CN105791058A - 一种链路增加方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种链路增加方法及装置，方法包括：将目标网络分为多层，将第一集合中的任一节点，确定为目标节点；判断第一范围内，是否存在除第二范围内包含的节点之外的其他节点；如果是，针对两个节点，判断两个节点之间是否已存在链路；如果不存在，根据成本收益值和预设第三阈值，判断是否可以在两个节点之间增加链路；如果是，记录第一信息；判断所记录的第一信息的数量是否不大于预设数量；如果是，增加第一信息对应的链路；如果否，确定两个节点，增加链路；判断第一阈值是否小于该层网络的直径；如果是，增加第二阈值的值；如果否，确定下一个目标节点。应用本发明实施例，能够降低网络平均路径长度，进而减少了网络时延。

Description

一种链路增加方法及装置

技术领域

本发明涉及通信网络技术领域，特别涉及一种链路增加方法及装置。

背景技术

现实社会的许多方面都具有复杂网络的性质，如通信工程、城市规划、疾病预防等，研究优化其拓扑结构、提升网络性能是一项重要的任务。网络性能与网络拓扑密切相关，传统网络中节点到节点之间平均跳数较高，具有较高的平均路径长度(AveragePathLength，简称APL)，APL定义为网络中所有节点对之间距离的平均最短距离，带来较大的网络时延，难以支持新兴的时间敏感业务与应用。比较小的APL允许网络实体之间高效和快速的信息传播，对于时间敏感业务具有重要意义。

解决较大的APL问题最常见的方法是在现有网络基础上添加或删除一些链路来提高网络性能。比如在城际道路规划中，通过增加高速公路来改善交通状况，高速公路就是网络拓扑中增加的链接；在无线网络中也可以通过增加光纤链路作为长程链接以达到改善网络性能的目的。

实际网络增加链路过程与网络结构和链路属性密切相关，其中，链路属性可以根据不同的网络而不同，例如在通信网络中，链路属性为链路的带宽，在城市规划中，链路属性为道路的容量。目前增加链路方法集中在单层网络，认为每层网络是不同的并且没有强相关性，每层的网络构建相对孤立，不依靠其他的网络行为。但是在现实中，许多网络与其他网络相互依存，因此，现有的增加链路方法不能获得更小的APL。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种链路增加方法及装置，以降低网络平均路径长度，减少网络时延。

为达到上述目的，本发明实施例公开了一种链路增加方法，所述方法包括：

根据目标网络的链路属性，将所述目标网络分为多层；

针对除最底层网络的其他任一层网络，根据连通性，判断该层网络是否连通；

如果连通，将第一集合中的任一节点，确定为目标节点，，其中，所述第一集合为该层网路中未被确认为目标节点的节点组成的集合；

判断以所述目标节点为圆心，半径为第一阈值的第一范围内，是否存在除以所述目标节点为圆心，半径为第二阈值的第二范围内包含的节点之外的其他节点，其中，所述第一阈值为所述第二阈值与预设固定值之和；

如果是，针对两个节点，判断所述两个节点之间是否已存在链路，其中，所述两个节点为所述其他节点中的每一节点与所述第二范围内包含的每一节点的两个节点；

如果不存在，根据成本收益值和预设第三阈值，判断是否可以在所述两个节点之间增加链路；

如果是，记录与在所述两个节点之间增加链路相关的第一信息；

判断所述第一范围和所述第二范围之间所记录的所述第一信息的数量是否不大于所述预设数量；

如果是，增加所述第一信息对应的链路；

如果否，根据所述第二范围内包含的任一节点的度、该层网络中所有节点的度、所述第一信息以及预设数量，确定节点间需要增加链路的两个节点，增加两个节点之间的链路；

判断所述第一阈值是否小于该层网络的直径；

如果是，增加所述第二阈值的值，继续执行所述判断以所述目标节点为圆心，半径为第一阈值的第一范围内，是否存在除以所述目标节点为圆心，半径为第二阈值的第二范围内包含的节点之外的其他节点的操作步骤；

如果否，将该层网络中除已确定为目标节点之外的其他节点中的任一节点，确定为目标节点，继续执行所述判断以所述目标节点为圆心，半径为第一阈值的第一范围内，是否存在除以所述目标节点为圆心，半径为第二阈值的第二范围内包含的节点之外的其他节点的操作步骤。

较佳的，在所述层网络不连通的情况下，在所述将该层网络中的任一节点，确定为目标节点之前，所述方法还包括：

根据最小生成树算法，在该层网络中增加链路。

较佳的，所述成本收益值的计算公式为：

${\mathrm{\ζ}}_{ij}=w_1*\log (C_{ij}/\underset{a_{ij}=1}{\Σ}{C}_{ij})-(w_2*\log (L_{p-1}-L_p)/T_{\max })+w_3*\log (B_{ij}/\underset{a_{ij}=1}{\Σ}{B}_{ij})$

其中，ζ_ij为成本收益值，w₁为成本权重，C_ij为节点i与节点j之间增加一条链路的成本，a_ij＝1表示节点i与节点j之间存在初始连接，w₂为平均路径长度收益权重，L_p-1为增加链路前该层网络的平均路径长度，L_p为增加链路后该层网络的平均路径长度，T_max为该层网络的原始平均路径长度，w₃为链路属性收益权重，B为节点i与节点j之间增加链路带来的属性收益，节点i为所述第二范围内包含的任一节点，节点j为所述其他节点中的任一节点。

