CN101557300A - 一种网络中的拓扑重构方法、装置及设备 - Google Patents

Abstract

本发明的实施例提供一种网络中的拓扑重构方法，包括以下步骤：收集网络的拓扑信息及备选路由器的信息；利用收集到的信息生成满足多种性能指标要求的网络重构拓扑；将生成的所述网络重构拓扑通知其他路由器并进行拓扑重构。本发明的实施例提供一种拓扑重构装置和设备。通过使用本发明的实施例，在重构过程中对可靠性、全网建设费用、全网利用率等多种性能参数进行动态地优化，达到最优的优化升级效果。

Description

一种网络中的拓扑重构方法、装置及设备

技术领域

本发明涉及网络通信领域，尤其涉及一种网络中的拓扑重构方法、装置及设备。

背景技术

随着基于计算机网络的应用的发展，用户对网络提供延迟、带宽、丢失率等QoS(Quality Of Service，服务质量)能力的要求越来越高，这些QoS能力体现了用户日益增长的网络需求，而这些需求也进一步促进了网络的发展。

在网络发展的早期一般通过增加网络设备等简单方式进行网络升级来满足，但随着业务量的不断增长，显然只增加网络设备是远远不够的。二十世纪九十年代后期，TE(Traffic Engineering，流量工程)的研究成为网络界的研究热点，其目的是将网络上的流量合理地映射到网络的物理拓扑上，以实现网络中各设备的均衡负载，提高网络设备的利用率，从而最终改善网络的性能。但仅仅通过流量工程的调节，也有一定的极限，这时就需要对网络的链路和拓扑进行升级来进一步提高网络的能力，尤其是对承载(Underlay)服务网络的链路和拓扑的升级。

图1所示为现有技术中承载服务网络的整体架构图，承载服务网络是与覆盖(Overlay)网络相对的概念，位于底层Internet和覆盖网络之间。承载服务网络从底层Internet获取拓扑和路径质量等信息，对上层覆盖网络应用提供接口，用于构建各种用途的覆盖网络，对承载服务网络的升级可以更加合理地提高网络利用率，更有效地提高网络的整体性能。目前，对包括承载服务网络在内的网络链路和拓扑的升级主要包括链路容量的增加、链路的增删、以及节点的增删。

由于承载服务网络本身的一些属性，在承载服务网中进行拓扑升级与在普通的网络中进行拓扑升级相比还有一些不同，例如承载服务网的链路是虚链路，即实际链路已经存在；普通网络中的增加链路、删除链路，在承载服务网中只体现为虚链路的连接和断开。另外，承载服务网中的路由器可以通过收集信息得到全网的拓扑，并同时掌握一定数量的备选承载服务网路由器的情况，普通网络中的增加节点，在承载服务网中体现为与备选承载服务网路由器建立连接。

在承载服务网的运行一段时间之后，伴随着流量的增大可能会出现使用流量工程或流量分配算法也无法解决的性能瓶颈；或者，随着业务的扩大，管理者或者用户提出一定的需求来主动扩展承载服务网，这时可以根据需要对对承载服务网络进行拓扑重构。

现有的拓扑建立和升级方案大都只针对单一的特定的目标进行优化，例如在通信网升级的过程中，在拓扑中添加新的链路，使网络的可靠性满足新的要求且总费用最小。

发明人在实现本发明的过程中，发现现有技术至少存在以下问题：

上述现有技术的处理方法仅单纯地考虑了可靠性，并且在优化算法的运用上过于简单，缺乏对复杂情况的可扩展性；此外，现有技术没有考虑升级过程的动态性，所有的升级过程完全依靠手动进行。

