CN101467390A - 在帧交换网络中的虚链路的路由选择方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种在帧交换网络中对虚链路进行路由选择的方法，该帧交换网络包括所述帧的多个源终端和/或目的终端，其中帧交换机通过物理连接来彼此连接，对于点对点类型，每个虚链路由穿过一个源终端和一个目的终端之间的所述网络的一条路径来限定，并且，对于多点类型，由穿过一侧一个源终端和另一侧多个目的终端之间的所述网络的多条路径来限定。通过在满足至少一个预定拓扑限制的一组解上对至少一个成本函数进行最小化，所述方法实现了链路的路由选择。

Description

在帧交换网络中的虚链路的路由选择方法

技术领域

本发明涉及帧交换网络中的路由选择的领域，并且更具体地涉及在AFDX网络中的路由选择的领域。

背景技术

以太网是最众所周知的局域网。以太网可以在两种不同的模式下运行，而这两种模式是相兼容的：一种所谓的共享模式，在这种模式中，同一个物理介质在终端之间被共享，伴随着帧之间的冲突检测和随机存取；以及一种所谓的交换模式，在这种模式中，终端通过虚连接来交换帧，因此确保了没有冲突。

在交换以太网中，每个终端(源终端或目的终端)被单独地连接到一个帧交换机，而交换机通过物理连接而彼此连接。更确切地，每个交换机具有多个端口，所述端口连接在其他交换机或终端耦合器的端口上。在源终端和目的终端之间的虚连接被限定为帧从源终端到目的终端经过的网络的路径。同样地，虚连接由所述帧经过的交换机的列表来限定。对于所经过的每个交换机，帧的交换通过预定的交换表根据目的地址来实现。该交换表非常简单，因为它按照交换机的输入端口和帧的目的地址来指示对应的输出端口。

帧交换网络的另一个已知实例是ATM网络，其中可以建立虚电路连接(VCC)以在源终端和目的终端之间路由基本帧或信元。

接下来，将会使用“虚链路”来表示在帧交换网络中的端到端的第2级连接，诸如在交换以太网中的虚连接或者在ATM网络中的虚电路连接。在帧交换网络中，以管理的方式或者通过控制计划的信令，来对通过网络的虚链路进行路由选择。链路的路由选择在于限定和程序化网络的不同交换机的交换表。通常，这些交换表可以是静态的(管理地进行路由选择)或者动态的(通过信令来进行路由选择)。

在某些情况下，通过虚链路可以获得确定的服务保证。例如，在ATM网络中，CBR(固定比特率)服务的等级能够在链路上保留固定的带宽和在最小信息流量。然而，因为交换机只能支持给定最大信息流量，因此这个服务保证对链路的路由选择强加了限制。

类似地，被发展用于航空工程的AFDX(航空电子全双工交换式以太网)网络是其中通过虚链路可以实现带宽的保留的交换以太网。更确切地，在每个虚链路上都与帧之间的最小间隔以及最大帧大小相关联。另外，对于每个虚链路，保证等待时间或者发送帧的最大时间。在交换机只能保证每个输出端口的给定信息流量的情况下，虚链路的特性再次受到路由选择的限制。

优选地，本发明适用于(但是非唯一地)AFDX网络。在网站www.condoreng.com上可自由使用的题为“AFDX协议指南”的文件中以及在以申请人的名义提交的专利申请FR-A-2832011中，将会找到该网络的详细描述。下面将会简单的描述该网络的主要特点。

如预先提及的，AFDX网络是基于交换以太网的。另外，AFDX网络是全-双工类型，其中每个终端都可以在不同的虚链路上同时发送和接收帧。由于虚链路具有保证等待时间的特点，因此AFDX网络也确定通量的物理分离、带宽和信息流量。因此，每个虚链路具有端到端所保留的路径、具有在传送间隔时的短暂中断(称为BAG，即带宽分配间隙)并且具有最大帧大小。在每个具有预定吉格(gigue)误差的传送间隔的开始发送帧。最后，AFDX网络是冗余的，出于可用率的原因，它被建成双工通信。

数据以封装在以太网帧中的IP数据包的形式被传送。与传统的以太网交换(利用接收设备的以太网地址)不同，在AFDX网络上的帧的交换利用级联在帧头上的虚链路的标识符。当交换机在它的输入端口之一接收帧时，该交换机辨识虚链路的标识符并且从它的交换表上确定帧应该在其上被发送的一个或多个输出端口。在飞行中，交换机检查所发送的帧的完整性，但是如果帧是错误的，则不要求重新发送：被检测到的错误的帧被删除。在虚链路上传送的帧被顺序编号。在接收时，目的终端检查帧的顺序的完整性。

每个虚链路都是单向的。该虚链路只能来自一个源终端，但是可以同时通向多个目的终端。将虚链路区分为点对点模式(只能通向一个接收设备)和多点模式(可以通向多个接收设备)。

图1示出了AFDX网络，该网络包括终端LRU1到LRU5和帧交换机SW1、SW2。可以看到，将终端LRU3连接到终端LRU2的虚链路VL₃是点对点类型的，而用于LRU2和LRU3的VL₂以及用于LRU3到LRU5的VL₁是多点类型的。

某些虚链路彼此是非常相关的，因为它们参与实现同一功能。例如，来自飞行器的不同的导航传感器的虚链路参与同一定位功能。接下来，将参与实现同一功能的点对点类型的或多点类型的虚链路的整体称为功能丛或简单丛。

提供服务保证的帧交换网络(如ATM和AFDX网络)需要对虚链路强加路由限制。另外，机载的应用(尤其是航空应用)要求一些附加的预防措施，这些预防措施经常对导航导致路由选择的限制。

直到现在，在AFDX网络中的链路的路由选择还是凭经验来执行。这类型的路由选择对于相对较小数量的虚链路是可以接受的。随着航空系统的复杂性的增大，虚链路的数量将来可以达到几千个。本发明旨在提供一种系统的和自动的路由选择方法，该方法考虑了所有的路由选择限制并且能够使网络使用的安全性最优化。

发明内容

本发明由一种帧交换网络中的虚链路的路由选择方法所限定，所述帧交换网络包括所述帧的多个源终端和/或目的终端，帧交换机通过物理连接来彼此连接，对于点对点类型，每个虚链路由穿过一个源终端和一个目的终端之间的所述网络的一条路径来限定，而对于多点类型，由穿过一侧一个源终端和另一侧多个目的终端之间的所述网络的多条路径来限定。对于至少一个虚链路，所述方法包括以下步骤：

(a)从源终端和一个或多个目的终端之间的一组可能路径中选择满足至少一个预定拓扑限制的路径的子组；

(b)在所述子组中通过对至少一个给定的成本函数进行最小化，对于点对点类型的虚链路，确定一条路径，或者对于多点类型的虚链路，确定多条路径；

(c)根据如此确定的一条或多条路径，对所述虚链路进行路由选择。

根据第一变型，在所述虚链路是点对点链路并且所述网络被划分为多个不同的区域时，如果分别连接到源终端和所述目的终端的交换机属于同一区域，则所述拓扑限制有利地表示禁止越过区域之间的边界的限制，而在相反的情况下，所施加的所述拓扑限制是允许越过分别属于所述源终端和所述目的终端的区域之间的边界一次的限制。关于已经进行路由选择的虚链路、或要与所述已经进行路由选择的虚链路同时进行路由选择的虚链路，或对于所述网路的交换机，所述选择步骤考虑隔离和/或并置可能路径的附加拓扑限制。可替换地或可累积地，所述选择步骤可以考虑多个附加拓扑限制，其中每个附加拓扑限制涉及要同时进行路由选择的一组虚链路的一群组成路径，其中所述群由所述路径的多个子群N_sg组成，所述附加限制表示：最多n_sg个子群可以被无效，其中0≤n_sg<N_sg，如果属于所述子群的所有路径被所述网络的同一交换机的故障影响，则该子群被无效。