较佳的，根据所述第二范围内包含的任一节点的度以及所述目标网络中所有节点的度，在所有判断可以在所述两个节点增加链路的链路中选择预设数量的链路，增加所述链路，包括：

根据所述第二范围内包含的任一节点的度、该层网络中所有节点的度以及择优连接公式，计算所述第二范围内包含的节点的重要度，其中，所述择优连接公式为：

π(k_i)＝k_i/∑k_i

其中，π(k_i)为节点i的重要度，k_i为节点i的度，∑k_i为当前所述目标网络中所有节点的度的和，节点i为所述第二范围内包含的任一节点；

根据所述重要度、所述第一信息以及预设数量，确定节点间需要增加链路的两个节点，增加两个节点之间的链路。

较佳的，所述第二阈值的增加值等于所述预设固定值。

为达到上述目的，本发明实施例公开了一种链路增加装置，所述装置包括：

分层模块，用于根据目标网络的链路属性，将所述目标网络分为多层；

第一判断模块，用于针对除最底层网络的其他任一层网络，根据连通性，判断该层网络是否连通；

第一确定模块，用于在第一判断模块的判断结果为连通的情况下，将第一集合中的任一节点，确定为目标节点，其中，所述第一集合为该层网路中未被确认为目标节点的节点组成的集合；

第二判断模块，用于判断以所述目标节点为圆心，半径为第一阈值的第一范围内，是否存在除以所述目标节点为圆心，半径为第二阈值的第二范围内包含的节点之外的其他节点，其中，所述第一阈值为所述第二阈值与预设固定值之和；

第三判断模块，用于在第二判断模块的判断结果为是的情况下，针对两个节点，判断所述两个节点之间是否已存在链路，其中，所述两个节点为所述其他节点中的每一节点与所述第二范围内包含的每一节点的两个节点；

第四判断模块，用于在第三判断模块的判断结果为不存在的情况下，根据成本收益值和预设第三阈值，判断是否可以在所述两个节点之间增加链路；

记录模块，用于在第三判断模块的判断结果为是的情况下，记录与在所述两个节点之间增加链路相关的第一信息；

第五判断模块，用于判断所述第一范围和所述第二范围之间所记录的第一信息的数量是否不大于所述预设数量；

第一增加模块，用于在第五判断模块的判断结果为是的情况下，增加所述第一信息对应的链路；

第二增加模块，用于在第五判断模块的判断结果为否的情况下，根据所述第二范围内包含的任一节点的度、该层网络中所有节点的度、所述第一信息以及预设数量，确定节点间需要增加链路的两个节点，增加两个节点之间的链路；

第六判断模块，用于判断所述第一阈值是否小于该层网络的直径；

第三增加模块，用于在第六判断模块的判断结果为是的情况下，增加所述第二阈值的值，继续执行第二判断模块；

第二确定模块，用于在第六判断模块的判断结果为否的情况下，将该层网络中除已确定为目标节点之外的其他节点中的任一节点，确定为目标节点，继续执行第二判断模块。

较佳的，所述装置还包括：

第四增加模块，用于在第一判断模块的判断结果为不连通的情况下，根据最小生成树算法，在该层网络中增加链路。

较佳的，所述成本收益值的计算公式为：

${\mathrm{\ζ}}_{ij}=w_1*\log (C_{ij}/\underset{a_{ij}=1}{\Σ}{C}_{ij})-(w_2*\log (L_{p-1}-L_p)/T_{\max })+w_3*\log (B_{ij}/\underset{a_{ij}=1}{\Σ}{B}_{ij})$

其中，ζ_ij为成本收益值，w₁为成本权重，C_ij为节点i与节点j之间增加一条链路的成本，a_ij＝1表示节点i与节点j之间存在初始连接，w₂为平均路径长度收益权重，L_p-1为增加链路前该层网络的平均路径长度，L_p为增加链路后该层网络的平均路径长度，T_max为该层网络的原始平均路径长度，w₃为链路属性收益权重，B为节点i与节点j之间增加链路带来的属性收益，节点i为所述第二范围内包含的任一节点，节点j为所述其他节点中的任一节点。

较佳的，所述第二增加模块，包括：

计算子模块，用于根据所述第二范围内包含的任一节点的度、该层网络中所有节点的度以及择优连接公式，计算所述第二范围内包含的节点的重要度，其中，所述择优连接公式为：

π(k_i)＝k_i/∑k_i

其中，π(k_i)为节点i的重要度，k_i为节点i的度，∑k_i为当前所述目标网络中所有节点的度的和，节点i为所述第二范围内包含的任一节点；

增加子模块，用于根据所述重要度、所述第一信息以及预设数量，确定节点间需要增加链路的两个节点，增加两个节点之间的链路。

较佳的，所述第二阈值的增加值等于所述预设固定值。

由上述技术方案可见，本发明实施例提供一种链路增加方法及装置，方法包括：根据目标网络的链路属性，将所述目标网络分为多层；针对除最底层网络的其他任一层网络，根据连通性，判断该层网络是否连通；如果连通，将该层网络中的任一节点，确定为目标节点；判断以所述目标节点为圆心，半径为第一阈值的第一范围内，是否存在除以所述目标节点为圆心，半径为第二阈值的第二范围内包含的节点之外的其他节点，其中，所述第一阈值为所述第二阈值与预设固定值之和；如果是，针对两个节点，判断所述两个节点之间是否已存在链路，其中，所述两个节点为所述其他节点中的任一节点与所述第二范围内包含的任一节点的两个节点；如果不存在，根据成本收益值和预设第三阈值，判断是否可以在所述两个节点之间增加链路；如果是，记录与在所述两个节点之间增加链路相关的第一信息；判断所述第一范围和所述第二范围之间所记录的信息的数量是否不大于预设数量；如果是，增加所述第一信息对应的链路；如果否，根据所述第二范围内包含的任一节点的度、该层网络中所有节点的度、所述第一信息以及预设数量，确定节点间需要增加链路的两个节点，增加两个节点之间的链路；判断所述第一阈值是否小于该层网络的直径；如果是，增加所述第二阈值的值，继续执行所述判断以所述目标节点为圆心，半径为第一阈值的第一范围内，是否存在除以所述目标节点为圆心，半径为第二阈值的第二范围内包含的节点之外的其他节点的操作步骤；如果否，将该层网络中除已确定为目标节点之外的其他节点中的任一节点，确定为目标节点，继续执行所述判断以所述目标节点为圆心，半径为第一阈值的第一范围内，是否存在除以所述目标节点为圆心，半径为第二阈值的第二范围内包含的节点之外的其他节点的操作步骤。

