基于双网络交替的网络负载配置方法、装置、设备和介质

本技术涉及网络配置，特别是涉及基于双网络交替的网络负载配置方法、装置、设备和介质。

背景技术：

1、随着计算机网络和互联网技术的飞速发展及其广泛应用，各类网络攻击层出不穷，攻击方除了采用拒绝服务攻击、虚假数据注入攻击和重放攻击等网络攻击形式，还经常通过威胁网络配置信息的方式对网络通信系统进行摧毁。对此，为降低网络配置信息的损失，可通过改善网络配置来提高网络的性能。

2、网络配置是指网络管理者根据网络的实时变化改变网络拓扑结构或网络设备的配置以达成网络的性能。通常情况下，网络拓扑结构是改善网络配置的切入点，它不仅可以表征网络的连接结构，而且可以反映物理网络与逻辑网络的依赖关系。

3、目前现有技术中，已有很多关于网络配置策略的相关研究。比如，对于高时效性和动态性的网络系统，有一部分人设计了一种面向拓扑变化的时间敏感网络配置方法，以在网络场景多变的情形下实现网络的动态配置。也有一部分人基于netconf网络配置协议，提出了时效性网络自动收集网络拓扑信息和流量需求的配置方法，以应对业务的实时需求。还有一部分人基于不同传输请求，提出了无拥塞的网络配置策略，以最大化带宽利用率和数据传输效率。

4、另外，也有对网络负载均衡策略的相关研究。负载均衡的目的是为实现网络带宽等资源的充分利用，从而增大网络的业务能力，其实现的过程需要结合网络结构的实际状态和网络边的承载能力。比如，有一部分人基于软件定义网络（software definednetwork，sdn）研究了一套图网络神经（graph convolutional network，gcn）的网络负载算法模型以保证网络通信链路的长期稳定性。也有一部分人提出一种基于蚁群算法改进的混合蚁群算法（ps-iaco），以解决复杂网络的负载均衡问题。还有一部分人按传输流量的大小为其分配传输路径，从而实现网络链路上的负载均衡。

5、网络负载配置不仅维护着网络的拓扑结构，而且关系到网络的修复。负载均衡并具备有一定冗余的网络配置，有利于维持整个网络系统的性能并使网络具有可扩展性。

6、但是，现有的研究缺乏关于网络配置问题的均衡性和扩展性的系统性关注，从而限制了它们的广泛应用。

技术实现思路

1、基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种基于双网络交替的网络负载配置方法、装置、设备和介质，能够提高网络链路富余度和网络负载均衡。

2、基于双网络交替的网络负载配置方法，包括：

3、基于网络实际物理拓扑关系和网络链路的功能，将通信网络建模为双层网络；基于网络实际物理拓扑关系和网络链路的功能，将通信网络建模为双层网络，包括：基于网络实际物理拓扑关系，建立通信网络的物理网络；基于网络链路的功能，建立通信网络的逻辑网络；根据物理网络、逻辑网络以及物理网络与逻辑网络之间的依赖关系，建立通信网络的双层网络；

4、基于网络链路的富余度和负载均衡度，设置网络负载配置的原则，以使配置后的网络各链路的富余度最大且满足负载均衡的要求；

5、根据网络负载配置的原则设置约束条件，构建双层网络的最优网络负载配置计算模型；

6、采用双网络交替迭代的方式，对双层网络的最优网络负载配置计算模型进行交替迭代求解，直至满足预设条件时，输出最优网络负载配置。

7、在一个实施例中，在将通信网络建模为双层网络之后，还包括：

8、对物理网络进行网络预处理，以移除配置速率小于逻辑网络最小负载需求的物理边，得到更新后的双层网络。

9、在一个实施例中，设置网络负载配置的原则，以使配置后的网络各链路的富余度最大且满足负载均衡的要求，包括：

10、根据实际业务需求配置物理网络边的信息传输速率，以在其上下限范围内寻求最有利于网络负载均衡的传输速率为实际传输速率；

11、在不影响预留备份传输物理网络路径的前提下，选择跳数最少的路径作为相应逻辑边的物理网络路径，以避免配置后的网络方案陷入局部最优的状况；

12、避免同一条逻辑边配置的主传输物理网络路径和备份传输物理网络路径有重复的边，以降低因主备路径的公共边受损而导致整个网络系统瘫痪的概率。

13、在一个实施例中，基于网络链路的富余度和负载均衡度，包括：

14、配置富余度：

15、；

16、式中，均为逻辑网络的节点，为逻辑边的配置富余度，为逻辑边的配置负载，为逻辑边的需求负载；

17、配置负载均衡度：

18、；

19、式中，为逻辑边的配置富余度的修正峰度，为第条逻辑边的配置富余度，为逻辑网络中各边配置富余度的均值，为逻辑网络中各边配置富余度的标准差，为节点的pagerank值，为节点的pagerank值。