发明内容

本发明的实施例提供一种网络中的拓扑重构方法，用于实现重构过程中对多种性能参数进行动态地优化，以达到最优的优化升级效果。

为达到上述目的，本发明的实施例提供一种网络中的拓扑重构方法，包括以下步骤：

收集网络的拓扑信息及备选路由器的信息；

利用所述收集到的信息生成满足多种性能指标要求的网络重构拓扑；

将生成的所述网络重构拓扑通知其他路由器进行拓扑重构。

本发明的实施例还提供一种拓扑重构装置，用于网络中的拓扑重构，包括：

信息采集模块，用于收集网络的拓扑信息及备选路由器的信息；

拓扑生成模块，用于利用所述信息采集模块收集到的信息生成满足多种性能指标要求的网络拓扑；

重构启动模块，用于将所述拓扑生成模块生成的网络拓扑通知其他路由器并进行拓扑重构。

本发明的实施例还提供一种拓扑重构设备，包括：

基本路由装置，用于执行基本的路由功能；

网络管理装置，用于实现网络的功能，包括虚链路测量、多约束QoS计算、拓扑维护、数据转发，并为上层提供服务；

拓扑重构装置，用于收集网络的拓扑信息及备选路由器的信息，利用收集到的信息生成满足多种性能指标要求的网络拓扑，并将生成的所述网络拓扑通知其他路由器并进行拓扑重构。

与现有技术相比，本发明的实施例具有以下优点：

通过收集网络的拓扑信息及备选路由器的信息，利用所述收集到的信息生成满足多种性能指标要求的网络重构拓扑，将生成的所述网络重构拓扑通知其他路由器进行拓扑重构，在网络拓扑的重构过程中，参考可靠性、全网建设费用、全网利用率等多种性能参数对网络进行动态优化，达到了最优的优化升级效果。

附图说明

图1所示为现有技术中承载服务网络的整体架构图；

图2所示为本发明实施例一中承载服务网络拓扑重构方法的流程图；

图3所示为本发明实施例一中收集承载服务网的拓扑信息及备选路由器信息的处理步骤；

图4所示为本发明实施例一中利用收集到的信息运行拓扑重构算法，生成承载服务网拓扑的处理步骤；

图5所示为本发明实施例一中重构路由装置进行拓扑重构算法初始化的处理步骤；

图6所示为本发明实施例一中重构路由装置计算每个初始解的全网建设费用并排序的处理步骤；

图7所示为本发明实施例一中重构路由装置对初始解进行优化的处理步骤；

图8所示为本发明实施例一中重构路由装置通知其他路由器进行拓扑重构的处理步骤；

图9所示为本发明实施例二的拓扑重构装置的结构示意图；

图10所示为本发明实施例三的拓扑重构设备的结构示意图。

具体实施方式

为了能够更加清楚、准确地理解本发明的目的、技术方案以及其优点，以下结合附图和实施例，对本发明作更深入的详细说明。

本发明的实施例一中，以承载服务网络为例，为了克服现有技术在升级承载服务网络时不能综合考虑多种因素的问题，提出一种可满足多种性能指标要求的网络拓扑重构方法。这里的重构是指资源的可重用，指在各种不同的环境和需求下，调整可操控部件的结构和功能，始终达到最佳工作状态并优化使用稀缺的资源，在本发明的实施例中，在承载服务网中利用收集到的拓扑信息和备选路由器信息运行重构算法，计算出新的拓扑，然后通知其他路由器重新建立连接、建立新的拓扑。如图2所示，该承载服务网络拓扑重构方法包括以下步骤：

步骤s201、收集承载服务网的拓扑信息及备选路由器的信息。

步骤s202、利用收集到的信息生成满足多种性能指标要求的承载服务网重构拓扑。

步骤s203、将生成的所述承载服务网拓扑通知其他路由器并进行拓扑重构。

其中，上述各步骤是由承载服务网中具有重构拓扑功能的路由器实施的，以下简称重构路由装置。该重构路由装置除了具有普通路由器的功能外，还掌握整个承载服务网的拓扑情况及备选路由器的情况。承载服务网中的每台路由器可以都是重构路由装置，但发起重构只需要一台路由器即可。

为了更准确地理解本发明的内容和目的，现对实施例一中各个步骤的内容做详细阐述。

图3所示为本发明实施例一中收集承载服务网的拓扑信息及备选路由器的信息的流程，具体包括以下步骤：

步骤s301、重构路由装置向承载服务网中与其连接的路由器及备选路由器发送收集拓扑请求；

本实施例中重构路由装置发送的收集拓扑请求的协议如表1所示，为收集拓扑信息协议的格式。

表1重构路由装置收集拓扑信息协议

表1所示的重构路由装置收集拓扑信息协议中，协议类型的长度为8位，该协议类型的值取1时表示请求收集拓扑；总长度为8位；重构路由装置标识为32位，用于唯一标识重构路由装置；序列号为32位无符号整数，用于检测是否过时。