应用本发明实施例，首先将目标网络分层，针对除最底层网络的其他任一层网络，以目标节点为中心的第一范围与第二范围内，根据第二范围内包含的任一节点的度、该层网络中所有节点的度、第一信息以及预设数量，确定节点间需要增加链路的两个节点，增加两个节点之间的链路，能够降低网络平均路径长度，进而减少了网络时延。

当然，实施本发明的任一产品或方法必不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种链路增加方法的流程示意图；

图2为两层网络之间存在共址链路连接的示意图；

图3为本发明实施例提供的网络的第一种拓扑图；

图4为分层网络产生汇聚效应的示意图；

图5为本发明实施例提供的网络的第二种拓扑图；

图6为APL和网络集聚系数分别随着第二阈值的增加变化的曲线图；

图7为成本、收益和成本收益值分别随着第二阈值变化的曲线图；

图8为APL和集聚系数分别随着第三阈值变化的曲线图；

图9为在不同层间属性比下该层网络的阻塞率随着业务产生速率变化的曲线图；

图10为本发明实施例提供的网络的第三种拓扑图；

图11为本发明实施例提供的网络的第四种拓扑图；

图12为APL随增加的链路数量变化的曲线图；

图13为本发明实施例提供的另一种链路增加方法的流程示意图；

图14为本实施例提供的网络的第五种拓扑图；

图15为本发明实施例提供的一种链路增加装置的结构示意图；

图16为本发明实施例提供的另一种链路增加装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了解决现有技术问题，本发明实施例提供了一种链路增加方法及装置。下面首先对本发明实施例所提供的一种链路增加方法进行介绍。

图1为本发明实施例提供的一种链路增加方法的流程示意图，包括如下步骤：

S101：根据目标网络的链路属性，将所述目标网络分为多层。

本领域技术人员可以理解的是，可以将目标网络表示为加权无向图，加权无向图为：网络表示为图G＝(V^s，E^s)，其中，节点表示为V^s，节点间的链路表示为边E^s，并且节点集合V^s＝{V₁ ^s,V₂ ^s,…,V_N ^s}中N表示节点的总数，网络中，节点i和节点j之间最短路径长度可以表示为d_ij，其中，(x_i,y_i)是节点i的坐标，(x_j,y_j)是节点j的坐标。根据链路属性不同将网络分为多层网络，任一层网络每一个节点与该网络的下一层网络中的节点均有共址链路连接，如图2所示，如节点E到达G的路径可以为E→F→B→A→G。假设最底层网络能力即链路属性为V_D＝1，在该最底层网络的上一层的网络能力V_U＝α*V_D,α≥1。

需要说明的是，在不同的网络中，链路属性不同，例如，在通信网络中，链路的属性可以为带宽，通过预先设置不同的带宽区间，将目标网络可以分为多层，假设，可以将带宽在0M～40M之间的链路对应的节点分在最底层网络，将带宽在40M～80M之间的链路对应的节点分在最底层网络的上一层网络。具体实现目标网络分层的方法是现有技术，本发明实施例不进行追溯。

S102：针对除最底层网络的其他任一层网络，根据连通性，判断该层网络是否连通。

本领域技术人员可以理解的是，本发明实施例所说的目标网络可以为虚拟网络，也可以为通信网络、城市规划网络、疾病预防网络等等。最底层网络是目标网络中最边缘的节点构成的网络，最底层网络中的节点是最边缘的节点，例如，在通信网络中可以理解为终端。

需要说明的是，连通性，可以理解为将该层网络作为一个集合，这个集合除了自身和空集没有其他的子集，那么，认为该层网络是连通的。

S103：将第一集合中的任一节点，确定为目标节点，其中，所述第一集合为该层网路中未被确认为目标节点的节点组成的集合。

本领域技术人员可以理解的是，该层网络包括很多节点，记录将没有被确认为目标节点的节点，这些节点可以构成第一集合，将第一集合中的任一节点，确定为目标节点，可以为随机选择第一集合中的一个节点，将该节点确定为目标节点，也可以为将第一集合中度最大的节点确定为目标节点，当然，并不仅限于此，只要能确定出目标节点即可。

S104：判断以所述目标节点为圆心，半径为第一阈值的第一范围内，是否存在除以所述目标节点为圆心，半径为第二阈值的第二范围内包含的节点之外的其他节点，其中，所述第一阈值为所述第二阈值与预设固定值之和。

本领域技术人员可以理解的是，第一阈值大于第二阈值，其中，第二阈值不小于零，预设值大于零。本领域技术人员可以理解的是，当第二阈值等于零，说明第二范围内只存在一个节点，就是目标节点。其他节点在第一范围内，但在第二范围外，假设，当第二范围包含A、B、C、D和E这5个节点，第一范围包含A、B、C、D、E和F这6个节点，那么，其他节点就是F节点。需要说明的是，在S104判断结果为是情况下的执行S105，在S104判断结果为否的情况下执行，执行S112。

S105：针对两个节点，判断所述两个节点之间是否已存在链路，其中，所述两个节点为所述其他节点中的每一节点与所述第二范围内包含的每一节点的两个节点。

本领域技术人员可以理解的是，当两个节点之间已经存在链路，则不需要在这两个节点之间增加链路。两个节点可以理解为，一个节点位于第二范围内，另一个节点在第一范围内，但不在第二范围内。两个节点不可能同时在第二范围内，也不可能同时在第一范围内，但不在第二范围内。

需要说明的是，第二范围内的每个节点都要逐个与其他节点判断是否已存在链路或者其他节点中的每个节点都要逐个与第二范围内的节点判断是否已存在链路，例如，第二范围内有3个节点，分别为节点A、B和C，其他节点有2个，分别为节点E和F，节点A需要分别与节点E和F判断是否已存在链路；同理，节点B需要分别与节点E和F判断是否已存在链路；同理，节点C需要分别与节点E和F判断是否已存在链路。