上述的成本函数可以被选择等于路径所经过的交换机的数量。

根据第二变型，当所述虚链路是多点类型的并且所述网络被划分为多个不同区域时，如果分别连接到所述源终端和所述目的终端的交换机属于同一区域，则有利地向所述链路的所述源终端和所述目的终端之间的每条可能路径施加禁止越过区域之间的边界的限制，而在相反的情况下，施加允许越过分别属于所述源终端和所述目的终端的区域之间的边界一次的限制。如前所述，对于已经进行路由选择的虚链路或者要与已经进行路由选择的所述虚链路同时进行路由选择的虚链路或者对于交换机，对所述链路的所述源终端和目的终端之间的每条可能路径施加隔离和/或并置所述路径的附加拓扑限制。可替换地或可累积地，所述选择步骤可以考虑多个附加拓扑限制，其中每个附加拓扑限制涉及要同时进行路由选择的一组虚链路的一群组成路径上，其中所述群由所述路径的N_sg个子群组成，所述附加限制表示：最多n_sg个子群可以被无效，其中0≤n_sg<N_sg，如果属于一个子群的所有路径被所述网络的同一交换机的故障影响，则该子群被无效。

所述成本函数可以被取值等于路径所经过的交换机的数量，并且所述成本函数在所述链路的所述源终端和目的终端之间的每组可能路径上被最小化，以为每个目的终端提供至少一条候选路径。有利地，实现K条候选路径的组合，其中K是所述链路的目的终端的数量，每个组合对应于所述多点链路的路由选择的一个可能的解(solution，方案)，并且第二成本函数在如此获得的所述可能的解的组上被最小化。对于每个可能的解，所述第二成本函数评估不同组成路径之间所共享的交换机的数量。

根据第三变型，对于参与实现同一功能的至少一群链路，即链路丛，每个链路都是点对点的并且所述网络被划分为多个不同的区域，对于所述丛的每个链路，如果分别连接到所述源终端和所述目的终端的交换机属于同一区域，则向所述链路的所述源终端和目的终端之间的每条可能路径施加禁止越过区域之间边界的限制，而在相反的情况下，施加允许越过分别属于所述源终端和所述目的终端的区域之间的边界一次的限制。如前所述，关于已经进行路由选择的虚链路或者要与所述链路同时进行路由选择的虚链路、或关于交换机，可以对每个虚链路以及对于所述链路的所述源终端和目的终端之间的每条可能路径施加隔离的和/或并置所述路径的附加拓扑限制。可替换地或可累积地，所述选择步骤可以考虑附加拓扑限制，其中每个附加拓扑限制涉及要同时进行路由选择的一组虚链路的一群组成路径，其中所述群由所述路径的N_sg个子群组成，所述附加限制表示：最多n_sg个子群可以被无效，其中0≤ns_g<N_sg，如果属于一个子群的所有路径被所述网络的同一交换机的故障影响，则该子群被无效。

所述成本函数被取值等于路径所经过的交换机的数量，并且对于所述丛的每个链路，所述成本函数在所述链路的所述源终端和目的终端之间的每组可能路径上被最小化，以为每个链路提供至少一条候选路径。有利地，实现N个候选路径的组合，其中N是所述丛的链路的数量，每个组合对应于所述丛的路由选择的一个可能的解，并且第三成本函数在如此获得的所述可能的解的组上被最小化。对于所述丛的路由选择的每个可能的解，所述第三成本函数评估其解是该组合的路径之间所共享的交换机的数量。

根据第四变型，对于参与实现同一功能的至少一群链路，即链路丛，在每个链路都是多点类型的并且所述网络被划分为多个不同的区域时，对于所述丛的每个链路，如果分别连接到所述源终端和所述目的终端的交换机属于同一区域，则向所述链路的所述源终端和所述目的终端之间的每条可能路径施加禁止越过区域之间边界的限制，而在相反的情况下，施加允许越过分别属于所述源终端和所述目的终端的区域之间边界一次的限制。如前所述，对于已经进行路由选择的虚链路或者要与已经进行路由选择的所述虚链路同时进行路由选择的虚链路或者对于所述网络的交换机，可以对每个虚链路以及对于所述链路的所述源终端和目的终端之间的每条可能路径施加隔离和/或并置所述路径的附加拓扑限制。可替换地或可累积地，所述选择步骤可以考虑多个附加拓扑限制，其中每个附加拓扑限制涉及要同时进行路由选择的一组虚链路的一群组成路径，其中所述群由所述路径的多个子群N_sg组成，所述附加限制表示：最多n_sg个子群可以被无效，其中0≤n_sg<N_sg，如果属于一个子群的所有路径被所述网络的同一交换机的故障影响，则该子群被无效。

所述成本函数被取值等于路径所经过的交换机的数量，并且对于所述丛的每个链路，所述成本函数在所述链路的所述源终端和所述目的终端之间的每组可能路径上被最小化，以为每个链路和每个目的终端提供至少一条候选路径。有利地，实现K₁+K₂+...+K_N条候选路径的组合，其中K_i(1<i≤N)是所述丛的N个链路的各自的路径的数量，每个组合对应于所述丛的路由选择的一个可能的解，并且第四成本函数在如此获得的可能的解的所述组上被最小化。对于所述丛的确定路径的每个可能的解，所述第四成本函数评估由对应于所述解的所述丛的链路所经过的交换机的数量。

在以上的所有变型中，所述网络的区域(例如)由单独的电源供电。

最后，无论是哪种变型，有利地将会在通过对第二、第三或第四成本函数中任一个进行最小化所获得的路径选择的解组上对第五成本函数进行最小化，其中所述第五成本函数评估所述网络的最大负载的交换机的通信负载。

本发明还涉及一种计算机程序，所述计算机程序包括软件工具，当在计算机上运行所述计算机程序时，所述软件工具适于实现上面限定的方法的步骤。

附图说明

图1示出了AFDX网络的实例；

图2示出了根据本发明实施例的虚链路的路由选择方法的流程图；

图3A至3E示出了在多点类型虚链路的情况下对成本函数进行最小化的机理；

图4示出了用于点对点类型的虚链路的路由选择的实例；

图5示出了用于多点类型的虚链路的路由选择的实例；

图6示出了用于点对点类型的虚链路的丛的路由选择的实例；

图7示出了用于多点类型的虚链路的丛的路由选择的实例；

图8示出了由虚链路的一组组成路径的实例，所述虚链路服从放松的隔离限制；

图9示出了在放松的隔离限制下的虚链路的路由选择的实例；

图10A和10B分别示出了可接受的路由选择的结构和不可接受的路由选择的结构。

具体实施方式

以本发明为基础的方法是通过在可能的路径中进行选择来执行虚链路的路由选择，所述可能的路径服从一个或多个预定的拓扑限制，然后在对预定的成本函数进行了最小化的这个或这些可能的路径中进行选择。

图2示出了根据本发明的路由选择方法的原理。

所述方法在输入端使用：

-文件210，描述网络的拓扑，即端结点(终端)、交换结点、以及结点之间的物理连接；

-文件220，给出网络的状态，即交换机端口的容量、通过虚链路的特性已经进行路由选择的虚链路；

-文件230，给出一条或多条要进行路由选择的虚链路的特性。通过分别连接到源终端和一个目的终端(点对点模式)或多个目的终端(多点模式)的交换机的标识符、传送间隔时间(BAG)和链路上的帧的最大长度来描述每个虚链路；通过丛的可能属性来描述；必要时通过丛的标识符来描述；

