得到鏈路CGF的無偏移估計K^Xj(t)=Σi=1nbjilog(M^Yi(t))+E^[ωj]+12E^[ωj2]...(14)]]>而 為矩法估計的經(jīng)驗平均E^[ωj]=1-Πi=1nE^[(M^Yi(t))bji]M^Xj(t)...(15)]]>E^[ωj2]=1-2Πi=1nE^[(M^Yi(t))bji]M^Xj(t)+Πi=1nE^[(M^Yi(t))2bji]M^2Xj(t)...(16)]]>
其中，M^Xj(t)=Πi=1n(M^Yi(t))bji]]>為第j條鏈路時延矩量母函數(shù)的無偏估計， 的計算可以通過滑窗法或者蒙特卡羅方法。這種偏差校正的方法，依賴于測量數(shù)據(jù)的經(jīng)驗平均，在測量結(jié)果很準確的情況下，校正可以有效的去處log函數(shù)帶來的非線性偏差。然而，一旦測量誤差增大，這種校正方法就無法起到修正作用，反而會極大地增大估計值與真實值之間的誤差。仿真結(jié)果也驗證了這一點。
上述現(xiàn)有技術(shù)的非約束網(wǎng)絡(luò)層析成像的缺點為在實際網(wǎng)絡(luò)層析成像問題求解中，其解是不穩(wěn)定的、多解的。其原因主要為1、從總體來看，現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)層析成像方法大都假定網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)參數(shù)在一定的時間范圍內(nèi)是非時變和穩(wěn)定的(即變化范圍很小，可以忽略)，由于實際網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)是不斷變換的(即網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)參數(shù)是時變、非平穩(wěn)的)。
2、從測量的角度來看，都是有誤差的，由于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境復雜性和非平穩(wěn)性，兩個目的節(jié)點上測量得到的誤差不可能是相同的。
3、從路由矩陣角度來看，由于路由算法具有很大相似性以及背靠背包對技術(shù)的采用，導致各方程系數(shù)具有非常高的相似性。
綜上所述，上述現(xiàn)有技術(shù)的非約束網(wǎng)絡(luò)層析成像的方程一定是病態(tài)的超定方程，而非良態(tài)的超定方程，這導致一個嚴重的后果無論選用什么迭代算法來解這個方程，無論迭代多少步，其估計值不會收斂到真值，而且其估計值呈現(xiàn)不穩(wěn)定，在真值附近較大范圍內(nèi)跳動。也就是解呈現(xiàn)多解性特點。因此，非約束網(wǎng)絡(luò)層析成像雖然能夠比較好的估計出參數(shù)，但是不能根本上解決以上多解性問題，從而導致估計器性能不穩(wěn)定和其解精度不高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種移動代理系統(tǒng)和約束網(wǎng)絡(luò)層析成像方法，從而可以消除網(wǎng)絡(luò)層析成像估計值的多解性，提高了網(wǎng)絡(luò)層析成像估計值的精確度和穩(wěn)定性。
本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的一種移動代理系統(tǒng)，包括移動代理簇在網(wǎng)絡(luò)層析成像的端到端測量過程中，執(zhí)行部分端到端測量任務(wù)，收集端到端測量過程中獲得的不同節(jié)點之間的探測包延遲信息和/或探測包丟包信息，并將收集到的信息傳遞給代理控制中心；代理控制中心產(chǎn)生和初始化移動代理，為移動代理指定任務(wù)，管理移動代理的執(zhí)行，根據(jù)移動代理簇傳遞過來的信息，通過計算后獲得網(wǎng)絡(luò)層析成像的約束條件。
包括任務(wù)分配模塊用于給移動代理指定任務(wù)，配置參數(shù)；約束條件計算模塊用于將移動代理簇傳遞過來的探測包延遲信息和/或探測包丟包信息用統(tǒng)計學反問題的方法進行求解，獲得網(wǎng)絡(luò)層析成像的約束條件；代理管理模塊用于產(chǎn)生和初始化所有的移動代理，追蹤每一個移動代理，管理每一個移動代理的行為。
還包括代理通信模塊提供移動代理之間、移動代理與代理管理器之間的通信支持。
還包括數(shù)據(jù)管理模塊用于對移動代理簇傳遞過來的探測包延遲信息和/或探測包丟包信息，以及通過計算獲得的網(wǎng)絡(luò)層析成像的約束條件進行存儲和管理。