S106：根据成本收益值和预设第三阈值，判断是否可以在所述两个节点之间增加链路。

具体的，所述成本收益值的计算公式为：

${\mathrm{\ζ}}_{ij}=w_1*\log (C_{ij}/\underset{a_{ij}=1}{\Σ}{C}_{ij})-(w_2*\log (L_{p-1}-L_p)/T_{\max })+w_3*\log (B_{ij}/\underset{a_{ij}=1}{\Σ}{B}_{ij})$

其中，ζ_ij为成本收益值，w₁为成本权重，C_ij为节点i与节点j之间增加一条链路的成本，a_ij＝1表示节点i与节点j之间存在初始连接，w₂为平均路径长度收益权重，L_p-1为增加链路前该层网络的平均路径长度，L_p为增加链路后该层网络的平均路径长度，T_max为该层网络的原始平均路径长度，w₃为链路属性收益权重，B为节点i与节点j之间增加链路带来的属性收益，节点i为所述第二范围内包含的任一节点，节点j为所述其他节点中的任一节点。

网络平均路径长度APL的计算公式为：

$APL=\frac{1}{\frac{1}{2}N(N+1)}\underset{i\≥j}{\Σ}{d}_{ij}$

其中，N为目标网络中目标节点的总数，d_ij为节点i与节点j之间的最短路径长度。L与L′均可以采用上述计算公式。

所述两个节点之间增加一条链路的成本的计算公式为；

C＝w_c*d_ij

其中，w_c为单位距离链路建设成本。

在实际应用中，成本收益值和预设第三阈值之间的关系可以表示为：

s.t.ζ<β

其中，s.t.表示成本收益值是受约束的，需要满足一定条件下，判断ζ是否小于β，β为预设第三阈值。

本领域技术人员可以理解的是，根据成本收益值和预设第三阈值决定是否可以在两个节点之间增加链路，当成本收益值大于预设第三阈值，则表示不可以在两个节点之间增加链路，否则，则表示可以在两个节点之间增加链路。

S107：记录与在所述两个节点之间增加链路相关的第一信息。

本领域技术人员可以理解的是，当判断可以在两个节点增加链路后，需要继续记录与在所述两个节点之间增加链路相关的第一信息，其中，记录的信息可以为两个节点的对应关系，也可以为节点的标识信息，这里所说的标识信息是可以识别出两个节点的信息，例如，可以是两个节点在该层网络中的坐标信息，也可以为两个节点在该层网络中的标号。这里所说的第一信息为根据成本收益值判断后，第二范围内包含的节点与第一范围内除第二范围内包含的节点之外的其他节点之间可以在网络之间增加链路的条数，例如，第二范围包含5个节点，第一范围内除第二范围内的5个节点之外还有3个新增节点，根据成本收益值判断后，第二范围内的5个节点与第一范围内3个新增节点之间可以增加链路的条数为8条，那么，第一信息的数量为8个。

S108：判断所述第一范围和所述第二范围之间所记录的第一信息的数量是否不大于所述预设数量。

本领域技术人员可以理解的是，可以实际情况和需求，合理的设置预设数量，除最底层网络的其他每一层网络，预设数量是相同的，在实际应用中，可以根据实际情况确定，针对其他每一层网络，预设数量可以相同可以不同。

S109：根据所述第二范围内包含的任一节点的度、该层网络中所有节点的度、所述第一信息以及预设数量，确定节点间需要增加链路的两个节点，增加两个节点之间的链路。

具体的，根据所述第二范围内包含的任一节点的度以及所述目标网络中所有节点的度，在所有判断可以在所述两个节点增加链路的链路中选择预设数量的链路，增加所述链路，可以包括：

根据所述第二范围内包含的任一节点的度、该层网络中所有节点的度以及择优连接公式，计算所述第二范围内包含的节点的重要度，其中，所述择优连接公式为：

π(k_i)＝k_i/∑k_i

其中，π(k_i)为节点i的重要度，k_i为节点i的度，∑k_i为当前所述目标网络中所有节点的度的和，节点i为所述第二范围内包含的任一节点；

根据所述重要度、所述第一信息以及预设数量，确定节点间需要增加链路的两个节点，增加两个节点之间的链路。

本领域技术人员可以理解的是，随着在在两个节点之间增加链路，这两个节点的度会增加，该层网络中所有节点的度的和也会增加，基于连续论，在此需要引入连续论的方法的概念，连续论是指将离散过程通过一定的处理和近似转换为连续过程。k_i被认为是连续变化的，k_i的变化过程可以表示为：

$\frac{{\mathrm{dk}}_i}{dt}=m\mathrm{\&pi;}\left(k_i\right)$

其中，m为预设数量。

本领域技术人员可以理解的是，是否在两个节点之间增加链路，不仅仅只取决于第一信息，在第一信息的数量大于预设数量的情况下，需要根据决定在哪两个节点之间增加链路，还需要根据节点的重要度确定节点间需要增加链路的两个节点。

假设，第一信息的数量为10个及可以在网络间增加的链路条数为10条，预设数量为5个，第一信息的数量大于预设数量，根据第二范围内任一节点的重要度选择确定节点间需要增加链路的两个节点，如果第二范围内的节点A的重要度最大，针对节点A，可以增加链路的两个节点分别为：节点A和D、节点A和E、节点A和F、节点A和G，可以增加的链路条数为4条，则增加这四条链路，继续选择第二范围内重要度第二大的节点，确定节点间需要增加链路的两个节点，假设，重要度第二大的节点为节点B，如果针对节点B可以增加链路的两个节点分别为：节点B和E、节点B和F、节点B和G，可以增加的链路条数为3条，因为已经增加了四条链路，还可以增加一条链路，可以随机选择在节点E、F和G选择一个节点，增加该节点与节点B之间的链路，也可以根据择优选择公式，选择节点E、F和G中重要度最大的节点增加该节点与节点B之间的链路。