-文件240，说明拓扑限制，该拓扑限制以后将会详细描述。

在第一步骤250中，该算法进行源终端和目的终端之间的满足由240指出的一个或多个拓扑限制的选择。

在第二步骤260中，该算法进行一个成本函数的最小化或者相继地或联合地进行多个成本函数的最小化。如将来会详细描述的，为了进行联合的最小化，将混合的成本函数构成为上述的成本函数的线性组合，加权系数被选择为便于反映路由选择中的成本的相对重要性。可替换地，成本函数按照递减的优先权顺序被逐一最小化，每个最小化都基于前面的最小化步骤所提供的解的子组而被执行。

如果一个/多个成本函数的最小化给出多个等价的解，则在这些解中随机选择一个解，在步骤260结束时，该解提供能够使得虚链路被确定路由的一条路径(点对点模式)或多条路径(多点模式)。在步骤270中，网络的状态文件220被更新。重复进行该算法，直到没有要进行路由选择的虚链路。

在步骤280中，检查是否要对所有的虚链路进行路由选择，在肯定的情况下，根据实施例，进行网络的决定检查步骤290。该步骤由现有技术中已知的名为“网络微积分”的算法负责，例如出版在信息理论上的IEEE Trans.的1998年5月的第44期第三章中由Jean-Yves Le Boudec写的题为“Application of network calculus toguaranteed service networks(对于保障服务网络的网络微积分的应用)”的文章。对于网络的每个组成部分，该算法根据网络的所有点上的通信载波包络来计算等待的限制和等待队列的大小。对于网络的每个组成部分，所述决定被保证用于受限的等待时间和等待队列的正确大小。

在最后，在步骤295中更新帧交换机的交换表。这些交换表明确地确定网络上的链路的路由选择。

当网络第一次运行时和/或每次虚链路必须被修改和增加时，可以使用该路由选择方法。

前面提到的拓扑限制是两种不同的类型的：绝对限制和相对限制。

绝对限制不管网络上是否存在的其他链路，只对虚链路的路由选择有影响。例如，在飞行器上的机载AFDX网络情况下，对应于飞机的“左侧”和“右侧”的网络的“左侧”和“右侧”由不同的供电总线供电。为了一条供电总线的故障不危害整个网络，设置下面的拓扑限制：

-来自位于网络的一侧的源终端并且通向位于网络的相反一侧的目的终端的虚链路只能越过隔开网络两侧的边界一次。如果虚链路是多点类型的，则该限制适用于组成该链路的每条路径；

-来自位于网络的一侧的源终端并且通向位于网络的同一侧的目的终端的虚链路不能越过隔开网络两侧的边界。

当预定一个区域的任一终端可以通向另一区域的任一终端而无需通过第三方区域时，可以将这个规则容易地推广到网络可以被划分为任意多个不同区域的情况。网络的不同区域由(例如)各自的电源供电。在所讨论的区域中对区域内的虚链路进行路由选择，而区域之间的虚链路只能越过隔开所述区域的边界一次，而无需通过第三方区域。

其他的绝对拓扑限制可以被确定为与网络元件并置或隔离。我们理解这可以规定为：虚链路必须通过给定的网络元件(例如交换机或物理连接)或者相反地必须避免使用该元件。设想通过网络的多个元件的并置可以导致虚链路的明确的路由选择。从而“确定”该虚链路。

相对拓扑限制涉及虚链路之间的虚连接。因此可以在虚链路之间建立并置或隔离的限制。我们理解这可以规定：两个虚链路必须通过网络的同一交换机或者相反地不可以分享任何共有交换机。相对拓扑限制可以涉及同一功能丛的不同虚链路，这种情况下，被设置的限制是隔离限制。所述相对拓扑限制也可以涉及属于不同功能丛的虚链路。在这两种情况下，可以对于已经进行了路由选择的链路或者要与所述链路同时进行路由选择的链路来表示并置/隔离虚链路的拓扑限制。

有时候，为了能够获得路由选择的解，按照并置和/或隔离表达的相对拓扑限制太严格。在这种情况下，如下面指出的，放松这些限制中的某些甚至全部。

我们考虑这样一组虚链路，由于不能独立考虑所述虚链路各自的路由选择，所以同时执行它们的路由选择。这些虚链路中的每一条通常包括一条(点对点)或多条(多点)路径。这些虚链路(以下被称为虚链路群)的组成路径的整体可以被划分为子群，一条路径可以属于多个子群。通常，一个子群对应一个由所述虚链路组保证的功能机构。另外，为了实现相同的功能，不同的子群表示特定的冗余度。

如果N_sg是路径群的子群的数量，则对所述虚链路组施加一个放松的隔离限制，根据该限制，在N_sg中最多n_sg个子群(其中0≤n_sg<N_sg)可以被交换机的故障无效。n_sg＝0的情况对应于特殊状况，这种情况是人们不容许任何子群无效。关于交换机的故障，在这里我们理解或是交换有误差或者没有交换，或是交换的帧损坏。关于无效的子群，我们理解为，一个子群的所有路径被同一交换机的故障所影响。

我们将会理解，放松的隔离限制比在考虑网络冗余度并且未区分地适用虚链路的所有组成路径的情况下的隔离限制提供更多的灵活性。

放松的隔离限制的实例在附录中被给出。

如以上所见，在选择一个满足上述拓扑限制的可能的候选的子群之后，路由选择算法在可能的候选子群中搜索使一个或多个成本函数最小化的一个或多个子群。

所考虑的第一成本函数是被虚链路经过的交换机的数量。更确切地，如果所述链路是点对点类型的，则力图使该链路经过的交换机数量最小化。如果所述链路是多点类型的，则最小化被应用于所述链路的组成路径中的每一条所经过的交换机的数量上。被经过的交换机的数量小能够减小虚链路或者该链路的每个组成路径发生故障的可能性。

第二成本函数涉及多点类型的虚链路。第二成本函数被定义为多点类型链路的组成路径所共用的交换机的数量。

第三成本函数涉及链路丛。该成本函数被定义为对于属于同一丛的虚链路所共用的交换机的数量。

根据情况，第二或第三成本函数的最小化能够减小同一虚链路或者同一丛中的多条虚链路的路径发生联合故障的可能性。

第四成本函数同样涉及链路丛。该成本函数被定义为同一丛的所有虚链路所经过的交换机的总数。

第五成本函数被定义为网络的最大负载的交换机的输出端口的信息流量。该成本函数的最小化旨在更好地分配网络中的通信负载。

这些成本函数的实例不具有任何限制性。如果其他成本函数尤其旨在量化网络中的一个元件或多个元件的故障的影响，则也可以考虑其他成本函数。

成本函数的相继最小化可以得到一组准优化的解。根据实施例的变型，通过加权系数来构造成本函数的线性组合，所述加权系数反映出这些成本函数在路由选择中的相对重要性，并且基于可能的解的组对如此构造的新成本函数进行最小化。相似地，新成本函数可以被构造为成本函数的乘积，每个成本函数被分配一个指数，该指数反映出成本函数在路由选择中的相对重要性。

图3A到3E示出了在多点类型的虚链路情况下对成本函数进行最小化的机理。

要进行路由选择的虚链路来自于源终端E₁并且通向目的终端R₁和R₂。假设满足拓扑限制的路径被预先选择。对于一方面将E₁连接到R₁的每条可能路径以及另一方面将E₁连接到R₂的每条可能路径，通过研究经过最小数量交换机的可能路径，实现第一成本函数的最小化。在本实施例的情况中，对于E₁-R₁路径和E₁-R₂路径，最小数量都是3。最佳的解如图3A至3D所示。相反地，注意到图3E所示的解不是最佳的：事实上，该解使整个虚链路上的交换机的数量最小化，而没有使虚链路的每个组成路径上的交换机的数量(连接E₁-R₂的路径是4个)最小化。

第二成本函数的最小化导致在上述四个解中保留图3A、3B和3D所示的解。事实上，对于图3A、3B和3D所示的解，在两个路径之间共有的交换机的数量为1，而对于图3C所示的解，在两个路径之间共有的交换机的数量为2。