步骤s302、承载服务网中接收到该收集拓扑请求的路由器检测该收集拓扑请求是否超时，如果超时，则执行步骤s303，如果未超时，则执行转步骤s304。

步骤s303、接收到收集拓扑请求的路由器将接收到的收集拓扑请求丢弃。

步骤s304、接收到收集拓扑请求的路由器将该收集拓扑请求转发给与其相邻的路由器。

承载所述转发给相邻路由器信息的消息的协议为如表2所示，为重构路由装置根据新生成的拓扑通知其他路由器进行拓扑重构的协议格式，该表2与上述表1的区别在于，对表1中的内容进行了扩充，使其能够携带足够的拓扑重构信息。

表2重构路由装置根据新生成的拓扑通知其他路由器进行拓扑重构的协议

表2所示的重构路由装置根据新生成的拓扑通知其他路由器进行拓扑重构的协议中，协议类型为8位，用3表示通知其他路由器进行重构；总长度为8位；重构路由装置标识为32位，用于唯一标识重构路由装置；虚链路标识为32位，用于唯一标识该路由器重构后所连的所有虚链路；序列号为32位无符号整数，用于检测是否过时。

步骤s305、接收到收集拓扑请求的路由器将包括与其连接的所有虚链路信息的路由器信息返回给重构路由装置。

承载所述返回拓扑信息的消息的协议为如表3所示的重构路由装置器返回拓扑信息协议；

表3重构路由装置器返回拓扑信息协议

如表3所示的重构路由装置器返回拓扑信息协议中，协议类型为8位，用2表示返回拓扑信息；总长度为8位；发出收集拓扑请求的路由器标识为32位，用于唯一标识承载服务网中的路由器；虚链路标识为32位，用于唯一标识该路由器连的所有的虚链路；序列号为32位无符号整数，用于检测是否过时；

其中，与所述重构路由装置相邻的路由器将包括其自身的所有虚链路信息的路由器信息返回给所述重构路由装置，并继续将该收集拓扑请求转发给与其相邻的路由器，后续的路由器也进行相同的操作，直至将收集拓扑请求发送至整个承载服务网，由此重构路由装置最终可获取整个承载服务网的路由器信息。

步骤s306、重构路由装置检测其在预定时间内是否收到承载服务网中各路由器返回的全网拓扑信息响应，当收到返回的全网拓扑信息响应，则执行步骤s307，否则执行步骤s308；其中，所述响应，包括了接收到所述收集拓扑请求的路由器的所有虚链路信息。

此处，所述预定时间的选取可根据网络的实际情况而定，本实施例中可选为30秒。

步骤s307、重构路由装置将收集到的全网拓扑信息汇总承载服务网拓扑并结束。

步骤s308、重构路由装置重新发送收集拓扑请求。

本步骤中，重构路由装置如果在预定时间内没有收到特定节点(路由器)返回的拓扑信息响应，则可以重新向该特定节点发送收集拓扑请求，然后进行步骤s302；如果连续数次发送请求都没有收到该特定节点返回的信息响应，则从承载服务网拓扑中或备选路由器拓扑中删除该特定节点，然后，进一步判断是否收到全网的拓扑信息响应，其中本实施例连续发送请求的次数可设置为3次，也可以根据网络的实际情况设置为其他数字。

图4所示为本发明实施例一中利用收集到的信息运行拓扑重构算法并生成承载服务网拓扑的流程，包括以下步骤：

步骤s401、重构路由装置利用所述收集到的信息进行拓扑重构算法的初始化，生成候选拓扑作为初始解。

步骤s402、重构路由装置计算每个初始解的全网建设费用，并根据全网建设费用对初始解排序。

步骤s403、重构路由装置对排序后的初始解进行优化，生成优选解。

步骤s404、重构路由装置判断是否满足算法终止条件，若不满足算法终止条件则继续执行步骤s402，迭代进行所述计算每个候选拓扑的全网建设费用，并根据全网建设费用对初始解排序，否则进行步骤s405。

步骤s405、重构路由装置根据优化后的优选解生成重构拓扑。

上述各步骤可以由多步操作实现，现分别对步骤s401至步骤404的内容进行说明。

图5所示为所述步骤s401中重构路由装置利用所述收集到的信息进行拓扑重构算法初始化生成候选拓扑作为初始解的处理步骤，包括：

步骤s501、重构路由装置根据收集到的承载服务网拓扑信息及备选路由器信息生成基础拓扑。

重构路由装置在收集到承载服务网的拓扑信息及备选路由器的信息后，根据所述收集到的承载服务网的拓扑信息及备选路由器的信息生成基础拓扑。该基础拓扑是生成初始解集合的基础，在生成所述基础拓扑时，可以选择承载服务网中的全部备选路由器参加，也可以只选择一部分备选路由器参加。