如果节点A与其他节点之间可以增加的链路条数为6条，可以随机在其他节点中随机选择5个节点，分别增加这5个节点与节点A之间的链路，也可以根据其他节点的重要度选择重要度排名最靠前的5个节点，增加这5个节点与节点A之间的链路。

如果在节点A与其他节点之间可以增加的链路条数小于预设数量时，根据第一信息，节点B与其他节点之间不可以增加链路，则选择第二范围内节点重要度第三大的节点，确定节点间需要增加链路的两个节点。

需要说明的是，如果第一范围内两个节点的重要度相同时，在需要在这两个节点之间确定一个节点首先参与确定节点间需要增加链路的两个节点时，可以随机选择第一范围内重要度相同的两个节点其中一个节点，首先参与确定节点间需要增加链路的两个节点。

S110：增加所述第一信息对应的链路。

本领域技术人员可以理解的是，当所记录的第一信息的数量不大于预设数量，即可以在两个节点之间增加的链路的总数小于预设条数，因此，增加所有第一信息包含的节点之间的链路。

S111：判断所述第一阈值是否小于该层网络的直径。

本领域技术人员可以理解的是，当第一阈值不小于该层网络的直径，说明第一范围已经覆盖该层网络所有的节点，如果继续增加第二阈值的值，第一范围覆盖的节点和节点的数量不会改变，如果无休止增加第二阈值的值，将会造成资源的浪非，因此需要判断所述第一阈值是否小于该层网络的直径。在实际应用中，还可以判断第一阈值是否小于目标网络的半径，因为在第一阈值大于该层网络的半径后，随着第一阈值的增加，几乎没有链路增加。

S112：增加所述第二阈值的值，继续执行S104。

具体的，所述第二阈值的增加值等于所述预设固定值。

第二阈值的增加值可以表示为：

$b=\frac{dR}{dt}$

其中，b为第二阈值的增加值，R为第二阈值，0<R<D，D为该层网络的直径。

需要说明的是，基于连续论，在本发明实施例中，第二阈值的增加值认为是随时间连续变化的。

本领域技术人员可以理解的是，如果第一阈值小于目标网络的直径，说明说明以目标节点为圆心，第一阈值为半径的第一范围还没覆盖该层网络所有的节点，需要继续增加第二阈值。第二阈值的增加值等于预设值，预设值可以为一个固定的值，当预设值为一个固定值时，则预设值不可能为零，预设值还可以为一个数列集，可以为一个等差数列集，也可以为等比数列集，还可以为由任意整数组成的数列集，这里所说的数列集中的数值至多有一个数值为零。

S113：将该层网络中除已确定为目标节点之外的其他节点中的任一节点，确定为目标节点，继续执行S104。

本领域技术人员了可以理解的是，如果第一阈值不小于该层网络的直径，说明以目标节点为圆心，第一阈值为半径的第一范围已经覆盖了该层网络所有的节点，需要将该层网络中除已确定为目标节点之外的其他节点中的任一节点确定为目标节点。

应用本发明实施例提供的一种链路增加方法，链路增加后的目标网络可以认为是构建后的目标网络，增加链路的过程是构建目标网络的过程，构建后的目标网络为无标度网络，无标度网络具有严重的异质性，其各目标节点的度具有严重的不均匀分布性：网络中少数节点的度很大，而大多数节点的度很小，度很大的这部分节点对无标度网络的运行起着主导的作用。从广义上说，无标度网络的无标度性是描述大量复杂系统整体上严重不均匀分布的一种内在性质。

下面通过具体应用场景对本发明实施例进行说明。

本发明实施例的应用场景中，目标可以为随机网路或规则网络，随机网路或规则网络均为现有技术，在这里不进行追溯。选择除最底层网络的其他层网络中的一层具体说明，如图3所示，该层网络的节点总数为50个，第二阈值为10千米，该层网络的直径为50千米，预设数量为3，第二阈值的增加值为10千米，第三阈值为0。链路的增加需要考虑该层网络中的业务特性，采用阿瑞纳斯等人的动态业务模型对业务特性进行研究。

在动态业务模型中，网络的阻塞率可以表示为：

$\mathrm{\&eta;}=\underset{t\&RightArrow;\mathrm{\&infin;}}{\lim }\frac{A}{R_T}\frac{<\mathrm{\&Delta;}W>}{\mathrm{\&Delta;}t}$

其中，η为该层网络的阻塞率，A是该层网络中每个节点的传输能力，R_T是该层网络中业务产生速率。ΔW为时刻t时的该层网络中总的业务量，ΔW＝<W(t+Δt)-W(t)>，Δt为预设时间间隔。

以图4所示的分层网络阻塞特性进行说明，由于上一层网络的汇聚效应，在下一层中的E、F周围节点都会选择上一层网络中节点A和节点C之间的链路，因此，可能会造成节点A和节点C链路阻塞。通过在上一层网络中增加链路降低该层网络的阻塞率。

通过本发明实施例提供的一种链路增加方法对该层网络进行构建，这里所说的构建就是对链路增加，如图5所示，构建后的该层网络，即是针对50个节点中的任一节点都根据本发明实施例提供的方法增加链路后的该层网络，该层网络新增了53条链路，使得APL降低。

图6为APL和网络集聚系数分别随着第二阈值的增加变化的曲线图，当第二阈值较小而增加链路较多时，随着第二阈值的增加，新增的链路越来越少，随着局部网络半径的增加，逐渐向网络中添加链路，网络的APL整体上降低。当第二阈值从10变化为20时，两个节点之间距离较近，这里所说的两个节点为其他节点中的任一节点与第二范围内包含的任一节点的两个节点，增加链路所带来的收益受限，成本收益值大于第三阈值，因此并未增加链路；同理，当第二阈值从40增加到50时，两个节点之间的距离较远，成本增加，成本收益值大于第三阈值，因此也未新增链路，APL没有变化。同时，随着第二阈值的增加，由于该层网络中的节点与其邻接节点的连接性增强，网络的集聚系数有所提升，也意味着节点拥有更多的直接邻居节点。