第五成本函数的最小化能够辨别上述步骤中保留的三个解。默认地，在剩余的解中随机选择所选择的解。

路由选择的问题属于在限制下对一个成本函数/多个成本函数进行最小化的问题。有利地，在限制下的成本函数被表示为线性不等式的形式，并且成本函数是决策变量的线性表达式。因此，通过单纯形算法可以实现最小化。我们注意到，单纯形算法能够解决的问题类型：

$\underset{x}{\mathrm{Arg}}\min \left(b^{T}x\right)$ 　其中Ax≥c　且x≥0           (1)

其中，b^T是代表线性形式(成本函数)的向量，x是决策变量(正的)的向量，A表示限制矩阵以及c是常向量。

实际上，路由选择算法在输入端具有交换机的列表，标注为SS，并且对于每对源终端和目的终端，还具有允许从第一个到第二个的路径的列表，每个路径由它所经过的交换机的有序列表来描述。以后会将被编索引的路径列表标注为PP。有利地，PP将会预先被减小到已经满足某些绝对拓扑限制的路径的列表，例如相对于独立区域部分的某些拓扑限制。

因此，构造矩阵C_ps、C_fs、C_ls、C_pss，前三个矩阵是P×S维的矩阵并且最后一个是P×S×S维矩阵，其中P是在文件中所索引的路径的总数，S是网络中的交换机的总数，通过以下来限定这些矩阵的元素：

如果sw属于路径p，则c_ps(p，sw)＝1，如果sw不属于路径p，则c_ps(p，sw)＝0；

如果sw是p的第一交换机，则c_fs(p，sw)＝1，如果sw不是p的第一交换机，则c_fs(p，sw)＝0；

如果sw是p的最后一个交换机，则c_ls(p，sw)＝1，如果sw不是p的最后一个交换机，则c_ls(p，sw)＝0；

如果sw₁和sw₂是路径p的相继的交换机，则c_pss(p，sw₁，sw₂)＝1，如果sw₁和sw₂不是路径p的相继的交换机，则c_pss(p，sw₁，sw₂)＝0。

其中p是在两个终端之间的路径的标识符，sw、sw₁和sw₂是网络中的交换机的标识符。

为了简化路由选择算法，认为所有的虚链路属于功能丛，如果只需要一个连接，所述功能丛可以减小。将功能丛列表标注为FF。

FF的丛f由它的属性所限定：

-f.profile指出丛f包括一条虚链路(f.profile＝1)或者不是(f.profile＝0)；

-f.cos给出属于该丛的虚链路的标识符列表。

丛f的虚链路vl由它的属性限定：

-vl.f给出该链路所属的丛的标识符；

-vl.cost指出在虚链路上通信期间的成本；该成本可以(例如)按照传送间隔和帧最大长度对来表示；

-vl.rted指出已经对该链路进行了路由选择(vl.rted＝1)或者不是(vl.rted＝0)；

-vl.txsw给出连接到源终端的交换机的标识符；

-vl.rxsw给出连接到目的终端的交换机的标识符(点对点类型链路)或者分别连接到目的终端的多个交换机的标识符(多点链路)。

虚链路vl的组成路径b由其属性所限定：

-b.vl是属于虚链路的标识符；

-b.swDest是连接到由所述路径通向的目的终端的交换机的标识符。

此外，将虚链路的组成路径的群的列表标注为GG，所述虚链路服从放松的隔离限制。GG的每个群g被限定为：

-属性g.sgErrmax指出在该群中的可以接受的无效子群的最大数量；

-子群的列表为g.sglist。

最后，将相对于GG的不同的群的子群列表标注为SG。SG的每个子群sg被限定为：

-属性sg.group指出子群所属的群；

-列表sg.pathlist为该子群的组成路径的列表。

另外，引入以下决策变量，所有都是正值：

-如果路径p组成虚链路vl，则vlPath[vl，p]等于1，否则等于0。我们注意到，如果路径p由连接到终端vl.txsw的交换机出发，并且通向vl.rxsw中的一个交换机，则路径p组成vl；

-如果通过swDest结束的虚链路vl的组成路径经过交换机sw，则vlBrSw[vl，swDest，sw]等于1，否则等于0；

-vlBrPerSw[vl，sw]等于经过交换机sw的虚链路vl的组成路径的数量；

-如果虚链路vl的多个组成路径经过交换机sw，则comBrSw[vl，sw]等于1；

-如果虚链路vl经过交换机sw，则vlSw[vl，sw]等于1，否则等于0；

-fvlPerSw[f，sw]等于经过交换机sw的功能丛f的虚链路的数量；

-如果功能丛f的多个虚链路经过交换机sw，则comfSw[f，sw]等于1，否则等于0；

-如果功能丛f的虚链路中的一个经过交换机sw，则fSw[f，sw]等于1，否则等于0；

-vlSwNb[vl，sw₁，sw₂]等于相继经过交换机sw₁、sw₂的虚链路vl的组成路径的数量；

-如果存在相继经过交换机sw₁、sw₂的虚链路vl的组成路径，则vlSw[vl，sw₁，sw₂]等于1；

-trfCst[sw₁，sw₂]是trfCstPast[sw₁，sw₂]与交换机sw₁、sw₂之间被累积在要确定路径的虚链路的当前子组上的通信成本的和；

-如果存在相继经过交换机sw₁、sw₂的所述当前子组的已进行了路由选择的虚链路，则fixvl[sw₁，sw₂]等于1，否则等于0；

-如果交换机sw对于子群sg的所有组成路径是共有的，则sgSw[sg，sw]等于1，否则等于0。

强加给一个解(或者候选虚链路)的基础限制是：解的一个或多个组成路径来自于源终端并且通向一个或多个目的终端，即：

$\&ForAll;f\&Element;\mathrm{FF};$    $\&ForAll;\mathrm{vl}\&Element;f.\mathrm{ocs};$    $\&ForAll;p\&Element;\mathrm{PP}$

vlPath[vl，p]≤c_fs(p，vl.txsw)以及 $\mathrm{vlPath}[\mathrm{vl},p]\&le;\underset{\mathrm{sw}\&Element;\mathrm{vl}.\mathrm{rxsw}}{\mathrm{\&Sigma;}}{c}_{\mathrm{ls}}(p,\mathrm{sw})---\left(2\right)$

以及，对于虚链路的每个目的终端，只有一个来自于源终端的组成路径，即：

$\&ForAll;f\&Element;\mathrm{FF};\&ForAll;\mathrm{vl}\&Element;f.\mathrm{ocs};\&ForAll;\mathrm{sw}\&Element;\mathrm{vl}.\mathrm{rxsw};$

$\underset{p\&Element;\mathrm{PP}}{\mathrm{\&Sigma;}}\mathrm{vlPath}[\mathrm{vl},p].c_{\mathrm{ls}}(p,\mathrm{sw}).c_{\mathrm{fs}}(p,\mathrm{vl}.\mathrm{txsw})=1---\left(3\right)$

大部分绝对拓扑限制可以接受相同的形式。如上面所述的，通过从一开始就对组PP进行约束来考虑剩余的限制。

同样可以按照线性不等式或者等式的形式根据上述的决策变量表达相对拓扑限制。因此对于在被隔离之前的组成路径的每个Π，即不能分享任何共有交换机，隔离的限制被表示为：

$\&ForAll;\mathrm{sw}\&Element;\mathrm{SS};$      $\underset{b\&Element;\mathrm{\&Pi;}}{\mathrm{\&Sigma;}}\mathrm{vlBrSw}[b.\mathrm{vl},b.\mathrm{swDest},\mathrm{sw}]\&le;1---\left(4\right)$