20、在一个实施例中，根据网络负载配置的原则设置约束条件，包括：

21、任意两个顶点的逻辑边的配置负载不小于该逻辑边的需求负载；

22、同时承载逻辑网络多条边业务的物理边的配置总负载不超过物理边的最大承载能力；

23、逻辑边的物理网络配置的主路径的负载和备份路径的负载相同；

24、当备份路径在物理边的占用负载资源不为零时，主路径和备份路径在该物理边的占用负载之和不超过预设的最大值。

25、在一个实施例中，根据网络负载配置的原则设置约束条件，构建双层网络的最优网络负载配置计算模型，包括：

26、；

27、；

28、；

29、式中，为双层网络的最优网络负载配置计算模型，为不同的权重值，为逻辑边的物理主路径和备份路径的链路重复率，为逻辑边的内聚指数，为逻辑边的总配置富余度，为网络的承载集中指数，为逻辑边的配置富余度的修正峰度，为逻辑边的配置负载，为逻辑边的需求负载，为逻辑网络的节点数量，为物理网络的节点数量，为物理边的配置速率，为物理边的承载能力，为逻辑边配置的物理主路径的负载，为逻辑边配置的物理备份路径的负载，为符号函数，当大于0、等于0、小于0时的值分别为1、0、-1，为主路径在物理边的占用负载，为备份路径在物理边的占用负载，为所有经过物理网络的边集的逻辑边的主路径的集合，为所有经过物理网络的边集的逻辑边的备份路径的集合，为逻辑网络的边集。

30、在一个实施例中，采用双网络交替迭代的方式，对双层网络的最优网络负载配置计算模型进行交替迭代求解，直至满足预设条件时，输出最优网络负载配置，包括：

31、采用遗传算法，对双层网络的最优网络负载配置计算模型进行求解，并以对物理网络的拓扑关系进行编码作为物理网络的输入，采用整数粒子群算法对双层网络的最优网络负载配置计算模型进行求解，并以物理网络资源利用率作为逻辑网络的输入，以对逻辑网络和物理网络进行交替迭代，直至满足遗传算法的收敛条件时，输出最优网络负载配置。

32、基于双网络交替的网络负载配置装置，包括：

33、建模模块，用于基于网络实际物理拓扑关系和网络链路的功能，将通信网络建模为双层网络；基于网络实际物理拓扑关系和网络链路的功能，将通信网络建模为双层网络，包括：基于网络实际物理拓扑关系，建立通信网络的物理网络；基于网络链路的功能，建立通信网络的逻辑网络；根据物理网络、逻辑网络以及物理网络与逻辑网络之间的依赖关系，建立通信网络的双层网络；

34、配置模块，用于基于网络链路的富余度和负载均衡度，设置网络负载配置的原则，以使配置后的网络各链路的富余度最大且满足负载均衡的要求；

35、约束模块，用于根据网络负载配置的原则设置约束条件，构建双层网络的最优网络负载配置计算模型；

36、求解模块，用于采用双网络交替迭代的方式，对双层网络的最优网络负载配置计算模型进行交替迭代求解，直至满足预设条件时，输出最优网络负载配置。

37、一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：

38、基于网络实际物理拓扑关系和网络链路的功能，将通信网络建模为双层网络；基于网络实际物理拓扑关系和网络链路的功能，将通信网络建模为双层网络，包括：基于网络实际物理拓扑关系，建立通信网络的物理网络；基于网络链路的功能，建立通信网络的逻辑网络；根据物理网络、逻辑网络以及物理网络与逻辑网络之间的依赖关系，建立通信网络的双层网络；

39、基于网络链路的富余度和负载均衡度，设置网络负载配置的原则，以使配置后的网络各链路的富余度最大且满足负载均衡的要求；

40、根据网络负载配置的原则设置约束条件，构建双层网络的最优网络负载配置计算模型；

41、采用双网络交替迭代的方式，对双层网络的最优网络负载配置计算模型进行交替迭代求解，直至满足预设条件时，输出最优网络负载配置。

42、一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：

43、基于网络实际物理拓扑关系和网络链路的功能，将通信网络建模为双层网络；基于网络实际物理拓扑关系和网络链路的功能，将通信网络建模为双层网络，包括：基于网络实际物理拓扑关系，建立通信网络的物理网络；基于网络链路的功能，建立通信网络的逻辑网络；根据物理网络、逻辑网络以及物理网络与逻辑网络之间的依赖关系，建立通信网络的双层网络；

44、基于网络链路的富余度和负载均衡度，设置网络负载配置的原则，以使配置后的网络各链路的富余度最大且满足负载均衡的要求；

45、根据网络负载配置的原则设置约束条件，构建双层网络的最优网络负载配置计算模型；

46、采用双网络交替迭代的方式，对双层网络的最优网络负载配置计算模型进行交替迭代求解，直至满足预设条件时，输出最优网络负载配置。

47、上述基于双网络交替的网络负载配置方法、装置、设备和介质，构建了最优网络负载配置计算模型，实现提高网络链路富余度和网络负载均衡的最优化网络拓扑的搭建与改进，解决了当前网络配置方法中缺乏系统研究网络负载均衡和可扩展性的问题。