步骤s502、重路由装置根据基础拓扑生成满足连通度要求的新拓扑。

重构路由装置为所述基础拓扑随机增加或减少1-3条链路从而生成一个新的拓扑，为使该拓扑满足规定的连通度，对拓扑进行连通度修补，由此产生满足给定连通度要求的新拓扑。

在通过随机增加或减少链路生成新的拓扑可以增加初始解的多样性，而初始解的多样性可防止在进行迭代运算时出现过早收敛的情况；该步骤中对拓扑进行连通度修补可避免破坏随机性，其修补是通过为被修补拓扑增加链路实现的。

步骤s503、用连接矩阵描述法对新拓扑进行2进制编码，对n个节点的拓扑进行编码，得到连接矩阵A_n*n，该矩阵为0-1矩阵；这里的n为拓扑重构涉及的所有路由器的数量。在连接矩阵中以0/1表示网络拓扑，其中以1表示连接，以0表示断开。

步骤s504、重复步骤s502和步骤s503共2M次，重构路由装置中共生成2M个候选拓扑，所述候选拓扑的表现形式为连接矩阵；这里的M为自然数。

至此便可完成拓扑重构算法的初始化，生成2M个候选拓扑作为初始解。

图6所示为所述步骤s402中路由装置计算每个初始解的全网建设费用，并根据全网建设费用对初始解排序的处理步骤，包括：

步骤s601、重构路由装置为流量分配算法进行初始化，将所有链路的容量都设置为最大值。如果更加看重动态性，也可以不将所有链路都设置为最大值，也可以将链路容量设定为实际值，这样不用手动增加链路容量。

步骤s602、在此最大容量值的基础上执行流量分配运算并获取运算结果。由于步骤s601中已将所有链路的容量都设置为最大值，因此经流量分配算法的运算后一定会获得运算结果。

步骤s603、根据所述运算结果确定每一条链路的预计流量d_ij，为每条链路选择大于该预计流量d_ij的适合链路容量c_ij；

步骤s604、根据所述预定流量d_ij和适合链路容量c_ij计算全网利用率η，其计算公式如下：

$\mathrm{\η}=\underset{i=1,j=1}{\overset{n^2}{\mathrm{\Σ}}}{d}_{\mathrm{ij}}/\underset{i=1,j=1}{\overset{n^2}{\mathrm{\Σ}}}{c}_{\mathrm{ij}}$

在得到全网利用率后，需要对其进行评价。评价全网利用率的一般原则认为在其大于70％或小于30％时利用率较差，接近50％时较理想。在本实施例中，由于全网利用率只是一个限制条件而不是约束的主要目标，因此可认为全网利用率在30％-70％之间的解均满足全网利用率约束。

步骤s605、根据每条链路的适合链路容量c_ij计算该链路的建设费用cost_ij，再根据每条链路的建设费用计算全网建设费用C。具体的：

$C=\underset{i=1,j=1}{\overset{n^2}{\mathrm{\Σ}}}{\cos t}_{\mathrm{ij}}$

若新的拓扑结构中存在一条或多条原拓扑中不存在的虚链路，此时需要为这些虚链路建立连接，而且在计算全网建设费用时应该计算这些多出的拓扑的费用；

若新的拓扑结构中包含原有拓扑中的一条或多条虚链路，如果某条原有虚链路容量能够满足新的拓扑需求，则保留该虚链路，且不计算其费用；若不满足新的拓扑需求，则需要升级该虚链路，并计算其费用。

步骤s606、根据全网利用率以及适应度对2M个初始解进行排序。具体的，对2M个初始解中满足全网利用率的初始解按适应度由大到小进行排序，然后对不满足全网利用率的初始解按适应度由大到小排序，得到排序后的2M个初始解作为最终生成的初始解。该适应度指全网建设费用，全网建设费用越小，则适应度越大。

图7所示为所述步骤s403中重构路由装置对排序后的初始解进行优化生成优选解的处理步骤，其处理步骤如下。

步骤s701、重构路由装置直接在排序后的2M个初始解中选前M个初始解作为优选解直接进入下一轮优化。

步骤s702、从由所述2M个初始解构成的初始解集合中随机选择初始解进行交叉变换，生成M个满足可靠性约束的解作为优选解，步骤s702包括的详细内容如步骤s7021至步骤s7023所示。