相似地，对于在受到并置限制(即，必须通过相同交换机)的组成路径的组Π：

$\&ForAll;\mathrm{sw}\&Element;\mathrm{SS};$     $\&ForAll;b_1,b_2\&Element;\mathrm{\&Pi;};$

vlBrSw[b₁.vl，b₁.swDest，sw]＝vlBrSw[b₂.vl，b₂.swDest，sw]     (5)

当然，对于所有要考虑的隔离和结合机构，必须检查限制，每个机构配合一个确定的组Π。

可替换地，如果使用放松的隔离限制，则对于虚链路的组成路径的所有群g∈GG，将会得出固定的这样的限制：

$\&ForAll;\mathrm{sw}\&Element;\mathrm{SS},\underset{\mathrm{sg}.\mathrm{group}=g}{\underset{\mathrm{sg}\&Element;g.\mathrm{sglist}}{\mathrm{\&Sigma;}}}\mathrm{sgSw}[\mathrm{sg},\mathrm{sw}]\&le;g.\mathrm{sgErr}\max ---(5\&prime;)$

其中，决策变量sgSw[sg，sw]由以下限制限定：

$-(Q+1)+(Q+1).\mathrm{sgSw}[\mathrm{sg},\mathrm{sw}]\&le;\underset{b\&Element;\mathrm{sg}.\mathrm{pathlist}}{\mathrm{\&Sigma;}}\mathrm{vlBrSw}[b.\mathrm{vl},b.\mathrm{swDest},\mathrm{sw}]-\mathrm{Card}(\mathrm{sg}.\mathrm{pathlist})$

以及

$\underset{b\&Element;\mathrm{sg}.\mathrm{pathlist}}{\mathrm{\&Sigma;}}\mathrm{vlBrSw}[b.\mathrm{vl},b.\mathrm{swDest},\mathrm{sw}]-\mathrm{Card}(\mathrm{sg}.\mathrm{pathlist})+1\&le;Q.\mathrm{sgSw}[\mathrm{sg},\mathrm{sw}]$

                                       (5″)

其中 $Q=\underset{\mathrm{sg}\&Element;\mathrm{SG}}{\mathrm{Max}}\left(\mathrm{Card}(\mathrm{sg}.\mathrm{pathlist})\right).$

事实上，表达式(5”)指出：

如果 $\underset{b\&Element;\mathrm{sg}.\mathrm{pathlist}}{\mathrm{\&Sigma;}}\mathrm{vlBrSw}[b.\mathrm{vl},b.\mathrm{swDest},\mathrm{sw}]\&GreaterEqual;\mathrm{Card}(\mathrm{sg}.\mathrm{pathlist}),$ 则sgSw[sg，sw]＝1，否则sgSw[sg，sw]＝0。

成本函数也是根据上述的决策变量来表示的。

例如，旨在单独使虚链路的组成路径所经过的交换机的数量最小化的第一成本函数CF₁可以表示为：

${\mathrm{CF}}_1=\underset{f\&Element;\mathrm{FF}}{\mathrm{\&Sigma;}}\underset{\mathrm{vl}\&Element;f.\mathrm{ocs}}{\mathrm{\&Sigma;}}\underset{p\&Element;\mathrm{PP}}{\mathrm{\&Sigma;}}\mathrm{vlPath}[\mathrm{vl},p].\mathrm{card}\left(p\right)---\left(6\right)$

其中，card(p)是标号列表p的基数，换言之，由路径p所经过的交换机的数量。

可以在数学上示出旨在使每个多点类型虚链路的不同路径的共有交换机数量最小化的第二成本函数可以被表示为：

${\mathrm{CF}}_2=\underset{f.\mathrm{profile}=1}{\underset{f\&Element;\mathrm{FF}}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{\mathrm{vl}\&Element;f.\mathrm{ocs}}{\mathrm{\&Sigma;}}\underset{\mathrm{sw}\&Element;\mathrm{SS}}{\mathrm{\&Sigma;}}\mathrm{comBrSw}[\mathrm{vl},\mathrm{sw}]---\left(7\right)$

相似地，旨在使相同功能丛的虚链路的共有交换机的数量最小化的第三成本函数可以被写为：

${\mathrm{CF}}_3=\underset{\mathrm{sw}\&Element;\mathrm{SS}}{\underset{f.\mathrm{profile}=0}{\underset{f\&Element;\mathrm{FF}}{\mathrm{\&Sigma;}}}}\mathrm{comfSw}[f,\mathrm{sw}]---\left(8\right)$

同样地可以证明旨在使功能丛的链路所经过的交换机的数量最小化的第四成本函数可以被表示为：

${\mathrm{CF}}_4=\underset{\mathrm{sw}\&Element;\mathrm{SS}}{\underset{f.\mathrm{profile}=0}{\underset{f\&Element;\mathrm{FF}}{\mathrm{\&Sigma;}}}}\mathrm{fSw}[f,\mathrm{sw}]---\left(9\right)$

第五成本函数旨在确定虚链路的路径，以经过具有最小负载的那些交换机。可以根据网路的状态文件和要进行路由选择的链路来确定两个相邻交换机之间的通信成本。这里，将相邻的交换机称为交换机sw₁、sw₂，所述交换机通过直接的物理链路来连接。更具体地，对于任意每对相邻交换机sw₁、sw₂，首先确定是否存在相继经过所述每对交换机的至少一条虚链路：

$\&ForAll;f\&Element;\mathrm{FF};$   $\&ForAll;\mathrm{vl}\&Element;f.\mathrm{ocs};$   $\&ForAll;{\mathrm{sw}}_1,{\mathrm{sw}}_2\&Element;\mathrm{SS};$

$\mathrm{vlSwNb}[\mathrm{vl},{\mathrm{sw}}_1,{\mathrm{sw}}_2]=\underset{p\&Element;\mathrm{PP}}{\mathrm{\&Sigma;}}\mathrm{vlPath}[\mathrm{vl},p].c_{\mathrm{pss}}(p,s{w}_1,{\mathrm{sw}}_2)---\left(10\right)$

根据vlSwNb[vl，sw₁，sw₂]，通过以下的线性限制来表示决策变量vlSw[vl，sw₁，sw₂]：

$\&ForAll;f\&Element;\mathrm{FF};$   $\&ForAll;\mathrm{vl}\&Element;f.\mathrm{ocs};$   $\&ForAll;{\mathrm{sw}}_1,{\mathrm{sw}}_2\&Element;\mathrm{SS};$

vlSw[vl，sw₁，sw₂]≤vlSwNb[vl，sw₁，sw₂]

vlSwNb[vl，sw₁，sw₂]≤(P+1)vlSw[vl，sw₁，sw₂]    (11)

事实上，这组线性限制意味着：

如果vlSwNb[vl，sw₁，sw₂]＝0，则vlSw[vl，sw₁，sw₂]＝0

如果vlSwNb[vl，sw₁，sw₂]≥1，则vlSw[vl，sw₁，sw₂]＝1    (12)

同样地，根据和 $\underset{\mathrm{vl}.\mathrm{rted}=0}{\underset{\mathrm{vl}\&Element;f.\mathrm{ocs}}{\underset{f\&Element;\mathrm{FF}}{\mathrm{\&Sigma;}}}}\mathrm{vlSw}[\mathrm{vl},s{w}_1,{\mathrm{sw}}_2],$ 通过以下线性限制来表示决策变量fixvl[sw₁，sw₂]：

$\&ForAll;f\&Element;\mathrm{FF};$   $\&ForAll;\mathrm{vl}\&Element;f.\mathrm{ocs};$   $\&ForAll;{\mathrm{sw}}_1,{\mathrm{sw}}_2\&Element;\mathrm{SS};$

$\mathrm{fixvl}[{\mathrm{sw}}_1,{\mathrm{sw}}_2]\&le;\underset{\mathrm{vl}.\mathrm{rted}=0}{\underset{\mathrm{vl}\&Element;f.\mathrm{ocs}}{\underset{f\&Element;\mathrm{FF}}{\mathrm{\&Sigma;}}}}\mathrm{vlSw}[\mathrm{vl},s{w}_1,{\mathrm{sw}}_2]$