集聚系数(clusteringcoefficient)是在图论中，节点倾向于集聚在一起的程度的一种度量。集聚系数可以表示为：

$C_c=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\&Sigma;}}{C}_{ci}$

其中，C_c为该层网络集聚系数，n为该层网络中节点的总数，C_ci为节点i的集聚系数。

图7为成本、收益和成本收益值分别随着第二阈值变化的曲线图，从图中可以看出，随着第二阈值的增加，成本会增加，但随着第二阈值越来越大，增加的程度比较平缓；同样的，随着第二阈值的增加，收益会增加，但随着第二阈值越来越大，增加的程度比较平缓；随着第二阈值的增加，成本收益值会降低，但随着第二阈值越来越大，降低的程度比较平缓。

图8为APL和集聚系数分别随着第三阈值变化的曲线图，从图中可以看出，随着第三阈值的增加，APL在整体上呈现下降趋势，而集聚系数整体上呈现上升趋势，当APL较小时，降低APL需要而更多的成本。

图9为在不同层间属性比α下，该层网络的阻塞率η随着业务产生速率R_T变化的曲线图，业务更倾向于在高速网络中传输，这样可以减少总开支。但是汇聚效应会导致上层网络阻塞，因此需要调整上层网络容量降低网络阻塞率。从图9可以得出以下结论，当α值越大，阻塞率越小，这是由于增加上层网络容量，可以有效减少由该层网络汇聚效应产生的阻塞，其中，层间属性比α为上层网络与下层网络的链路属性比值。增加上层网络容量的方法为通过本发明实施例提供的一种链路增加的方法增加链路，例如，在城际规划网络中，其中的一个上层网络包括节点北京，北京作为一个交通枢纽，在北京和其他城市建立高速公路，可以增加该层网络的链路容量。若上层网络最大利用率大于设定值，则需要增加度比较大的节点的链路，以满足阻塞率要求，其中，上层网络最大利用率＝max(该层网络链路中占用的网络容量/该层网络链路容量)，即该层网络链路中最繁忙的一条链路的利用率。

为了说明本发明实施例提供的一种链路增加方法的普遍使用性，选取光路由网络作为目标网络，早期的光纤传输系统提供节点到节点传输，所有波分复用通道在相同的光路径上一起传播，目前波分复用系统进化成了在网络节点中使用可重构光分插复用器的光路由网络(ORNs)，选择除最底层网络的其他层网络中的一层具体说明，如图10所示。该层网络共有37个节点，APL＝3.66，应用本发明实施例提供的一种链路增加方法后，该层网络增加了链路，完成了对该层网络的构建，构建后的该层网络如图11所示，一共增加了44条链路，APL从3.66降低至2.56。图12为APL随增加的链路数量变化的曲线图，随着新增的链路的数量不断被增大，APL随之降低。

应用本发明实施例，首先将目标网络分层，针对除最底层网络的其他任一层网络，以目标节点为中心的第一范围与第二范围内，根据第二范围内包含的任一节点的度、该层网络中所有节点的度、第一信息以及预设数量，确定节点间需要增加链路的两个节点，增加两个节点之间的链路，能够降低网络平均路径长度，进而减少了网络时延。

图13为本发明实施例提供的另一种链路增加方法的流程示意图，本发明图13所示实施例在图1所示实施例的基础上，在该层网络不连通的情况下，在所述将该层网络中的任一节点，确定为目标节点之前，增加S114：根据最小生成树算法，在该层网络中增加链路。

本领域技术人员可以理解的是，如果该层网络不连通，说明该层网络中存在节点没有和其他任一节点之间存在链路。最小生成树其实是最小权重生成树的简称，根据最小生成树算法，可以使网络连通时网络中所有节点度的总和最小。最小生成树算法可以为Kruskal(克鲁斯卡尔)算法或Prim(普里姆)算法求出。例如，如图14所示，该层网络是一种不连通的网络，根据最小生成树算法，在该层网络中增加链路是使该层网络连通，连通后的该层网络如图3所示。

应用本发明实施例，首先将目标网络分层，针对除最底层网络的其他任一层网络，以目标节点为中心的第一范围与第二范围内，根据第二范围内包含的任一节点的度、该层网络中所有节点的度、第一信息以及预设数量，确定节点间需要增加链路的两个节点，增加两个节点之间的链路，能够降低网络平均路径长度，进而减少了网络时延。

图15为本发明实施例提供的一种链路增加装置的结构示意图，装置可以包括分层模块201、第一判断模块202、第一确定模块203、第二判断模块204、第三判断模块205、第四判断模块206、记录模块207、第五判断模块208、第一增加模块209、第二增加模块210、第六判断模块211、第三增加模块212和第一确定模块213。

其中，分层模块201，用于根据目标网络的链路属性，将所述目标网络分为多层。

第一判断模块202，用于针对除最底层网络的其他任一层网络，根据连通性，判断该层网络是否连通。

第一确定模块203，用于在第一判断模块202的判断结果为连通的情况下，将第一集合中的任一节点，确定为目标节点，其中，所述第一集合为该层网路中未被确认为目标节点的节点组成的集合。

第二判断模块204，用于判断以所述目标节点为圆心，半径为第一阈值的第一范围内，是否存在除以所述目标节点为圆心，半径为第二阈值的第二范围内包含的节点之外的其他节点，其中，所述第一阈值为所述第二阈值与预设固定值之和。

第三判断模块205，用于在第二判断模块204的判断结果为是的情况下，针对两个节点，判断所述两个节点之间是否已存在链路，其中，所述两个节点为所述其他节点中的每一节点与所述第二范围内包含的每一节点的两个节点。

第四判断模块206，用于在第三判断模块205的判断结果为不存在的情况下，根据成本收益值和预设第三阈值，判断是否可以在所述两个节点之间增加链路。

具体的，所述成本收益值的计算公式为：

${\mathrm{\&zeta;}}_{ij}=w_1*\log (C_{ij}/\underset{a_{ij}=1}{\&Sigma;}{C}_{ij})-(w_2*\log (L_{p-1}-L_p)/T_{\max })+w_3*\log (B_{ij}/\underset{a_{ij}=1}{\&Sigma;}{B}_{ij})$