步骤s703、以P概率对所述排序后的2M个初始解中的前M个解进行变换，产生N个经过变换的解作为优选解(N＜＜M)。

步骤s704、经以上步骤共生成2M+N个优选解，完成对初始解的优化。

在上述处理步骤中，步骤s702和步骤s703分别包含各自的实现方法。

步骤s702的实现方法为以下步骤s7021至步骤s7023所示的内容。

步骤s7021、从2M个初始解中随机选择两个解进行交叉变换并选择适应度最高的两个结果作为优选解。

这里所述的交叉变换具有多种方式，包括单点交叉变换，即随机选择连接矩阵中的一点进行交叉变换；两点交叉变换，即随机选择连接矩阵中的两点进行交叉变换；均匀交叉变换，即对连接矩阵进行编号，单数位进行交叉变换，双数位不进行；当然还可以包括其他的变换方式。

在每次从2M个初始解中随机选择两个解进行交叉变换时，按照上述多种变换方式分别对所选择的两个解进行交叉变换，计算交叉变换的多个结果的适应度并按适应度对该多个结果进行排序，选择适应度最高的两个结果作为优选解。

对于每次交叉变换，根据本次进行交叉变换的初始解的链路包含情况，每种方式的交叉变换又具有多种处理方式，如：若所选的两个初始解都含有某条链路，则在下一次迭代中保留该链路；若所选的两个初始解中的一个含有某条链路，则在下一次迭代中以50％的概率含有该链路；若所选的两个初始解都没有某条链路，则下一次迭代仍然没有该链路。

步骤s7022、返回步骤s7021并继续执行后续步骤，直至产生M个优选解；在本步骤中，当M为单数时，则在最后一次选择适应度最高的两个解时，将其中的任一个解作为优选解即可。

步骤s7023、检测所产生的M个解的可靠性，若满足可靠性约束，则不进行连通度修补；若不满足可靠性约束，则进行连通度修补；该可靠性约束指满足最小点连通度。

步骤s703、所述以P概率对所述排序后的2M个初始解中的前M个解进行变换，产生N个经过变换的解作为优选解(N＜＜M)的内容如下：

在P概率变换过程的初始阶段(可以以前5次迭代作为参考值)，概率P的选择要足够小(可以以小于5％作为参考值)，来防止算法退化成随机算法；在P概率变换过程的后期，可以逐渐增加P的值，以增加解的多样性，若出现最优解长期没有变化或初始解集同一化，就要大幅增加P的概率和增加变换的范围。

所述以P概率对所述排序后的2M个初始解中的前M个解进行变换的方法可以为，随机选择某个连接矩阵的点进行翻转，即将0变为1或将1变为0，对应实际拓扑即是虚链路的连接和断开。

若用f_max表示最高适应度，f表示平均适应度，则当δ＝f_max-f小于某一阈值时就增加P的概率。

对于通过上述变换得到的解，若该解不满足可靠性约束(最小点连通度)，则对其进行连通度修补，最终得到N个满足可靠性约束的解作为优选解。

在经过步骤s403的处理后，共生成2M+N个优选解，完成对初始解的优化，获取2M+N个优选解中适应度最大的一个优选解作为最优解，生成重构拓扑，此后本发明实施例则执行步骤s404，其内容如下：

首先检测算法运行是否达到x(x的数值可以根据经验进行设置)次迭代，当算法运行未达到x次迭代，但最优解的全网建设费用下降到常量C1，则终止循环，重构路由装置将连接矩阵解码生成一个重构拓扑；当算法运行未达到x次迭代，且当前解的全网建设费用始终高于常量C1，则转步骤s402继续进行迭代处理，具体的，跳转到图6中的步骤s601；对于连续多次迭代最优解没有任何变化，或解间已经趋于近似的情况，重构路由装置需对当前解集合中一定比例的解(如30％)实行变换，转步骤s402，由重构路由装置重新计算每个拓扑的全网建设费用；当迭代已经达到x次，但当前解的全网建设费用仍然始终高于常量C1(即始终未得到足够适应度的拓扑网络)，则重构路由装置返回结果，并通知用户，由用户决定是否继续迭代更多的次数来继续优化。其中常量C1为设定一个阈值，具体可以根据网络建设费用的要求设定。

上述实施例中，连通度修补就是为原始拓扑添加链路，使之满足给定的连通度，其中涉及的连通度修补算法进一步包括以下步骤：步骤1，重构路由装置将承载服务网的节点集合及备选节点中当前有连接的节点抽象成一个顶点集合V_n{v₁，v₂，...v_n}，从中随机选择一个点v_i，测试这一点和顶点集合中其他所有点是否有k条独立路径，若是则转步骤2，若否则转步骤3。步骤2，在顶点集合中删除该点并转步骤1。步骤3，直接连接不满足条件的两点并判断该点是否测试完，若未测试完则继续测试，若已经测试完该点，则转步骤1。当集合中已经没有点时，连通度修补结束。