$\underset{\mathrm{vl}.\mathrm{rted}=0}{\underset{\mathrm{vl}\&Element;f.\mathrm{ocs}}{\underset{f\&Element;\mathrm{FF}}{\mathrm{\&Sigma;}}}}\mathrm{vlSw}[\mathrm{vl},s{w}_1,{\mathrm{sw}}_2]\&le;(M+1)\mathrm{fixvl}[{\mathrm{sw}}_1,{\mathrm{sw}}_2]$

其中，在F＝Card(FF)的情况下， $M=F.\underset{f\&Element;\mathrm{FF}}{\max }\left(\mathrm{Card}(f.\mathrm{ocs})\right)$

事实上，这组线性限制意味着：

如果 $\underset{\mathrm{vl}.\mathrm{rted}=0}{\underset{\mathrm{vl}\&Element;f.\mathrm{ocs}}{\underset{f\&Element;\mathrm{FF}}{\mathrm{\&Sigma;}}}}\mathrm{vlSw}[\mathrm{vl},s{w}_1,{\mathrm{sw}}_2]=0$   则fixvl[sw₁，_sw2]＝0

如果 $\underset{\mathrm{vl}.\mathrm{rted}=0}{\underset{\mathrm{vl}\&Element;f.\mathrm{ocs}}{\underset{f\&Element;\mathrm{FF}}{\mathrm{\&Sigma;}}}}\mathrm{vlSw}[\mathrm{vl},s{w}_1,{\mathrm{sw}}_2]\&GreaterEqual;1$   则fixvl[sw₁，sw₂]＝1    (14)

然后，对于相邻交换机中的任意一对，评估从sw₁到sw₂的输出端口的通信成本：

$\&ForAll;{\mathrm{sw}}_1,{\mathrm{sw}}_2\&Element;\mathrm{SS};$

$\mathrm{trfCst}[{\mathrm{sw}}_1,{\mathrm{sw}}_2]=\mathrm{trfCstPast}[{\mathrm{sw}}_1,{\mathrm{sw}}_2]+\underset{\mathrm{vl}.\mathrm{rted}=0}{\underset{\mathrm{vl}\&Element;f.\mathrm{ocs}}{\underset{f\&Element;\mathrm{FF}}{\mathrm{\&Sigma;}}}}(\mathrm{vl}.\cos t).\mathrm{vlSw}(\mathrm{vl},s{w}_1,{\mathrm{sw}}_2)$

                                       (15)

其中，trfCstPast[sw₁，sw₂]是在交换机sw₁、sw₂之间的通信成本，即在所有已经进行了路由选择的虚链路上累积的从sw₁连接到sw₂的输出端口上的通信成本。

换言之，对已经进行了路由选择的链路(vl.rted＝1)和将要进行路由选择的链路(vl.rted＝0)执行通信成本的计算。值trfCstPast[sw₁，sw₂]被由确定的虚链路所导致的通信成本的值初始化，即确定的虚链路的路由选择是单值的。该值可以被存储在网络的状态文件中。

因此，第五成本函数表示为以下形式：

${\mathrm{CF}}_5=\underset{{\mathrm{sw}}_1,{\mathrm{sw}}_2\&Element;\mathrm{SS}}{\max }\left(\mathrm{trfCstw}{[\mathrm{sw}}_1,{\mathrm{sw}}_2]\right)---\left(16\right)$

通过设置线性限制：

$\&ForAll;{\mathrm{sw}}_1,{\mathrm{sw}}_2\&Element;\mathrm{SS};$

trfCstw[sw₁，sw₂]-trfCst[sw₁，sw₂]≥M(fixvl[sw₁，sw₂]-1)

trfCstw[sw₁，sw₂]≤trfCst[sw₁，sw₂]

trfCstw[sw₁，sw₂]≤Mfixvl[sw₁，sw₂]

trfCst[sw₁，sw₂]<M                 (17)

其中， $M=F.\underset{f\&Element;\mathrm{FF}}{\max }\left(\mathrm{Card}(f.\mathrm{ocs})\right).\underset{\mathrm{vl}\&Element;f.\mathrm{ocs}}{\underset{f\&Element;\mathrm{FF}}{\max }}(\mathrm{vl}.\mathrm{cost})$

事实上，对于所有的交换机对sw₁，sw₂，这组线性限制意味着：trfCstw[sw₁，sw₂]＝trfCst[sw₁，sw₂] si fixvl[sw₁，sw₂]＝1

trfCstw[sw₁，sw₂]＝0              si fixvl[sw₁，sw₂]＝0

                                                   (18)

这允许在决策变量trfCstw[sw₁，sw₂]中只考虑将要进行路由选择的虚链路的作用以及在将要进行路由选择的虚链路中只通过sw₁、sw₂的虚链路。

如果希望实现成本函数的联合最小化，需要构造新函数 $\mathrm{CF}=\underset{\text{i}}{\mathrm{\&Sigma;}}{\mathrm{\&alpha;}}_i{\mathrm{CF}}_i,$ 函数CF_i利用加权系数的线性组合，其中，0≤α_i<1。最终，这是成本函数CF的最小研究，该成本函数以决策变量的值的形式给出路由选择的最佳的解。如果在上述结果中存在多个最佳的解，则随机选择它们其中的一个。

可替换地，成本函数可以按照递减的优先权顺序逐一地被最小化，每个成本函数都在由上述最小化步骤提供的解的子组上被最小化。在该实施例中，可以在最小化步骤中考虑一些限制。

无论通过成本函数的联合最小化还是相继最小化，如果虚链路的数量很大，则对组FF的整体最优化可以导致很长的计算时间。

因此，有利地，将该组划分为具有尽可能小的基数的若干独立的子组，相对拓扑限制和成本函数的最小化只应用在每个子组中。已经给出，假设功能丛的虚链路不可以被独立地进行路由选择，每个子组必须由一个或多个丛构成。路由选择算法被顺序地应用在所述子组中。

然而应当注意到，子组的独立性可以不是全部的。因此，成本函数CF₅的最小化基本上可以对将要进行路由选择的所有虚链路起作用。在这种情况下，优选具有最小的路由选择自由度的虚链路的子组，例如，虚链路的子组基本上更短，其中，通过路由选择方法，这些子组按照优先权被处理。

将会在下面给出根据本发明的用于机载网络的路由选择的实例。在这些实例中，成本函数被相继最小化。所考虑的路由选择的单元在这里是功能丛，虚链路被视为具有唯一链路的一个功能丛。

图4示出了在源终端E₁和目的终端R₁之间的点对点类型的虚链路(或单链路丛)的路由选择的实例。

在步骤410中，应用基础限制以确定源终端和目的终端之间的可能路径。

在步骤420中，如果存在所述已经进行路由选择的虚链路，则在考虑已经进行路由选择的虚链路时，应用相对拓扑限制，随后在步骤430中确定是否终端位于网络的同一侧。如果是这种情况，则在步骤435中，应用禁止越过边界的限制(区域内的路由选择)并且在由上述限制选择的可能的解的组上对成本函数CF₁进行最小化。相反地，如果终端不在网络的同一侧，则在步骤437中应用越过边界的限制(在区域之间只越过一次)，并且如第一种情况，在可能的解的组上对成本函数CF₁进行最小化。

