本發(fā)明屬于通信傳輸領(lǐng)域，涉及一種電力多媒體交換網(wǎng)混合傳輸速率優(yōu)化方法及相關(guān)裝置。

背景技術(shù)：

1、當(dāng)前，多媒體通信網(wǎng)絡(luò)(multimedia?communication?network，mcn)的規(guī)模和速度正以爆炸式的增長呈現(xiàn)。高質(zhì)量的多媒體數(shù)據(jù)可能對終端設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施產(chǎn)生較大壓力。在這種情況下，多媒體通信核心交換網(wǎng)絡(luò)必須為用戶提供大量的等分帶寬。同時，許多數(shù)據(jù)密集型應(yīng)用也對網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)牡脱舆t有著迫切需求。

2、目前的研究普遍采用電路分組交換(electronic?packet?switching，eps)網(wǎng)絡(luò)和光電路交換(optical?circuit?switching，ocs)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合的混合交換網(wǎng)絡(luò)來解決上述帶寬分配及時延等問題。由于eps網(wǎng)絡(luò)支持異構(gòu)端口帶寬，即多個低帶寬端口和少量高帶寬端口的混合連接，因此可以通過將高帶寬的ocs輸出端口連接到eps輸入端口(反之亦然)，從而構(gòu)成eps和ocs混合交換網(wǎng)絡(luò)的復(fù)合路徑。利用eps靈活的進(jìn)行多路復(fù)用，有助于降低ocs重新配置的開銷，同時，利用ocs的高速傳輸特性有效增加混合網(wǎng)絡(luò)整體傳輸速率。例如，由于eps具備更快速的重新配置能力，可以借助復(fù)合路徑將單播映射的ocs映射到執(zhí)行多播映射的eps中，從而有效地建立一對多映射傳輸。同時，增加復(fù)合路徑可以使eps在一對多/多對一的映射下向接收端發(fā)送更多數(shù)據(jù)，提高混合網(wǎng)路的傳輸速率。

3、盡管引入復(fù)合路徑為多媒體通信混合交換網(wǎng)絡(luò)帶來了更多的靈活性，但同時也帶來了新的調(diào)度問題。在混合交換網(wǎng)絡(luò)中，eps和ocs的調(diào)度將相互制約。為了解決這一挑戰(zhàn)，目前的研究提出了一系列啟發(fā)式算法，旨在轉(zhuǎn)化調(diào)度的策略，使現(xiàn)有的混合交換機能夠完成基于復(fù)合路徑的eps和ocs混合交換網(wǎng)絡(luò)調(diào)度任務(wù)。然而，這種方法存在兩個主要技術(shù)難題。首先，啟發(fā)式算法并未提供理論上的性能保證，這在實際應(yīng)用中限制了調(diào)度的可靠性。其次，在當(dāng)前階段，具備復(fù)合路徑的交換機僅適用于處理單一復(fù)合路徑的情況，然而實際復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中會面臨多個復(fù)合路徑的調(diào)度，進(jìn)一步增加了調(diào)度的復(fù)雜性和挑戰(zhàn)性。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提供一種電力多媒體交換網(wǎng)混合傳輸速率優(yōu)化方法及相關(guān)裝置。

2、為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)：

3、本發(fā)明第一方面，提供一種電力多媒體交換網(wǎng)混合傳輸速率優(yōu)化方法，包括：獲取待傳輸數(shù)據(jù)量；根據(jù)待傳輸數(shù)據(jù)量求解預(yù)設(shè)的混合傳輸速率優(yōu)化模型，得到電力多媒體交換網(wǎng)的電路分組交換eps交換機和光電路交換ocs交換機的各傳輸時隙的調(diào)度信息；根據(jù)電力多媒體交換網(wǎng)的eps交換機和ocs交換機的各傳輸時隙的調(diào)度信息，調(diào)度電力多媒體交換網(wǎng)的eps交換機和ocs交換機；其中，混合傳輸速率優(yōu)化模型以最大化混合交換網(wǎng)絡(luò)所有傳輸時隙的平均傳輸速率為優(yōu)化目標(biāo)，以交換機傳輸速率限制約束、ocs交換機一對一傳輸約束以及交換鏈路約束為約束條件構(gòu)建。