图8所示为本发明实施例一中重构路由装置通知其他路由器进行拓扑重构的处理步骤，具体包括：

步骤s801、重构路由装置向与其连接的承载服务网中的路由器及备选路由器发出包括所生成的重构拓扑的重构通知。

步骤s802、收到通知的路由器检测该通知是否超时，如果超时，则转步骤s803，如果没有超时，转步骤s804。

步骤s803、收到重构通知的路由器直接丢弃该通知并结束。

步骤s804、收到重构通知的路由器向邻居路由器转发重构通知。

步骤s805、收到重构通知的路由器进行网络拓扑重构。

步骤s806、收到重构通知的路由器向重构路由装置返回重构成功信息表示重构成功。承载所述重构成功信息的消息的协议为重构成功协议。

表4重构成功协议

该重构成功协议的格式如表4所示，其中协议类型为8位，用4表示重构成功；总长度为8位；发出重构通知的路由器标识为32位，用于唯一标识该路由器；序列号为32位无符号整数，用于检测是否过时。

步骤s807、重构路由器检测是否在一定时间内收到一个路由器返回的重构成功信息，本实施例中可将所述一定时间设置为30s，当重构路由装置收到一个路由器返回的重构成功消息，则转步骤s808，否则转步骤s809。

步骤s808、重构路由装置确定该路由器重构成功。

步骤s809、重构路由装置重新向该路由器发送重构通知，继续执行步骤s801及其后续各步骤。

通过使用本发明提供的上述方法，在网络拓扑的重构过程中，参考可靠性、全网建设费用、全网利用率等多种性能参数对网络进行动态优化，达到了最优的优化升级效果。该方法虽然是针对承载服务网提出的，但可以推广应用在其他网络。

本发明的实施例还提供一种具有重构拓扑功能的路由器，称为重构路由装置，该路由器除了具有普通路由器的功能外，还掌握整个网络的拓扑情况，及备选路由器的情况。网络中的每台路由器可以都是重构路由装置，但发起重构只需要一台路由器。本发明实施例中的拓扑重构过程是由重构路由装置将网络的拓扑及备选路由器，一起抽象成一个连接矩阵，将用户的需求抽象成流量需求，计算在满足流量需求的情况，同时考虑全网利用率、可靠性等参数求解全网建设费用最小的新的网络拓扑，然后通知网络中的其他路由器进行动态重构。

如图9所示，本发明实施例二中的拓扑重构装置包括信息采集模块10、拓扑生成模块20和重构启动模块30。

在所述拓扑重构装置中，信息采集模块10用于收集网络的拓扑信息及备选路由器的信息；拓扑生成模块20用于利用信息采集模块10收集到的信息生成满足多种性能指标要求的网络拓扑；重构启动模块30，用于将拓扑生成模块20生成的所述网络拓扑通知其他路由器并进行拓扑重构。

所述信息采集模块10进一步包括请求发送子模块11和信息接收子模块12，其中，请求发送子模块11用于向网络中与其连接的路由器及备选路由器发送收集拓扑请求；信息接收子模块12用于接收由接收到收集拓扑请求的路由器向其返回的包括与其连接的所有虚链路信息在内的路由器信息。

所述拓扑生成模块20包括生成子模块21、排序子模块22、优化子模块23和判断子模块24。其中，生成子模块21用于进行拓扑重构算法初始化，生成初始解；排序子模块22用于计算生成子模块21生成的每个初始解的全网建设费用并根据全网建设费用对初始解排序；优化子模块23用于对排序子模块22排序后的初始解进行优化；判断子模块24用于进行算法终止条件判断，当优化后的最优解的全网建设费用下降到设定的阈值，则输出最优解作为重构拓扑，否则通知所述排序子模块重新计算每个初始解的全网建设费用，并根据全网建设费用对初始解排序。

首先，在进行拓扑重构时，由信息采集模块10中的请求发送子模块11向网络中与其连接的路由器及备选路由器发送收集拓扑请求；

所述其连接的路由器及备选路由器在接收到收集拓扑请求后检测所述拓扑请求是否超时，如果所述请求没有超时，则将所述请求继续向网络中与其相连的其他路由器转发，并将与其连接的所有虚链路信息返回给信息采集模块；