如果步骤435或437不提供唯一的路由选择的解，则继续在步骤440中在剩余的解上对成本函数CF₅进行最小化。在步骤450中，更新网络的状态文件。

图5示出了在源终端E₁和多个(K)目的终端R₁、R₂、...、R_k之间的多点类型的虚链路(或单链路丛)的路由选择的实例。

对于每对终端(E₁，R_k)，在步骤510₁，510₂，...，510_k中，应用基础限制以只保留E₁和R₁、R₂、...、R_k之间的可能路径。

在步骤520₁、520₂、...、520_k中，对不同的路径各自应用考虑已经路由选择的链路的相对拓扑限制。

分别地在步骤530₁、530₂、...、530_k中，在可能路径的K个组中的每一个上，单独对成本函数CF₁进行最小化。

然后，在步骤540中，分别产生由步骤530₁、530₂、...、530_k给出的路径的所有组合。因此获得正在考虑的虚链路的一组可能路径解。

因此，在步骤550中，在这些可能的解的组上对成本函数CF₂进行最小化。

如果步骤550不提供唯一的解，则在步骤560中在剩余的解的组上对成本函数CF₄进行最小化。

如果步骤560还不能提供唯一的解，则在步骤570中在剩余的解的组上对成本函数CF₅进行最小化并且在步骤580中更新网络的状态文件。

图6示出了点对点类型的N条虚链路的丛的路由选择的实例。每条链路来自于源终端E_i，通向目的终端R_i，1<i≤N。

对于每对终端(E_i，R_i)，在步骤610_i中应用基础限制以只保留E_i和R_i之间的可能路径。

除了在步骤640中获得了对于链路丛的路由选择的所有可能解，步骤620_i、630_i、640与步骤520_k、530_k、540相似。

然后在步骤650中在可能解的组上对成本函数CF₃进行最小化。

如果步骤650不能提供一个唯一的解，则在步骤660中，在剩余的解的组上对成本函数CF₄进行最小化。

如果步骤660还不能提供唯一的解，则在步骤670中在剩余的解的组上对成本函数CF₅进行最小化并且在步骤680中更新网络的状态文件。

图7示出了多点类型的N条虚链路的丛的路由选择的实例。假设每条虚链路VL_i来自于源终端E_i，并通向K_i个目的终端R_ik，其中，1<i≤N并且1<k≤K_i。

在步骤710_i中，对所有的终端对(E_i，R_ik)应用基础限制，其中，1<k≤K_i，然后在步骤720_i中，应用如图5中的相对拓扑限制。

在步骤720_i的输出端获得K_i个可能路径的组P_ik。以构成虚链路VL_i，组P_ik与给出的一个终端对(E_i，R_ik)相关。

在步骤730_i中，在这些组的每一个上对成本函数CF₁进行最小化，如图5中的步骤530₁到530_k。

在步骤740中，执行在步骤730_i中所有保留路径的所有可能组合，在步骤730_i中理解到，对于每个组合，为每个终端对(E_i，R_ik)只选择一个路径。因此，每个组合对应K₁+K₂...K_N个保留路径。因此，对于不同的虚链路VL_i，获得一组可能的路由选择的解，即丛的可能路由选择的一组解。

流程图的剩余部分与图6中的相应部分一致，步骤750、760、770和780分别与在步骤650、660、670和680中表示的内容一致。

附录

放松的隔离限制通常施加在要同时进行路由选择的虚链路的一群组成路径上。

在图8中已经用符号表示了这样的路径群。

假设三条虚链路VL₁、VL₂、VL₃要同时进行路由选择并且假设它们的组成路径是：

${\mathrm{VL}}_1=\{p_1^1,p_1^2,p_1^3,p_1^4\};$

${\mathrm{VL}}_2=\{p_2^1,p_2^2,p_2^3\};$

${\mathrm{VL}}_3=\{p_3^1,p_3^2\};$

在示出的实例中，受到放松隔离限制的路径群GG被划分为N_sg＝4个子群 ${\mathrm{sg}}_1=\{p_1^1,p_2^1\},$ ${\mathrm{sg}}_2=\{p_1^2,p_2^2\},$ ${\mathrm{sg}}_3=\{p_2^2,p_1^3\},$ ${\mathrm{sg}}_4=\left\{p_3^1\right\}.$

放松的隔离限制由可以被同一交换机的故障无效的子群的最大数n_sg<N_sg表示(例如，交换机的故障影响sg₁的路径

)。换言之，最少N_sg-n_sg个子群必须每个都包含至少一条未被交换机故障破坏的路径。

下面给出一个放松的隔离限制的应用实例。我们考虑被命名为FMS(飞行管理系统)的飞行管理系统和被命名为FCGU(飞行控制和导航单元)的飞行控制计算机之间的虚链路的路由选择。在航行操作和飞行管理中，飞行管理单元传统地负责协助飞行员。飞行控制计算机计算导航命令和飞行控制伺服命令。

如图9所示，假设飞行器包括两个FMS系统和四个FCGU计算机，每个FMS系统是虚链路(多点)的起点，目的地是四个FCGU计算机。

所示的架构是“反复核对”类型：每个FCGU计算机收到来自两个FMS系统的飞行参数并且对它们进行比较。如果由同一个计算机收到的参数不同，则计算机显示错误信号并且不对参数进行处理。安全性的需求设置使得在一个参数上的错误不可以通过多于一个计算机仍检测不到。我们将FMS系统传送的参数甚至这些参数的帧标注为a，假设这是正确的参数，以及将由FCGU计算机收到的错误的参数甚至参数的一个错误的帧标注为a^＊，其中错误是由交换机的故障引起。

如图10A和10B所示，当两个错误参数/错误帧相同时，在双边损坏的情况下(在图10A中是FCGU_1A损坏，在图10B中是FCGU_1A和FCGU_2A损坏)，计算机可能检测不到错误。对于多于一个计算机，这个情况不应该产生。因此，图10A中所示的情况(只有一个未检测到的错误)是可以接受的，而图10B中所示的情况(两个未检测到的错误)是不能接受的。

我们考虑由要进行路由选择的两个虚链路的组成路径构成的群GG：

${\mathrm{VL}}_1=\{p_1^1,p_1^2,p_1^3,p_1^4\}$

${\mathrm{VL}}_2=\{p_2^1,p_2^2,p_2^3,p_2^4\}$

并且，将群GG划分为和FCGU计算机一样多的子群，即，sg₁，sg₂，sg₃，sg₄，其中每个子群包括来自FMS系统通向被考虑计算机的两条路径。因此，指定一个交换机的故障最多无效4个子群(N_sg＝4)中的一个子群(n_sg＝1)。这个放松隔离限制能够保证在网络的交换机发生故障以后，最多一个FCGU计算机误判断一个错误。

Claims (26)

1.一种帧交换网络中的虚链路的路由选择方法，所述帧交换网络包括所述帧的多个源终端和/或目的终端，其中帧交换机通过物理连接彼此连接，对于点对点类型，每个虚链路由穿过一个源终端和一个目的终端之间的所述网络的一条路径来限定，而对于多点类型，由穿过一侧一个源终端和另一侧多个目的终端之间的所述网络的多条路径来限定，对于至少一个虚链路，所述方法的特征在于，包括以下步骤：

(a)从所述源终端和一个或多个所述目的终端之间的一组可能路径中选择(250)满足至少一个预定拓扑限制的路径的子组；

(b)在所述子组中通过对至少一个给定的成本函数进行最小化，对于点对点类型的虚链路，确定(260)一条路径，或者对于多点类型的虚链路，确定(260)多条路径；

(c)根据如此确定的一条或多条路径，对所述虚链路进行路由选择(295)。

2.根据权利要求1所述的路由选择方法，其特征在于，当所述虚链路是点对点的链路并且所述网络被划分为多个不同区域时，如果分别连接到所述源终端和所述目的终端的交换机属于同一区域，则所述拓扑限制是禁止越过区域之间的边界的限制(435)，而在相反的情况下，所述拓扑限制是允许越过分别属于所述源终端和所述目的终端的区域之间的边界一次的限制(437)。

