CN105515984B - 一种多路径多通讯手段路由规划方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的一种多路径多通讯手段路由规划方法，涉及通信网络中的路径规划领域。由于通信网内各个节点之间的通讯手段有很多种，所以传统算法中表示网络节点关系的二维邻接矩阵已经不能满足需求，我们在此基础上对传统矩阵中表示节点邻接关系的数值做相应的编码，使其除了可以表示节点之间的邻接关系外，还可以表示节点之间的多种通讯手段。本发明基于图论中深度优先的全路径搜索算法，计算得出通信网内节点不相关、权值较优、且长度较小的路由。同时为了达到路由互不干扰的目的，我们对得到的路由进行了去除节点和通信手段相关性的操作，从而最大化的利用了整个通信网络内的资源，为通信网路由表的建立，信息发送路由的筛选提供了依据。

Description

一种多路径多通讯手段路由规划方法
技术领域
本发明涉及通信网络中的路径规划领域，尤其是在包含多种通讯手段并且节点链接关系复杂的网络图中，可以使用本方法找出节点不相关、通讯手段之间互不干涉且权值较优的路径。
背景技术
传统的深度优先搜索算法是搜索算法的一种，它以树的深度为第一优先级遍历树的所有节点，尽可能的探索树的所有分支。对于一个图来说，深度优先搜索算法仅仅可以做到遍历图中的节点，并不能直接用于点对点的多路径搜索。
发明内容
本发明要解决的问题就是如何在一个结构复杂且通讯手段多种多样的网络环境中，为每个节点之间找到一条或几条合理的路由，建立信息发送的路由表。为解决上述问题，我们基于传统的图论中的基于深度优先的全路径搜索算法，结合通信网络的实际需求，做出了相应的改进，并且在此基础上，对路径的后续筛选做了一些特性化的改变。本发明可以计算通信网中节点不相关、权值较优且长度较小的路由，为网络中路由表的建立，信息发送路由的筛选提供参考依据，并且最大化的利用了通信网络的资源。
本发明通过以下技术方案来实现：
一种多路径多通讯手段路由规划方法，包括以下步骤：
(1)根据通讯手段的种类对网络图中节点之间的连接关系进行编码得到节点间的邻接矩阵；所述的网络图是通过通讯网络抽象出来的；
(2)将网络图中所有与源节点连接的边都标记上不同的数字标识；
(3)基于邻接矩阵进行全路径搜索得到源节点和目的节点间的所有路径；
(4)根据数字标识去除源节点和目的节点间所有路径的节点相关性，得到去除节点相关性的所有路径；
(5)根据通讯手段的种类对去除节点相关性的所有路径进行全排列，得到节点相同通讯手段不同的所有路径；
(6)根据通讯手段的限制条件对节点相同通讯手段不同的所有路径进行筛选；
完成多路径多通讯手段的路由规划。
其中，所述的步骤(1)具体包括以下步骤：
(101)确定通讯手段的种类，将通讯手段种类的个数作为编码的编码主体，编码主体的每一位对应一种通讯手段；其中，编码包括编码主体和占位；
(102)用得到的编码来表示网络图中节点之间的连接关系后，得到节点间的邻接矩阵。
其中，所述的步骤(4)具体包括以下步骤：
(401)将所有的路径按照数字标识来进行分组后选出一条最短的路径作为当前基准路径并存储，在所有路径中将这一组的路径去除得到当前路径集合；
(402)对当前路径集合去除其他组内包含当前基准路径的中间节点的路径，得到下一路径集合；其中，其他组为不包括当前基准路径所在组的分组；
(403)判断下一路径集合中的分组个数是否为一个，如果是，则该分组为最后一组，挑选出该组的最短路径并存储，执行步骤
(404)；如果不是，则在下一路径集合中挑选一条最短路径，将该最短路径作为下一基准路径并存储，将该组的所有路径去除，得到第三路径集合；将第三路径集合作为当前路径集合，将下一基准路径作为当前基准路径，执行步骤(402)；