4、可選的，所述優(yōu)化目標(biāo)為：

5、

6、其中，dn為第n個傳輸時隙傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，為所需傳輸時隙總數(shù)；ε0為收到傳輸指令的時刻由eps交換機傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量；εn為第n個傳輸時隙通過eps交換機從輸入端口傳輸?shù)捷敵龆丝诘臄?shù)據(jù)量，υn為第n個傳輸時隙經(jīng)過交換鏈路從eps交換機傳遞到ocs交換機的數(shù)據(jù)量，ωn為第n個傳輸時隙通過ocs交換機從輸入端口傳輸?shù)捷敵龆丝诘臄?shù)據(jù)量，μn為第n個傳輸時隙經(jīng)過交換鏈路從ocs交換機傳遞到eps交換機的數(shù)據(jù)量；

7、所述交換機傳輸速率限制約束為：

8、

9、其中，u(τ)為τ時刻ocs交換機通過交換鏈路向eps交換機發(fā)送數(shù)據(jù)的速率，o(τ)為τ時刻ocs交換機的傳輸速率，v(τ)為τ時刻eps交換機向ocs交換機發(fā)送數(shù)據(jù)的速率，τn為第n個傳輸時隙的起始時間，δ為ocs交換機的重構(gòu)時間，e(τ)為τ時刻eps交換機的傳輸速率，ce為eps交換機的總最大輸入容量等于總最大輸出容量，1為全1列向量，co為ocs交換機總的總最大輸入容量等于總最大輸出容量，τn+1為第n+1個傳輸時隙的起始時間；τn-τn-1≥δ，

10、所述ocs交換機一對一傳輸約束為：

11、

12、其中，e為單位矩陣；

13、所述交換鏈路約束為：

14、

15、其中，p為交換鏈路數(shù)量。

16、可選的，所述根據(jù)待傳輸數(shù)據(jù)量求解預(yù)設(shè)的混合傳輸速率優(yōu)化模型包括：

17、將優(yōu)化目標(biāo)轉(zhuǎn)換為：

18、

19、其中，c()為計算整體傳輸耗時的函數(shù)；n為最大傳輸時隙總數(shù)；

20、將交換機傳輸速率限制約束轉(zhuǎn)換為：

21、ε01≤ceτ01,ε0t1≤ceτ01

22、

23、其中，τ0為第0個時隙的起始時間；εnr為第n個傳輸時隙重構(gòu)階段中通過eps交換機從輸入端口傳輸?shù)捷敵龆丝诘臄?shù)據(jù)量；εns為第n個傳輸時隙發(fā)送階段中通過eps交換機從輸入端口傳輸?shù)捷敵龆丝诘臄?shù)據(jù)量；εn＝εnr+εns，εnr≥0，εns≥0，ε0≥0；

24、引入和

25、

26、其中，為表征由eps交換機往ocs交換機傳輸數(shù)據(jù)的狀態(tài)向量；為表征由ocs交換機傳輸數(shù)據(jù)的狀態(tài)向量；為表征由ocs交換機往eps交換機傳輸數(shù)據(jù)的狀態(tài)向量；i為單位矩陣；為第i個ocs交換機與第j個ocs交換機之間的信息傳輸狀態(tài)矩陣；為第i個ocs交換機與第j個ocs交換機之間的信息傳輸速率；

27、將交換鏈路約束轉(zhuǎn)換為：

28、

29、其中，dij為第i個ocs交換機與第j個ocs交換機之間的總信息傳輸數(shù)據(jù)量；為第n個時隙中ocs交換機的傳輸狀態(tài)向量；en為n維的單位矩陣；

30、根據(jù)轉(zhuǎn)換后的優(yōu)化目標(biāo)、交換機傳輸速率限制約束和交換鏈路約束，將混合傳輸速率優(yōu)化模型轉(zhuǎn)換為簡化調(diào)度模型；

31、根據(jù)待傳輸數(shù)據(jù)量，基于線性規(guī)劃松弛方式求解簡化調(diào)度模型。

32、可選的，所述基于線性規(guī)劃松弛方式求解簡化調(diào)度模型包括：

33、將簡化調(diào)度模型中的和松弛到區(qū)間[0,1]得到松弛調(diào)度模型，則下列不等式成立：

34、cel(0)≤(ce+co)l(1)