一種約束網(wǎng)絡(luò)層析成像方法，包括步驟A、通過移動代理系統(tǒng)獲得網(wǎng)絡(luò)層析成像的約束條件；B、利用所述約束條件，對網(wǎng)絡(luò)層析成像的端到端測量過程中獲得的網(wǎng)絡(luò)層析成像求解過程進行約束，獲得網(wǎng)絡(luò)層析成像的真實值。
所述的步驟A具體包括A1、將移動代理系統(tǒng)和移動代理執(zhí)行環(huán)境部署到待測量網(wǎng)絡(luò)中授權(quán)訪問的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點；A2、在所述待測量網(wǎng)絡(luò)中給指定的接收節(jié)點發(fā)送探測包，執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)層析成像的端到端測量過程，通過所述部署的移動代理系統(tǒng)收集不同節(jié)點之間的探測包延遲信息和/或探測包丟包信息，根據(jù)該信息通過計算后獲得網(wǎng)絡(luò)層析成像的約束條件。
所述的步驟A2具體包括A21、在端到端測量過程中，通過所述部署的移動代理系統(tǒng)中的移動代理簇收集不同節(jié)點之間的探測包延遲信息和/或探測包丟包信息，將該信息傳遞給移動代理系統(tǒng)中的代理控制中心；A22、所述代理控制中心的約束條件計算模塊將接收到的探測包延遲信息和/或探測包丟包信息用統(tǒng)計學反問題的方法進行求解，獲得網(wǎng)絡(luò)層析成像的約束條件。
所述的探測包延遲信息包括端到端時延信息或者鏈路時延信息。
所述的步驟B具體包括利用所述約束條件，通過設(shè)定的算法對所述端到端測量過程中獲得的網(wǎng)絡(luò)層析成像估計值進行求解，將滿足約束條件的解確定為網(wǎng)絡(luò)層析成像的真實值。
所述的設(shè)定的算法包括共扼梯度法或最速下降法或快速共扼梯度法式。
由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明提出了通過移動代理進行約束信息的收集機制，為待估計的網(wǎng)絡(luò)鏈路參數(shù)提供了一個約束條件，通過該約束條件對網(wǎng)絡(luò)層析成像估計值進行篩選。從而可以消除網(wǎng)絡(luò)層析成像估計值的多解性，提高了網(wǎng)絡(luò)層析成像估計值的精確度和穩(wěn)定性。使獲得的網(wǎng)絡(luò)鏈路參數(shù)極好地逼近了真實值。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)中一種非約束網(wǎng)絡(luò)層析成像模型的邏輯拓撲結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明所述ACC(Agent Control Center，代理控制中心)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明所述約束網(wǎng)絡(luò)層析成像方法的實施例的處理流程圖。
具體實施例方式
本發(fā)明提供了一種移動代理系統(tǒng)和約束網(wǎng)絡(luò)層析成像方法，本發(fā)明的核心為通過移動代理等網(wǎng)絡(luò)技術(shù)收集一定鏈路先驗信息，然后，基于端到端路徑的測量，綜合利用鏈路先驗信息和測量數(shù)據(jù)來估計網(wǎng)絡(luò)鏈路參數(shù)。
移動代理是軟件代理的一種，它可以代替人或者其它程序執(zhí)行某種任務(wù)的程序，移動代理可以根據(jù)要求掛在某一主機上運行，然后再轉(zhuǎn)移到網(wǎng)絡(luò)中其它地方繼續(xù)執(zhí)行，最后返回消息和結(jié)果。
移動代理的主要特征為可在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的主機間移動；可受理委托，并具有自我決定權(quán)。所謂自我決定權(quán)即是可決定自身的行動去向；可決定自己的服務(wù)對象，甚至有自身復制的權(quán)利，并將復制的代理同樣地發(fā)送到網(wǎng)上。移動代理的主要技術(shù)特征可歸納為動態(tài)執(zhí)行、異步計算、并行處理和智能化。支持移動代理計算的主機上需要提供MAE(移動代理執(zhí)行環(huán)境)。
移動代理近年來發(fā)展迅速，它獨特的自主性、智能性和移動性為分布式計算和網(wǎng)絡(luò)控制引入了一種全新的模型，在下一代信息網(wǎng)絡(luò)中將得到廣泛應(yīng)用。目前，人們正致力于移動代理基本技術(shù)及其在信息檢索、電子商務(wù)、網(wǎng)絡(luò)管理等方面應(yīng)用的研究。本發(fā)明把移動代理引入到網(wǎng)絡(luò)層析成像中，通過移動代理來收集鏈路參數(shù)的約束條件。