信息采集模块10中的信息接收子模块12接收所述虚链路信息，并将所述虚链路信息发送给拓扑生成模块20；

然后，拓扑生成模块20中的生成子模块21接收所述虚链路信息并根据该信息进行拓扑重构算法初始化，生成候选拓扑作为初始解，并将所述初始解发送给排序子模块22；

排序子模块22为接收到的每个初始解计算全网建设费用并根据全网建设费用对初始解排序，并将排序后的初始解发送至优化子模块23；

优化子模块23在接收到排序后的初始解后，对排序后的初始解进行优化处理：

当其接收到2M个排序后的初始解时，从2M个排序后的初始解中直接选取前M个初始解作为优选解的一部分；在2M个排序后的初始解中多次选择初始解进行交叉变换，从多次交叉变换的结果中选取M个结果，并将该M个结果作为优选解的一部分；以可变概率值P对直接选取的前M个初始解进行变换，产生N个经变换的解，并将所述N个经变换的解作为优选解的一部分；

在经过优化后，由原2M个初始解生成2M+N个优选解，并将所述优选解发送给判断子模块24；

判断子模块24进行算法终止条件判断，根据优选解生成重构拓扑，并将重构拓扑发送给重构启动模块30；

最终，重构启动模块30将接收到的重构拓扑发送各网络中的其他路由器，启动网络的拓扑重构。

本发明除提供上述拓扑重构装置外，还提供一种包括拓扑重构装置的拓扑重构设备。

图10所示为本发明实施例三的拓扑重构设备，所述拓扑重构设备包括基本路由装置60、网络管理装置50以及拓扑重构装置70。

所述拓扑重构设备的基本路由装置60用于执行基本的路由功能，对数据进行路由；

所述拓扑重构设备的网络管理装置50用于实现网络的功能，包括虚链路测量，多约束QoS计算，拓扑维护，数据转发等功能，并为上层提供服务；

所述拓扑重构设备的拓扑重构装置70用于收集网络的拓扑信息及备选路由器的信息，利用收集到的信息生成满足多种性能指标要求的网络拓扑，并将生成的所述网络拓扑通知其他路由器并进行拓扑重构。

在实际工作中，所述拓扑重构设备通过其中的基本路由装置60实现基本的路由功能，通过其中的网络管理装置50实现网络的功能；

在需要进行拓扑重构时，所述拓扑重构设备通过其中的拓扑重构装置70生成进行重构所需的网络拓扑，并由网络管理装置50根据所述网络拓扑控制网络进行拓扑重构。

在本发明实施例三中，所述拓扑重构设备中包含的拓扑重构装置可由本发明实施例二所述的拓扑重构装置实现。在本发明实施例三中，所述拓扑重构设备可以是一种具有拓扑重构功能的路由器。

通过使用本发明提供的上述装置，在网络拓扑的重构过程中，参考可靠性、全网建设费用、全网利用率等多种性能参数对网络进行动态优化，达到了最优的优化升级效果。该方法虽然是针对承载服务网提出的，但可以推广应用在其他网络。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台设备执行本发明各个实施例所述的方法。

以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是，本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (13)

1、一种网络中的拓扑重构方法，其特征在于，包括：

收集网络的拓扑信息及备选路由器的信息；

利用所述收集到的信息生成满足多种性能指标要求的网络重构拓扑；

将生成的所述网络重构拓扑通知其他路由器进行拓扑重构。

2、根据权利要求1所述网络中的拓扑重构方法，其特征在于，所述利用收集到的信息生成满足多种性能指标要求的网络重构拓扑包括：

利用所述收集到的信息进行拓扑重构算法初始化，生成初始解；

计算每个初始解的全网建设费用，并根据全网建设费用对初始解排序；

对排序后的初始解进行优化；

进行算法终止条件判断，若不满足算法终止条件则迭代进行所述计算每个初始解的全网建设费用并根据全网建设费用对初始解排序的步骤，否则根据优化后的解生成重构拓扑。

3、根据权利要求2所述网络中的拓扑重构方法，其特征在于，所述进行拓扑重构算法初始化，生成初始解包括：

根据所述收集到的网络拓扑信息及备选路由器信息生成基础拓扑；

根据基础拓扑生成满足连通度要求的2M个新拓扑；

用连接矩阵描述法对各个新拓扑进行编码，生成2M个初始解。

4、根据权利要求3所述网络中的拓扑重构方法，其特征在于，所述计算每个初始解的全网建设费用，并根据全网建设费用对初始解排序包括：

根据链路容量计算每个初始解的全网建设费用和全网利用率，对所述2M个初始解进行排序，对满足全网利用率的初始解按适应度由大到小进行排序，并在其队尾对不满足全网利用率的初始解按适应度由大到小排序。