(404)将所有存储的基准路径和最后一组的最短路径进行整理得到去除节点相关性的所有路径。
本发明相比背景技术的优点在于：
1.本发明可以找到节点相同，通讯手段不同的路径。
2.本发明可以最大化的利用网络中的节点资源。
3.本发明最后所得的路径做到了最大的互不相关性，不仅包括节点之间的不相关，还包括节点间通讯方式的互不相关性。
4.本发明可以根据通讯方式的限制条件自由的选取符合条件的路径。
附图说明
图1是现有技术中普通的4节点无向图；
图2是现有技术中描述图1连接关系的邻接矩阵；
图3是本发明的4节点且节点之间具有不同通讯方式的无向图；
图4是本发明的描述图3连接关系的邻接矩阵。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细的说明。
一种多路径多通讯手段路由规划方法，包括以下步骤：
(1)根据通讯手段的种类对网络图中的节点之间的连接关系进行编码得到节点间的邻接矩阵，所述的网络图是通过通讯网络抽象出来的；
图论中的邻接矩阵是表示网络中各节点之间连接关系的数学表达式，是计算路由表的基础，根据需要，邻接矩阵可以有不同的表达方式，可根据矩阵中各元素的取值进行分类。如图1所示，以一个4个节点的网络图为例：
我们以一个4×4的矩阵来表示图中的节点的连接关系，邻接矩阵Adj如图2所示。在图2的矩阵中，第一行的元素(a1j,j＝1,2,3,4)表示节点1与其他节点间的连接关系，如果没有与其他节点相连，则aij的值为0，如果有连接关系，则aij的值为1，如果仅考虑节点间的连接关系，不考虑链路代价，则矩阵中仅需“1”、“0”两种状态表示链路的“通”、“断”。但是在复杂的网络环境中，每个节点之间的不仅有连接关系，还有不同的通讯手段，因此我们需要改进传统的二维邻接矩阵。
首先我们要确定通讯手段的种类，将通讯手段种类的个数作为编码的编码主体，编码主体的每一位对应一种通讯手段；其中，编码包括编码主体和占位。如图3所示是一个四节点的并且包含多种通讯手段的网络图，在图3中，相邻节点之间共有卫星、流余、短波和散射四种通讯方式，此时图2中的邻接矩阵就无法描述图3节点之间的通讯手段，因此我们要对矩阵中的元素进行重新编码，具体编码过程如下：
将图2中的aij表示为一个5位的整数，但是它的取值在数学意义上不再是整数，而是固定比特长度的编码，除去最高位，每一位代表对应的通讯手段,例如：a12＝11111表示1号节点之间和2号节点之间通过4种通讯方式相连，其5比特的编码规定如表1所示。改进后的邻接矩阵如图4所示。
每一位上的编码对应一种不同的权值，权值越大表示这种通讯手段所需的时间延迟越高，整条路由权值大小反应了消息传播时间的大小，我们最后要选取节点最少且权值较小的路径。
如图4所示，改进后的邻接矩阵不仅表示了节点之间的连接关系，还可以表示节点之间所具有的通讯手段，根据上面的邻接矩阵，不仅可以找到两节点之间的具有不同节点的路径，还可以找到具有相同节点、采用不同通讯手段的路径。
(2)将网络图中所有与源节点连接的边都标记上不同的数字标识；
(3)基于得到的邻接矩阵，进行源节点和目的节点的全路径搜索，得到N条路径；
(4)根据数字标识将所得到N条路径进行去相关性处理；
为了最大化的利用通讯网络中的资源且做到相互之间的路径互不干涉，需要对上面找到的所有路径进行去除相关性的操作，把所有与源节点s连接的边N(s)都标记上数字标识ni,那么最后得到的所有路径上都携带着这种数字标识，如果要得到节点不相关的路径，那么最后筛选出的路径中每条路径的数字标识都应该是不同的。去相关处理具体包括步骤：
(401)将N条路径按照数字标识来进行分组，并且将N条路径放到集合H1中；
(402)选出一条节点最少且权值较小的路径作为当前基准路径L1,把L1存入到集合H2中；