35、

36、其中，ce為eps交換機的最大數(shù)據(jù)傳輸容量，co為ocs交換機的最大數(shù)據(jù)傳輸容量，l(0)、l(1)和l(k)分別為第0、第1和第k時隙的混合交換網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)；

37、采用縮放后的l(1)作為松弛調(diào)度模型中l(wèi)(0)的上界，且l(0)＝i(0)＝c(0)；當(dāng)k>1時，取l(1)為所有l(wèi)(k)的下界，得到：

38、

39、其中，opt為最大化平均傳輸速率的最優(yōu)解；

40、將上述不等式帶入l(1)，得到：

41、l(0)≥c(1)≥opt≥l(1)

42、設(shè)近似解為得到：

43、

44、根據(jù)上式可以推導(dǎo)得到下述近似求解式：

45、

46、通過求解近似求解式得到上界為l(0)的opt的近似解，并作為簡化調(diào)度模型的求解結(jié)果。

47、可選的，所述將簡化調(diào)度模型中的和松弛到區(qū)間[0,1]時，采用最大權(quán)匹配算法將簡化調(diào)度模型中的和進(jìn)行松弛；所述求解近似求解式時，采用步驟增量決策進(jìn)行求解。

48、本發(fā)明第二方面，提供一種電力多媒體交換網(wǎng)混合傳輸速率優(yōu)化系統(tǒng)，包括：數(shù)據(jù)獲取模塊，用于獲取待傳輸數(shù)據(jù)量；模型求解模塊，用于根據(jù)待傳輸數(shù)據(jù)量求解預(yù)設(shè)的混合傳輸速率優(yōu)化模型，得到電力多媒體交換網(wǎng)的電路分組交換eps交換機和光電路交換ocs交換機的各傳輸時隙的調(diào)度信息；優(yōu)化調(diào)度模塊，用于根據(jù)電力多媒體交換網(wǎng)的eps交換機和ocs交換機的各傳輸時隙的調(diào)度信息，調(diào)度電力多媒體交換網(wǎng)的eps交換機和ocs交換機；其中，混合傳輸速率優(yōu)化模型以最大化混合交換網(wǎng)絡(luò)所有傳輸時隙的平均傳輸速率為優(yōu)化目標(biāo)，以交換機傳輸速率限制約束、ocs交換機一對一傳輸約束以及交換鏈路約束為約束條件構(gòu)建。

49、可選的，所述優(yōu)化目標(biāo)為：

50、

51、其中，dn為第n個傳輸時隙傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，為所需傳輸時隙總數(shù)；ε0為收到傳輸指令的時刻由eps交換機傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量；εn為第n個傳輸時隙通過eps交換機從輸入端口傳輸?shù)捷敵龆丝诘臄?shù)據(jù)量，vn為第n個傳輸時隙經(jīng)過交換鏈路從eps交換機傳遞到ocs交換機的數(shù)據(jù)量，ωn為第n個傳輸時隙通過ocs交換機從輸入端口傳輸?shù)捷敵龆丝诘臄?shù)據(jù)量，μn為第n個傳輸時隙經(jīng)過交換鏈路從ocs交換機傳遞到eps交換機的數(shù)據(jù)量；

52、所述交換機傳輸速率限制約束為：

53、

54、其中，u(τ)為τ時刻ocs交換機通過交換鏈路向eps交換機發(fā)送數(shù)據(jù)的速率，o(τ)為τ時刻ocs交換機的傳輸速率，v(τ)為τ時刻eps交換機向ocs交換機發(fā)送數(shù)據(jù)的速率，τn為第n個傳輸時隙的起始時間，δ為ocs交換機的重構(gòu)時間，e(τ)為τ時刻eps交換機的傳輸速率，ce為eps交換機的總最大輸入容量等于總最大輸出容量，1為全1列向量，co為ocs交換機總的總最大輸入容量等于總最大輸出容量，τn+1為第n+1個傳輸時隙的起始時間；τn-τn-1≥δ，