本發(fā)明所述收集網(wǎng)絡(luò)鏈路先驗信息的移動代理系統(tǒng)主要由兩個部分構(gòu)成ACC和移動代理簇。
移動代理簇的主要功能包括1、在端到端測量過程中，執(zhí)行部分端到端測量任務(wù)；2收集端到端測量過程中獲得的不同節(jié)點之間的探測包延遲信息和探測包丟包信息，并將該探測包延遲信息和探測包丟包信息傳遞給ACC。
獲得網(wǎng)絡(luò)層析成像的約束條件的功能由ACC來完成。ACC的主要功能包括產(chǎn)生和初始化所有的移動代理；為所有的移動代理指定任務(wù)；管理移動代理的執(zhí)行，獲得網(wǎng)絡(luò)層析成像的約束條件。ACC的結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示，包括如下模塊任務(wù)分配模塊用于給各個移動代理指定任務(wù)，配置參數(shù)。
約束條件計算模塊用于提供網(wǎng)絡(luò)層析成像的約束條件的計算功能，將移動代理簇傳遞過來的探測包延遲信息和探測包丟包信息用統(tǒng)計學反問題的方法進行求解，獲得部分鏈路待估計參數(shù)的確定性范圍或者確定值，以此作為網(wǎng)絡(luò)層析成像反演過程中的先驗信息，即作為網(wǎng)絡(luò)層析成像的約束條件。比如，將收集得到的端到端時延信息或者鏈路時延信息用統(tǒng)計學反問題的方法進行求解，獲得鏈路時延的分布特征。
代理管理模塊用于追蹤每一個移動代理，管理每一個移動代理的行為，比如，啟動，掛起，調(diào)度和終止驗證代理，驗證移動代理的身份，捕捉移動代理的狀態(tài)。
代理通信模塊提供移動代理之間、移動代理與代理管理器之間的通信支持。
數(shù)據(jù)管理模塊用于對移動代理簇傳遞過來的探測包延遲信息和/或探測包丟包信息，以及通過計算獲得的網(wǎng)絡(luò)層析成像的約束條件進行存儲管理。該探測包延遲信息包括端到端時延信息或者鏈路時延信息。
在實際應(yīng)用中，可以對上述移動代理系統(tǒng)進行進一步的擴展，可以利用移動代理的協(xié)作性、分布性和智能性完成時延測量任務(wù)的動態(tài)遷移，適應(yīng)測量節(jié)點失效的變化，布置移動代理在測量點上執(zhí)行部分的計算估計任務(wù)。從而可以有效地減少數(shù)據(jù)包的發(fā)送數(shù)目，減少網(wǎng)絡(luò)的額外負載開銷。
本發(fā)明所述約束網(wǎng)絡(luò)層析成像方法的實施例的處理流程如圖3所示，包括如下步驟步驟3-1通過移動代理來獲得網(wǎng)絡(luò)層析成像的約束條件。
本發(fā)明首先需要把上述移動代理系統(tǒng)和MAE部署到待測量網(wǎng)絡(luò)中授權(quán)訪問的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點。本發(fā)明并不需要在網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點上都部署上述移動代理系統(tǒng)和MAE，而是只在授權(quán)訪問的少量節(jié)點上部署上述移動代理系統(tǒng)和MAE。
然后，在網(wǎng)絡(luò)中給指定的接收節(jié)點發(fā)送探測包，執(zhí)行端到端測量過程，通過部署的移動代理簇收集端到端測量過程中的探測包延遲信息和探測包丟包信息，并將該探測包延遲信息和探測包丟包信息傳遞給ACC。該探測包延遲信息包括端到端時延信息或者鏈路時延信息。
ACC接收到移動代理簇傳遞過來的探測包延遲信息和探測包丟包信息后，通過約束條件計算模塊將該探測包延遲信息和探測包丟包信息用統(tǒng)計學反問題的方法進行求解，獲得網(wǎng)絡(luò)層析成像的約束條件。比如，將收集得到的端到端時延信息或者鏈路時延信息用統(tǒng)計學反問題的方法進行求解，可以得到獲得鏈路時延的分布特征，得到單條鏈路或者多條鏈路真實的鏈路參數(shù)值或者鏈路參數(shù)的變動范圍，將這些已經(jīng)獲得的鏈路參數(shù)值作為約束網(wǎng)絡(luò)層析成像的約束條件。
步驟3-2、利用獲得的網(wǎng)絡(luò)層析成像的約束條件，對端到端測量過程中獲得的網(wǎng)絡(luò)層析成像求解過程進行約束，獲得網(wǎng)絡(luò)層析成像的真實值。
在獲得了網(wǎng)絡(luò)層析成像的約束條件后，便可以利用該約束條件，通過共扼梯度、最速下降法和快速共扼梯度法式等各種迭代算法進行求解。對端到端測量過程中獲得的網(wǎng)絡(luò)層析成像估計值進行篩選，將滿足約束條件的解確定為真正解，獲得網(wǎng)絡(luò)層析成像的真實值。