5、根据权利要求4所述网络中的拓扑重构方法，其特征在于，所述对排序后的初始解进行优化包括：

从所述排序后的2M个初始解中直接选前M个初始解作为优化后的优选解的一部分；

在所述排序后的2M个初始解中多次选择初始解进行交叉变换，从多次交叉变换的结果中选取M个结果，并将所述M个结果作为优化后的优选解的一部分；

以可变概率值P对所述前M个初始解进行变换，产生N个经变换的解，并将所述N个经变换的解作为优化后的优选解的一部分。

6、根据权利要求5所述网络中的拓扑重构方法，其特征在于，所述在所述排序后的2M个初始解中多次选择初始解进行交叉变换，从多次交叉变换的结果中选取M个结果包括：每次在2M个选定初始解中随机选择2个解进行多种交叉变换，计算经所述多种交叉变换所得的多个结果的适应度，并按照适应度为所述多个结果排序，选取适应度最高的2个结果；多次进行选定初始解的随机选择、交叉变换以及对结果的选取，直至共选取M个结果；若所选取的结果不满足可靠性约束，则对其进行连通度修补；

所述以可变概率值P对所述前M个初始解进行变换，产生N个经变换的解包括：在开始进行变换后，采用递增的可变概率值来对初始解进行变换；当所述N个经变换的解不满足可靠性约束，则对其进行连通度修补。

7、根据权利要求2所述网络中的拓扑重构方法，其特征在于，所述进行算法终止条件判断包括：

检测最优解的全网建设费用，若最优解的全网建设费用下降到预设常量C1，则终止循环，并将连接矩阵解码生成重构拓扑；所述最优解为所述优化后的初始解中适应度最大的一个解。

8、根据权利要求1至7任一项所述网络中的拓扑重构方法，其特征在于，所述多种性能指标包括：流量需求、全网建设费、全网利用率、可靠性中的一种或多种。

9、根据权利要求1至7任一项所述网络中的拓扑重构方法，其特征在于，所述收集网络的拓扑信息及备选路由器的信息包括：

向网络中与其连接的路由器及备选路由器发送收集拓扑请求；

接收所述与其连接的路由器及备选路由器返回的响应，所述响应中包括接收到所述收集拓扑请求的路由器的所有虚链路信息。

10、一种拓扑重构装置，用于网络中的拓扑重构，其特征在于，包括：

信息采集模块，用于收集网络的拓扑信息及备选路由器的信息；

拓扑生成模块，用于利用所述信息采集模块收集到的信息生成满足多种性能指标要求的网络拓扑；

重构启动模块，用于将所述拓扑生成模块生成的网络拓扑通知其他路由器并进行拓扑重构。

11、根据权利要求10所述拓扑重构装置，其特征在于，所述信息采集模块包括：

请求发送子模块，用于向网络中与其连接的路由器及备选路由器发送收集拓扑请求；

信息接收子模块，用于接收由接收到收集拓扑请求的路由器向其返回的包括与其连接的所有虚链路信息在内的路由器信息。

12、根据权利要求10所述拓扑重构装置，其特征在于，所述拓扑生成模块包括：

生成子模块，用于进行拓扑重构算法初始化，生成初始解；

排序子模块，用于计算每个初始解的全网建设费用，并根据全网建设费用对初始解排序；

优化子模块，用于对排序后的初始解进行优化；

判断子模块，用于进行算法终止条件判断，当优化后的最优解的全网建设费用下降到设定的阈值，则输出最优解作为重构拓扑，否则通知所述排序子模块重新计算每个初始解的全网建设费用，并根据全网建设费用对初始解排序。

13、一种拓扑重构设备，其特征在于，包括：

基本路由装置，用于执行基本的路由功能；

网络管理装置，用于实现网络的功能，包括虚链路测量、多约束QoS计算、拓扑维护、数据转发，并为上层提供服务；

拓扑重构装置，用于收集网络的拓扑信息及备选路由器的信息，利用收集到的信息生成满足多种性能指标要求的网络拓扑，并将生成的所述网络拓扑通知其他路由器并进行拓扑重构。

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