其中，ζ_ij为成本收益值，w₁为成本权重，C_ij为节点i与节点j之间增加一条链路的成本，a_ij＝1表示节点i与节点j之间存在初始连接，w₂为平均路径长度收益权重，L_p-1为增加链路前该层网络的平均路径长度，L_p为增加链路后该层网络的平均路径长度，T_max为该层网络的原始平均路径长度，w₃为链路属性收益权重，B为节点i与节点j之间增加链路带来的属性收益，节点i为所述第二范围内包含的任一节点，节点j为所述其他节点中的任一节点。

记录模块207，用于在第三判断模块205的判断结果为是的情况下，记录与在所述两个节点之间增加链路相关的第一信息。

第五判断模块208，用于判断所述第一范围和所述第二范围之间所记录的所述第一信息的数量是否不大于所述预设数量。

第一增加模块209，用于在第五判断模块208的判断结果为是的情况下，增加所述第一信息对应的链路。

第二增加模块210，用于在第三判断模块208的判断结果为否的情况下，根据所述第二范围内包含的任一节点的度、该层网络中所有节点的度、所述第一信息以及预设数量，确定节点间需要增加链路的两个节点，增加两个节点之间的链路。

具体的，第二增加模块210，可以包括计算子模块和增加子模块(图15未示出)。

计算子模块，用于根据所述第二范围内包含的任一节点的度、该层网络中所有节点的度以及择优连接公式，计算所述第二范围内包含的节点的重要度，其中，所述择优连接公式为：

π(k_i)＝k_i/∑k_i

其中，π(k_i)为节点i的重要度，k_i为节点i的度，∑k_i为当前所述目标网络中所有节点的度的和，节点i为所述第二范围内包含的任一节点；

增加子模块，用于根据所述重要度、所述第一信息以及预设数量，确定节点间需要增加链路的两个节点，增加两个节点之间的链路。

第六判断模块211，用于判断所述第一阈值是否小于该层网络的直径。

第三增加模块212，用于在第六判断模块211的判断结果为是的情况下，增加所述第二阈值的值，继续执行第二判断模块204。

第二确定模块213，用于在第六判断模块的判断结果为否的情况下，将该层网络中除已确定为目标节点之外的其他节点中的任一节点，确定为目标节点，继续执行第二判断模块204。

具体的，所述第二阈值的增加值等于所述预设固定值。

应用本发明实施例，首先将目标网络分层，针对除最底层网络的其他任一层网络，以目标节点为中心的第一范围与第二范围内，根据第二范围内包含的任一节点的度、该层网络中所有节点的度、第一信息以及预设数量，确定节点间需要增加链路的两个节点，增加两个节点之间的链路，能够降低网络平均路径长度，进而减少了网络时延。

图16为本发明实施例提供的另一种链路增加装置的结构示意图，本发明图16所示实施例在图15所示实施例的基础上，增加第四增加模块214。

第四增加模块214，用于在第一判断模块202的判断结果为不连通的情况下，根据最小生成树算法，在该层网络中增加链路。

应用本发明实施例，首先将目标网络分层，针对除最底层网络的其他任一层网络，以目标节点为中心的第一范围与第二范围内，根据第二范围内包含的任一节点的度、该层网络中所有节点的度、第一信息以及预设数量，确定节点间需要增加链路的两个节点，增加两个节点之间的链路，能够降低网络平均路径长度，进而减少了网络时延。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

本领域普通技术人员可以理解实现上述方法实施方式中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于计算机可读取存储介质中，这里所称得的存储介质，如：ROM/RAM、磁碟、光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种链路增加方法，其特征在于，所述方法包括：

根据目标网络的链路属性，将所述目标网络分为多层；

针对除最底层网络的其他任一层网络，根据连通性，判断该层网络是否连通；

如果连通，将第一集合中的任一节点，确定为目标节点，其中，所述第一集合为该层网路中未被确认为目标节点的节点组成的集合；

判断以所述目标节点为圆心，半径为第一阈值的第一范围内，是否存在除以所述目标节点为圆心，半径为第二阈值的第二范围内包含的节点之外的其他节点，其中，所述第一阈值为所述第二阈值与预设固定值之和；

如果是，针对两个节点，判断所述两个节点之间是否已存在链路，其中，所述两个节点为所述其他节点中的每一节点与所述第二范围内包含的每一节点的两个节点；

如果不存在，根据成本收益值和预设第三阈值，判断是否可以在所述两个节点之间增加链路；

如果是，记录与在所述两个节点之间增加链路相关的第一信息；

判断所述第一范围和所述第二范围之间所记录的所述第一信息的数量是否不大于所述预设数量；

如果是，增加所述第一信息对应的链路；

如果否，根据所述第二范围内包含的任一节点的度、该层网络中所有节点的度、所述第一信息以及预设数量，确定节点间需要增加链路的两个节点，增加两个节点之间的链路；

判断所述第一阈值是否小于该层网络的直径；

如果是，增加所述第二阈值的值，继续执行所述判断以所述目标节点为圆心，半径为第一阈值的第一范围内，是否存在除以所述目标节点为圆心，半径为第二阈值的第二范围内包含的节点之外的其他节点的操作步骤；

如果否，将所述目标节点移出所述第一集合，将当前第一集合中的任一节点，确定为目标节点，继续执行所述判断以所述目标节点为圆心，半径为第一阈值的第一范围内，是否存在除以所述目标节点为圆心，半径为第二阈值的第二范围内包含的节点之外的其他节点的操作步骤。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在该层网络不连通的情况下，在所述将该层网络中的任一节点，确定为目标节点之前，所述方法还包括：