3.根据权利要求1或2所述的路由选择方法，其特征在于，关于已经进行路由选择的虚链路、或要与所述已经进行路由选择的虚链路同时进行路由选择的虚链路、或对于所述网路的交换机，所述选择步骤考虑隔离和/或并置可能路径的附加拓扑限制(420)。

4.根据权利要求1或2所述的路由选择方法，其特征在于，所述选择步骤考虑多个附加拓扑限制，其中每个所述附加拓扑限制涉及要同时进行路由选择的一组虚链路的一群组成路径，其中所述群由所述路径的N_sg个子群组成，所述附加限制表示：最多n_sg个子群可以被无效，其中0≤n_sg<N_sg，如果属于所述子群的所有路径被所述网络的同一交换机的故障影响，则所述子群被无效。

5.根据权利要求2、3或4所述的路由选择方法，其特征在于，成本函数(440)是路径所经过的交换机的数量。

6.根据权利要求1所述的路由选择方法，其特征在于，当所述虚链路是多点类型的并且所述网络被划分为多个不同区域时，如果分别连接到所述源终端和所述目的终端的交换机属于同一区域，则向所述链路的所述源终端和所述目的终端之间的每条可能路径施加禁止越过区域之间的边界的限制(520₁，...520_k)，而在相反的情况下，施加允许越过分别属于所述源终端和所述目的终端的区域之间的边界一次的限制。

7.根据权利要求6所述的路由选择方法，其特征在于，在(520₁，...520_k)中，关于已经进行路由选择的虚链路、或要与已经进行路由选择的所述虚链路同时进行路由选择的虚链路、或关于交换机，对所述链路的所述源终端和目的终端之间的每条可能路径施加隔离和/或并置所述路径的附加拓扑限制。

8.根据权利要求6所述的路由选择方法，其特征在于，所述选择步骤考虑多个附加拓扑限制，其中每个所述附加拓扑限制涉及要同时进行路由选择的一组虚链路的一群组成路径，其中所述群由所述路径的N_sg个子群组成，所述附加限制表示最多n_sg个子群可以被无效，其中0≤n_sg<N_sg，如果属于一个子群的所有路径被所述网络的同一交换机的故障影响，则该子群被无效。

9.根据权利要求6、7或8所述的路由选择方法，其特征在于，所述成本函数是路径所经过的交换机的数量，并且所述成本函数在所述链路的所述源终端和目的终端之间的每组可能路径上被最小化(530₁，...，530_k)，以为每个目的终端提供至少一条候选路径。

10.根据权利要求9所述的路由选择方法，其特征在于，实现(540)K条候选路径的组合，其中K是所述链路的目的终端的数量，并且每个所述组合对应于所述多点链路的路由选择的一个可能的解，并且第二成本函数在如此获得的所述可能的解的组上被最小化(550)。

11.根据权利要求10所述的路由选择方法，其特征在于，对于每个可能的解，所述第二成本函数评估其不同组成路径之间所共享的交换机的数量。

12.根据权利要求1所述的路由选择方法，其特征在于，对于参与实现同一功能的至少一群链路，即链路丛，当每个链路都是点对点的并且所述网络被划分为多个不同区域时，对于所述丛(620₁，...，620_N)的每个链路，如果分别连接到所述源终端和所述目的终端的交换机属于同一区域，则向所述链路的所述源终端和目的终端之间的每条可能路径施加禁止越过区域之间的边界的限制，而在相反的情况下，施加允许越过分别属于所述源终端和所述目的终端的区域之间的边界一次的限制。

13.根据权利要求12所述的路由选择方法，其特征在于，关于已经进行路由选择的虚链路、或要与所述链路同时进行路由选择的虚链路、或关于交换机，对每个虚链路以及对所述链路的所述源终端和目的终端之间的每条可能路径施加(620₁，...，620_k)隔离和/或并置所述路径的附加拓扑限制。

14.根据权利要求12所述的路由选择方法，其特征在于，所述选择步骤考虑多个附加拓扑限制，其中每个所述附加拓扑限制涉及要同时进行路由选择的一组虚链路的一群组成路径，其中所述群由所述路径的N_sg个子群组成，所述附加限制表示：最多n_sg个子群可以被无效，其中0≤n_sg<N_sg，如果属于一个子群的所有路径被所述网络的同一交换机的故障影响，则该子群被无效。

15.根据权利要求12、13、或14所述的路由选择方法，其特征在于，所述成本函数是路径所经过的交换机的数量，并且对于所述丛的每个链路，所述成本函数在所述链路的所述源终端和目的终端之间的每组可能路径上被最小化(630₁，...630_N)，以为每个链路提供至少一条候选路径。

16.根据权利要求15所述的路由选择方法，其特征在于，实现(640)N个候选路径的组合，其中N是所述丛的链路的数量，每个所述组合对应于所述丛的路由选择的一个可能的解，并且第三成本函数在如此获得的所述可能的解的组上被最小化(650)。

17.根据权利要求16所述的路由选择方法，其特征在于，对于所述丛的路由选择的每个可能的解，所述第三成本函数评估其解是所述组合的路径之间所共享的交换机的数量。

18.根据权利要求1所述的路由选择方法，其特征在于，对于参与实现同一功能的至少一群链路，即链路丛，当每个链路都是多点类型的并且所述网络被划分为多个不同区域时，对于所述丛(720₁，...720_N)的每个链路，如果分别连接到所述源终端和所述目的终端的交换机属于同一区域，则向所述链路的所述源终端和目的终端之间的每条可能路径施加禁止越过区域之间的边界的限制，而在相反的情况下，施加允许越过分别属于所述源终端和所述目的终端的区域之间的边界一次的限制。

19.根据权利要求18所述的路由选择方法，其特征在于，关于已经进行路由选择的虚链路、或要与已经进行路由选择的所述虚链路同时进行路由选择的虚链路、或关于所述网络的交换机，可以对每个虚链路以及对于所述链路的所述源终端和目的终端之间的每条可能路径施加(720₁，...。770_N)隔离和/或并置所述路径的附加拓扑限制。

20.根据权利要求18所述的路由选择方法，其特征在于，所述选择步骤考虑多个附加拓扑限制，其中每个所述附加拓扑限制涉及要同时进行路由选择的一组虚链路的一群组成路径，其中所述群由所述路径的N_sg个子群组成，所述附加限制表示：最多n_sg个子群可以被无效，其中0≤n_sg<N_sg，如果属于一个子群的所有路径被所述网络的同一交换机的故障影响，则该子群被无效。

21.根据权利要求18、19或20所述的路由选择方法，其特征在于，所述成本函数是路径所经过的交换机的数量，并且对于所述丛的每个链路，所述成本函数在所述链路的所述源终端和所述目的终端之间的每组可能路径上被最小化(730₁，...，730_N)，以为每个链路和每个目的终端提供至少一条候选路径。

22.根据权利要求21所述的路由选择方法，其特征在于，实现(740)K₁+K₂+...+K_N条候选路径的组合，其中K_i是所述丛的N个链路的各自的路径的数量，其中，1<i≤N，每个所述组合对应于所述丛的路由选择的一个可能的解，并且第四成本函数在如此获得的可能的解的所述组上被最小化(750)。

23.根据权利要求22所述的路由选择方法，其特征在于，对于所述丛的路由选择的每个可能的解，所述第四成本函数评估由对应于所述解的所述丛的链路所经过的交换机的数量。

24.根据权利要求2、6、12或18所述的路由选择方法，其特征在于，所述网络的区域由单独的电源供电。

25.根据前述权利要求中任一项所述的路由选择方法，其特征在于，在通过对第二、第三或第四成本函数中任一个进行最小化所获得的路由选择的解的组上对第五成本函数进行最小化，其中所述第五成本函数评估所述网络的最大负载的交换机的通信负载。

26.一种计算机程序，所述计算机程序包括软件工具，当在计算机上运行所述计算机程序时，所述软件工具适于实现根据前述权利要求中的任一项的方法的步骤。

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