(403)取出当前基准路径L1的中间节点到集合C1，以C1中的节点作为筛选条件，去除集合H1中含有C1节点的路径得到集合H3；
(404)判断集合H3中的分组个数是否为一个，如果是，则挑选出该组的最短路径并存储到集合H2中；如果不是，则在集合H3中选取一条节点最少且权值较小的路径作为基准路径L2，把L2存入到集合H2中，并将L2的中间节点存入到C1内，然后再以C1中的节点作为筛选条件，去除集合H3中含有C1节点的路径得到集合H4，继续迭代过程，直到最后一组；H2中存储的所有基准路径即为去除相关性之后得到的路径，去相关性过程结束。
(5)根据通讯手段的种类对H2中的所有路径进行全列，得到节点相同、通讯手段不同的所有路径。
(6)根据通讯手段的限制条件对节点相同通讯手段不同的所有路径进行筛选；例如：不能出现连续两次的卫星通讯，不能出现三次短波通讯等。
以上6步完成之后，即完成了多路径多通讯手段的路径规划。
上述算法我们已使用C#语言进行了编程实现，并且在4节点有向通讯网络图，8节点有向通讯网络图和20节点通讯网络图上做了算法验证，计算出的路由和理论得到的路由一致，基本满足需求。其中在20节点的网络图中，计算时间不超过2秒，在时间上也符合我们的要求。算法经过多次的试验验证之后，已经使用在了实际的项目中，为通讯路由表的建立和链路的开通提供了参考的依据，得到了满意的结果。
表1
Bit 5 Bit 4 Bit 3 Bit 2 Bit 1
占位符 散射 卫星 流余 短波

Claims (2)

1.一种多路径多通讯手段路由规划方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)根据通讯手段的种类对网络图中节点之间的连接关系进行编码得到节点间的邻接矩阵；所述的网络图是通过通讯网络抽象出来的；
(2)将网络图中所有与源节点连接的边都标记上不同的数字标识；
(3)基于邻接矩阵进行全路径搜索得到源节点和目的节点间的所有路径；
(4)根据数字标识去除源节点和目的节点间所有路径的节点相关性，得到去除节点相关性的所有路径；
(5)根据通讯手段的种类对去除节点相关性的所有路径进行全排列，得到节点相同通讯手段不同的所有路径；
(6)根据通讯手段的限制条件对节点相同通讯手段不同的所有路径进行筛选；
完成多路径多通讯手段的路由规划；
所述的步骤(1)具体包括以下步骤：
(101)确定通讯手段的种类，将通讯手段种类的个数作为编码的编码主体，编码主体的每一位对应一种通讯手段；其中，编码包括编码主体和占位；
(102)用得到的编码来表示网络图中节点之间的连接关系后，得到节点间的邻接矩阵。
2.根据权利要求1所述的一种多路径多通讯手段路由规划方法，其特征在于：所述的步骤(4)具体包括以下步骤：
(401)将所有的路径按照数字标识来进行分组后选出一条最短的路径作为当前基准路径并存储，在所有路径中将这一组的路径去除得到当前路径集合；
(402)对当前路径集合去除其他组内包含当前基准路径的中间节点的路径，得到下一路径集合；其中，其他组为不包括当前基准路径所在组的分组；
(403)判断下一路径集合中的分组个数是否为一个，如果是，则该分组为最后一组，挑选出该组的最短路径并存储，执行步骤
(404)；如果不是，则在下一路径集合中挑选一条最短路径，将该最短路径作为下一基准路径并存储，将该组的所有路径去除，得到第三路径集合；将第三路径集合作为当前路径集合，将下一基准路径作为当前基准路径，执行步骤(402)；
(404)将所有存储的基准路径和最后一组的最短路径进行整理得到去除节点相关性的所有路径。
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