下面描述上述篩選過程的一種具體實現(xiàn)方式。
假如獲得的約束條件為L，則根據(jù)公式(1)和約束優(yōu)化理論，可以得到如下篩選公式minF(X)=12||y-Ax||2]]>s.tAx=B0≤x≤LM...(17)]]>對公式(17)進行求解可以利用很多迭代算法，比如共扼梯度法、最速下降法和快速共扼梯度法。
以共扼梯度法為例，上述公式(17)的迭代過程包括如下步驟1、取初始點x0，允許誤差ε＞0，令k＝0；2、計算函數(shù)負梯度pk＝-f(xk)；3、求解min f(xk+λpk)s.t. λ≥0。
設(shè)λk是一維搜索的最優(yōu)解4、xk+1＝xk+λkpk；5、判斷‖f(xk)‖＜ε是否滿足，若滿足，令x*＝xk+1，輸出x*，計算停止；否則轉(zhuǎn)到步驟6；
6、如果k＝n-1，令x0＝xk+1，k＝0，轉(zhuǎn)②；否則轉(zhuǎn)⑦；7、計算。
本發(fā)明還提供了一種應(yīng)用上述方法的約束最優(yōu)化單播鏈路時延估計算法。
首先建立鏈路時延約束最優(yōu)化模型，定義函數(shù)f(KXi(t))=12||KYi(t)-Σj=1mrijKXi(t)||2...(18)]]>將鏈路時延估計轉(zhuǎn)化為以下約束最優(yōu)化問題minf(KX(t))s.t.gi(KXi(t))≥0i=1,2,...lhj(KXi(t))≥0j-1,2,...lqs(KXi(t))≥Kmins=1,2,...m...(9)]]>其中KX(t)=[KXl(t),...KXm(t)]T,KY(t)=[KYl(t),...KYn]T,]]>l為能夠收集到時延約束的鏈路條數(shù)，m為總的鏈路條數(shù)。gi(KXi(t))=KXi(t)-KTmin(t),]]>KTmin(t)為通過移動代理收集到的第i條鏈路時延CGF極小值；hj(KXj(t))=KTmax(t)-KXj(t),]]>KTmax(t)為移動代理收集到的第j條鏈路時延CGF上限值；qs(KXs(t))=KXs(t),]]>Kxs(t)為第s條鏈路時延CGF值基本約束值，這是因為時延值總是大于0的，所以可以得到每條鏈路CGF的一個約束值。將f(KXj(t))展開f(KX(t))=12(KX(t))TRTR(KX(t))-(KY(t))TR(KX(t))+C...(20)]]>利用建立的約束最優(yōu)化模型中的約束條件構(gòu)造約束矩陣A=A1A2,B=B1B2,LM=KXb(t)...(21)]]>其中，B1=[KX1max···KXLmax]T,B2=[KX1min···KXLmin]T]]>而系數(shù)矩陣A1KL(t)＝B1，A2＝-A1。KL(t)＝[KX1(t).........KXL(t)]T為能夠收集到的鏈路CGF值。KXb(t)＝[KXT1，............KXTm]T是每條鏈路時延CGF的基本約束值集合。問題就轉(zhuǎn)化為標準的帶約束二次型規(guī)劃問題目標函數(shù)求解min(f(x))=min(12XTHX+fTX)]]>s.tAx≤Bx≤LM...(22)]]>公社(22)中，二次型系數(shù)矩陣H＝RTR，一次項系數(shù)矩陣f＝(-1)RT(KY(t))。常數(shù)C并不影響對Kx(t)的優(yōu)化結(jié)果。求解這個約束最優(yōu)化問題，可以利用基于內(nèi)部映射牛頓法的子空間置信域法。
以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式
，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護范圍為準。
權(quán)利要求
1.一種移動代理系統(tǒng)，其特征在于，包括移動代理簇在網(wǎng)絡(luò)層析成像的端到端測量過程中，執(zhí)行部分端到端測量任務(wù)，收集端到端測量過程中獲得的不同節(jié)點之間的探測包延遲信息和/或探測包丟包信息，并將收集到的信息傳遞給代理控制中心；代理控制中心產(chǎn)生和初始化移動代理，為移動代理指定任務(wù)，管理移動代理的執(zhí)行，根據(jù)移動代理簇傳遞過來的信息，通過計算后獲得網(wǎng)絡(luò)層析成像的約束條件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的移動代理系統(tǒng)，其特征在于，所述的代理控制中心包括任務(wù)分配模塊用于給移動代理指定任務(wù)，配置參數(shù)；約束條件計算模塊用于將移動代理簇傳遞過來的探測包延遲信息和/或探測包丟包信息用統(tǒng)計學反問題的方法進行求解，獲得網(wǎng)絡(luò)層析成像的約束條件；代理管理模塊用于產(chǎn)生和初始化所有的移動代理，追蹤每一個移動代理，管理每一個移動代理的行為。