根据最小生成树算法，在该层网络中增加链路。

3.根据权利要求1或2所述方法，其特征在于，所述成本收益值的计算公式为：

${\mathrm{\&zeta;}}_{ij}=w_1*\log \left(C_{ij}/\underset{a_{ij}=1}{\&Sigma;}{C}_{ij}\right)-(w_2*\log (L_{p-1}-L_p)/T_{\max })+w_3*\log \left(B_{ij}/\underset{a_{ij}=1}{\&Sigma;}{B}_{ij}\right)$

其中，ζ_ij为成本收益值，w₁为成本权重，C_ij为节点i与节点j之间增加一条链路的成本，a_ij＝1表示节点i与节点j之间存在初始连接，w₂为平均路径长度收益权重，L_p-1为增加链路前该层网络的平均路径长度，L_p为增加链路后该层网络的平均路径长度，T_max为该层网络的原始平均路径长度，w₃为链路属性收益权重，B为节点i与节点j之间增加链路带来的属性收益，节点i为所述第二范围内包含的任一节点，节点j为所述其他节点中的任一节点。

4.根据权利要求1或2所述方法，其特征在于，根据所述第二范围内包含的任一节点的度以及所述目标网络中所有节点的度，在所有判断可以在所述两个节点增加链路的链路中选择预设数量的链路，增加所述链路，包括：

根据所述第二范围内包含的任一节点的度、该层网络中所有节点的度以及择优连接公式，计算所述第二范围内包含的节点的重要度，其中，所述择优连接公式为：

π(k_i)＝k_i/∑k_i

其中，π(k_i)为节点i的重要度，k_i为节点i的度，∑k_i为当前所述目标网络中所有节点的度的和，节点i为所述第二范围内包含的任一节点；

根据所述重要度、所述第一信息以及预设数量，确定节点间需要增加链路的两个节点，增加两个节点之间的链路。

5.根据权利要求1或2所述方法，其特征在于，所述第二阈值的增加值等于所述预设固定值。

6.一种链路增加装置，其特征在于，所述装置包括：

分层模块，用于根据目标网络的链路属性，将所述目标网络分为多层；

第一判断模块，用于针对除最底层网络的其他任一层网络，根据连通性，判断该层网络是否连通；

第一确定模块，用于在第一判断模块的判断结果为连通的情况下，将第一集合中的任一节点，确定为目标节点，其中，所述第一集合为该层网路中未被确认为目标节点的节点组成的集合；

第二判断模块，用于判断以所述目标节点为圆心，半径为第一阈值的第一范围内，是否存在除以所述目标节点为圆心，半径为第二阈值的第二范围内包含的节点之外的其他节点，其中，所述第一阈值为所述第二阈值与预设固定值之和；

第三判断模块，用于在第二判断模块的判断结果为是的情况下，针对两个节点，判断所述两个节点之间是否已存在链路，其中，所述两个节点为所述其他节点中的每一节点与所述第二范围内包含的每一节点的两个节点；

第四判断模块，用于在第三判断模块的判断结果为不存在的情况下，根据成本收益值和预设第三阈值，判断是否可以在所述两个节点之间增加链路；

记录模块，用于在第三判断模块的判断结果为是的情况下，记录与在所述两个节点之间增加链路相关的第一信息；

第五判断模块，用于判断所述第一范围和所述第二范围之间所记录的所述第一信息的数量是否不大于所述预设数量；

第一增加模块，用于在第五判断模块的判断结果为是的情况下，增加所述第一信息对应的链路；

第二增加模块，用于在第五判断模块的判断结果为否的情况下，根据所述第二范围内包含的任一节点的度、该层网络中所有节点的度、所述第一信息以及预设数量，确定节点间需要增加链路的两个节点，增加两个节点之间的链路；

第六判断模块，用于判断所述第一阈值是否小于该层网络的直径；

第三增加模块，用于在第六判断模块的判断结果为是的情况下，增加所述第二阈值的值，继续执行第二判断模块；

第二确定模块，用于在第六判断模块的判断结果为否的情况下，将该层网络中除已确定为目标节点之外的其他节点中的任一节点，确定为目标节点，继续执行第二判断模块。

7.根据权利要求6所述装置，其特征在于，所述装置还包括：

第四增加模块，用于在第一判断模块的判断结果为不连通的情况下，根据最小生成树算法，在该层网络中增加链路。

8.根据权利要求6或7所述装置，其特征在于，所述成本收益值的计算公式为：

${\mathrm{\&zeta;}}_{ij}=w_1*\log \left(C_{ij}/\underset{a_{ij}=1}{\&Sigma;}{C}_{ij}\right)-(w_2*\log (L_{p-1}-L_p)/T_{\max })+w_3*\log \left(B_{ij}/\underset{a_{ij}=1}{\&Sigma;}{B}_{ij}\right)$

其中，ζ_ij为成本收益值，w₁为成本权重，C_ij为节点i与节点j之间增加一条链路的成本，a_ij＝1表示节点i与节点j之间存在初始连接，w₂为平均路径长度收益权重，L_p-1为增加链路前该层网络的平均路径长度，L_p为增加链路后该层网络的平均路径长度，T_max为该层网络的原始平均路径长度，w₃为链路属性收益权重，B为节点i与节点j之间增加链路带来的属性收益，节点i为所述第二范围内包含的任一节点，节点j为所述其他节点中的任一节点。

9.根据权利要求6或7所述装置，其特征在于，所述第二增加模块，包括：

计算子模块，用于根据所述第二范围内包含的任一节点的度、该层网络中所有节点的度以及择优连接公式，计算所述第二范围内包含的节点的重要度，其中，所述择优连接公式为：

π(k_i)＝k_i/∑k_i

其中，π(k_i)为节点i的重要度，k_i为节点i的度，∑k_i为当前所述目标网络中所有节点的度的和，节点i为所述第二范围内包含的任一节点；

增加子模块，用于根据所述重要度、所述第一信息以及预设数量，确定节点间需要增加链路的两个节点，增加两个节点之间的链路。

10.根据权利要求6或7所述装置，其特征在于，所述第二阈值的增加值等于所述预设固定值。