55、所述ocs交換機一對一傳輸約束為：

56、

57、其中，e為單位矩陣；

58、所述交換鏈路約束為：

59、

60、其中，p為交換鏈路數(shù)量。

61、可選的，所述根據(jù)待傳輸數(shù)據(jù)量求解預(yù)設(shè)的混合傳輸速率優(yōu)化模型包括：

62、將優(yōu)化目標(biāo)轉(zhuǎn)換為：

63、

64、其中，c()為計算整體傳輸耗時的函數(shù)；n為最大傳輸時隙總數(shù)；

65、將交換機傳輸速率限制約束轉(zhuǎn)換為：

66、ε01≤ceτ01,ε0t1≤ceτ01

67、

68、其中，τ0為第0個時隙的起始時間；εnr為第n個傳輸時隙重構(gòu)階段中通過eps交換機從輸入端口傳輸?shù)捷敵龆丝诘臄?shù)據(jù)量；εns為第n個傳輸時隙發(fā)送階段中通過eps交換機從輸入端口傳輸?shù)捷敵龆丝诘臄?shù)據(jù)量；εn＝εnr+εns，εnr≥0，εns≥0，ε0≥0；

69、引入和

70、

71、其中，為表征由eps交換機往ocs交換機傳輸數(shù)據(jù)的狀態(tài)向量；為表征由ocs交換機傳輸數(shù)據(jù)的狀態(tài)向量；為表征由ocs交換機往eps交換機傳輸數(shù)據(jù)的狀態(tài)向量；i為單位矩陣；為第i個ocs交換機與第j個ocs交換機之間的信息傳輸狀態(tài)矩陣；為第i個ocs交換機與第j個ocs交換機之間的信息傳輸速率；

72、將交換鏈路約束轉(zhuǎn)換為：

73、

74、其中，dij為第i個ocs交換機與第j個ocs交換機之間的總信息傳輸數(shù)據(jù)量；為第n個時隙中ocs交換機的傳輸狀態(tài)向量；en為n維的單位矩陣；

75、根據(jù)轉(zhuǎn)換后的優(yōu)化目標(biāo)、交換機傳輸速率限制約束和交換鏈路約束，將混合傳輸速率優(yōu)化模型轉(zhuǎn)換為簡化調(diào)度模型；

76、根據(jù)待傳輸數(shù)據(jù)量，基于線性規(guī)劃松弛方式求解簡化調(diào)度模型。

77、本發(fā)明第三方面，提供一種計算機設(shè)備，包括存儲器、處理器以及存儲在所述存儲器中并可在所述處理器上運行的計算機程序，所述處理器執(zhí)行所述計算機程序時實現(xiàn)上述電力多媒體交換網(wǎng)混合傳輸速率優(yōu)化方法的步驟。

78、本發(fā)明第四方面，提供一種計算機可讀存儲介質(zhì)，所述計算機可讀存儲介質(zhì)存儲有計算機程序，所述計算機程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)上述電力多媒體交換網(wǎng)混合傳輸速率優(yōu)化方法的步驟。

79、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

80、本發(fā)明電力多媒體交換網(wǎng)混合傳輸速率優(yōu)化方法，通過構(gòu)建最大化混合交換網(wǎng)絡(luò)所有傳輸時隙的平均傳輸速率為優(yōu)化目標(biāo)，能夠充分利用每個傳輸時隙的帶寬和交換鏈路，從而在不同任務(wù)需求下實現(xiàn)最優(yōu)的資源分配，同時充分考慮eps交換機和ocs交換機的特性，設(shè)置交換機傳輸速率限制約束、ocs交換機一對一傳輸約束以及交換鏈路約束為約束條件，進(jìn)行混合交換網(wǎng)絡(luò)傳輸速率最大化的優(yōu)化調(diào)度，能夠動態(tài)適應(yīng)不同類型交換機的特性，根據(jù)不同交換機的特性優(yōu)化調(diào)度策略，實現(xiàn)eps和ocs交換機的混合使用，并減少由于ocs交換機的重構(gòu)時間帶來的傳輸延遲。本發(fā)明方法可以有效解決混合交換網(wǎng)絡(luò)中的復(fù)合路徑調(diào)度問題，保證混合交換網(wǎng)絡(luò)整體傳輸效率，能夠在高負(fù)載下維持更高的傳輸速率和性能。