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的移動代理系統(tǒng)，其特征在于，所述的代理控制中心還包括代理通信模塊提供移動代理之間、移動代理與代理管理器之間的通信支持。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的移動代理系統(tǒng)，其特征在于，所述的代理控制中心還包括數(shù)據(jù)管理模塊用于對移動代理簇傳遞過來的探測包延遲信息和/或探測包丟包信息，以及通過計算獲得的網(wǎng)絡(luò)層析成像的約束條件進行存儲和管理。
5.一種約束網(wǎng)絡(luò)層析成像方法，其特征在于，包括步驟A、通過移動代理系統(tǒng)獲得網(wǎng)絡(luò)層析成像的約束條件；B、利用所述約束條件，對網(wǎng)絡(luò)層析成像的端到端測量過程中獲得的網(wǎng)絡(luò)層析成像求解過程進行約束，獲得網(wǎng)絡(luò)層析成像的真實值。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述的步驟A具體包括A1、將移動代理系統(tǒng)和移動代理執(zhí)行環(huán)境部署到待測量網(wǎng)絡(luò)中授權(quán)訪問的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點；A2、在所述待測量網(wǎng)絡(luò)中給指定的接收節(jié)點發(fā)送探測包，執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)層析成像的端到端測量過程，通過所述部署的移動代理系統(tǒng)收集不同節(jié)點之間的探測包延遲信息和/或探測包丟包信息，根據(jù)該信息通過計算后獲得網(wǎng)絡(luò)層析成像的約束條件。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述的步驟A2具體包括A21、在端到端測量過程中，通過所述部署的移動代理系統(tǒng)中的移動代理簇收集不同節(jié)點之間的探測包延遲信息和/或探測包丟包信息，將該信息傳遞給移動代理系統(tǒng)中的代理控制中心；A22、所述代理控制中心的約束條件計算模塊將接收到的探測包延遲信息和/或探測包丟包信息用統(tǒng)計學反問題的方法進行求解，獲得網(wǎng)絡(luò)層析成像的約束條件。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述的探測包延遲信息包括端到端時延信息或者鏈路時延信息。
9.根據(jù)權(quán)利要求5、6、7或8所述的方法，其特征在于，所述的步驟B具體包括利用所述約束條件，通過設(shè)定的算法對所述端到端測量過程中獲得的網(wǎng)絡(luò)層析成像估計值進行求解，將滿足約束條件的解確定為網(wǎng)絡(luò)層析成像的真實值。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述的設(shè)定的算法包括共扼梯度法或最速下降法或快速共扼梯度法式。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種移動代理系統(tǒng)和約束網(wǎng)絡(luò)層析成像方法，該移動代理系統(tǒng)主要包括移動代理簇在網(wǎng)絡(luò)層析成像的端到端測量過程中，執(zhí)行部分端到端測量任務(wù)，收集端到端測量過程中獲得的不同節(jié)點之間的探測包延遲信息和/或探測包丟包信息，并將收集到的信息傳遞給代理控制中心；代理控制中心產(chǎn)生和初始化移動代理，為移動代理指定任務(wù)，管理移動代理的執(zhí)行，根據(jù)移動代理簇傳遞過來的信息，通過計算后獲得網(wǎng)絡(luò)層析成像的約束條件。利用本發(fā)明，通過使用這些約束條件可以消除網(wǎng)絡(luò)層析成像估計值的多解性，提高了網(wǎng)絡(luò)層析成像估計值的精確度和穩(wěn)定性。
文檔編號H04L12/26GK101030895SQ20061005831
公開日2007年9月5日 申請日期2006年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月1日
發(fā)明者胡光岷, 錢峰, 劉星, 苗福友 申請人:華為技術(shù)有限公司, 電子科技大學