基于覆盖网络的多路径流量均衡研究

覆盖网络是以底层的物理网络为基础，在此基础上建立的虚拟网络。覆盖网络中的节点间的虚拟连接是逻辑上的，与底层的物理网相比，覆盖网络具有更好的灵活性。覆盖网络中的节点与传统网络中的节点相比，具有处理功能，即存储一处理一转发功能。多路径路由是相对于单路径的路由来说的，现在的Intemet中的路由使用的是单路径路由，不支持多路径路由。文献中给出了覆盖网络上的负载均衡多播路由算法，文献中对多路径路由做了研究，文章指出了多路径对吞吐量的增大，可靠性的提高有着良好的作用。文献通过对网络拓扑的连通性和节点间距离建模，比较了覆盖路由相对普通的IP层路由的优势。文献提出弹性覆盖网络(Resilience Overlay Networks，RON)，是MIT的And-ersen等人对多路径覆盖路由系统的最早的实现方案，通过不断探测网络的状态，然后选择一个中间节点转发数据，实现系统对网络链路失效的快速检测和“绕行”。流量的均衡对于减少端到端时延，拥塞控制和充分利用网络有着重要的意义。但是，上述文献中并没有给出覆盖网络的多路径路由威廉希尔官方网站 在网络流量均衡中的应用，因此本文提出在覆盖网络上用多路径路由威廉希尔官方网站 对覆盖网络流量进行均衡的方法。
    本文在建立一种覆盖网络的多路径流量均衡的模型的基础上，引入一个网络流量预测算法，通过网络节点间的协作对网络流量进行均衡。

1 覆盖网络的多路径流量均衡模型
    相比现在研究较多的传统单路径网络的流量均衡，本文采用的是多路径方案对网络流量进行均衡。相比于单路径使网络流量过于汇集，多路径可以让网络流量分配到多条可行的路径上，提高网络的吞吐能力，降低网络的时延。
    本文的模型建立基于如下假设：
    (1)覆盖网络上的节点具有足够的数据处理能力和转发能力，即节点数据处理和数据转发与时延相比开销很小，网络的延迟主要产生在传输链路上。
    (2)覆盖网络上的节点的内部包括不同类型的流量成分，这些流量成分可以按照一定的标准划分，本文中按照目的节点来划分流量。
    (3)覆盖网络可以通过一定的检测机制检测网络的时延信息。
    本文中所用的路由是源路由，即所有的路由信息都是由源节点规划完成，路径上的节点只负责转发，不对路径作任何改变。源节点通过不断探测得到链路信息，这样节点就会拥有整个网络拓扑，进而根据网络的拓扑，链路的时延、带宽等信息规划出多条路径。这些路径构成路径集，本文中的路径集中的路径都是不相交的路径(disljoint paths)。
    进入节点S且目的节点为t的流量可以划分成两个部分：节点S始发到目的节点t的流量和经过节点S中转而发往目的节点t的流量。多路径的路由选择过程从网络流量角度来看分为两步：第一步是各链路流入节点S的过程，第二步是通过选路机制进行多路径的转发过程，将流量分配到不同的路径上去。为了说明此问题，下面给出图示。

    为了描述模型，定义如下符号，如表1所示。

设网络用G(V，E)表示，其中V表示顶点，E表示顶点间的边。
    定义输入链路i的利用率：，这里表示流经i链路流量与i链路容量的比值。
    根据前面的分析可知，节点S到t的总流量可以表示为：。
    延迟对于发送数据来说是衡量链路好坏的一个重要参数，本文通过考虑节点的端到端的延迟来分析网络是否均衡。
    输入排队延迟为输入链路的队列长度除以链路的速度，
    
    上述定义的延迟在后面的仿真中将用到。