已知某传送网的网络拓扑、链路容量和端到端需求。每个需求对都有相应的候选路径列表,且需求可以分流。若每条候选路径的传输成本固定为该路径包含的链路数量,与该路径承载的流量无关,且为了限制参与分流的候选路径数量,要求参与分流的候选路径所承载的流量必须超过某门限E。请建立一个旨在最小化此传送网传输总成本的网络优化模型。无需求解,但必须指明模型中的每个符号(下标、常量、变量)和每个方程、不等式的含义。
时间: 2024-04-07 11:30:55 浏览: 48
假设该传送网的网络拓扑为$G=(V,E)$,其中$V$为节点集合,$E$为边集合。链路容量为$c_{ij}$,表示从节点$i$到节点$j$的链路容量。假设有$n$个端到端需求,第$i$个需求的源节点和汇节点分别为$s_i$和$t_i$,需求量为$d_i$。
设$x_{ij}^{(k)}$表示第$k$个需求的第$j$条候选路径是否被选择,其中$x_{ij}^{(k)}\in\{0,1\}$。需要满足流守恒约束,即对于任意节点$i$,其流入的总流量等于流出的总流量,因此我们引入流量变量$f_{ij}^{(k)}$表示第$k$个需求在第$j$条路径上从节点$i$到节点$j$的流量大小,其中$f_{ij}^{(k)}\geq 0$。
为了限制参与分流的候选路径数量,我们引入辅助变量$y_j^{(k)}$表示第$k$个需求选择的候选路径中,第$j$条路径是否被选择,其中$y_j^{(k)}\in\{0,1\}$。同时,我们设$z_j^{(k)}$表示第$k$个需求在第$j$条路径上承载的流量大小,即$f_{ij}^{(k)}=z_j^{(k)}x_{ij}^{(k)}$。
则该传送网传输总成本可以表示为:
$$\min\sum_{i\in V}\sum_{j\in V}\sum_{k=1}^n c_{ij}f_{ij}^{(k)}$$
满足源节点和汇节点的流量平衡约束:
$$\sum_{j\in V}f_{ij}^{(k)}-\sum_{j\in V}f_{ji}^{(k)}=\begin{cases}d_k & i=s_k\\-d_k & i=t_k\\0 & \text{otherwise}\end{cases}$$
保证参与分流的候选路径所承载的流量必须超过某门限E:
$$\sum_{j\in V}z_j^{(k)}x_{ij}^{(k)}\geq Ey_j^{(k)}$$
将$f_{ij}^{(k)}=z_j^{(k)}x_{ij}^{(k)}$代入上式,可得:
$$\sum_{j\in V}f_{ij}^{(k)}\geq Ey_j^{(k)}$$
保证参与分流的候选路径数量:
$$\sum_{j\in V}y_j^{(k)}\leq M_k$$
其中$M_k$为第$k$个需求能够参与分流的最大候选路径数量。
整数规划模型如下:
$$\min\sum_{i\in V}\sum_{j\in V}\sum_{k=1}^n c_{ij}f_{ij}^{(k)}$$
subject to:
$$\sum_{j\in V}f_{ij}^{(k)}-\sum_{j\in V}f_{ji}^{(k)}=\begin{cases}d_k & i=s_k\\-d_k & i=t_k\\0 & \text{otherwise}\end{cases}$$
$$\sum_{j\in V}f_{ij}^{(k)}\geq Ey_j^{(k)}$$
$$\sum_{j\in V}y_j^{(k)}\leq M_k$$
$$f_{ij}^{(k)}\geq 0, x_{ij}^{(k)}\in\{0,1\}, y_j^{(k)}\in\{0,1\}$$
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