CN106559335A - 一种电力通信网络中基于机会路由的流量均衡方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电力通信网络中基于机会路由的流量均衡方法，对边界路由器局部网络流量的进行均衡分配，实现从发送方区域边界路由器到目的方区域边界路由器的机会转发，流量均衡方案可以实现流量的均衡分配，避免单一边界路由器造成网络拥塞，降低网络性能。

Description

一种电力通信网络中基于机会路由的流量均衡方法

技术领域

本发明属于电力通信网络的网络管理技术领域，具体涉及一种基于机会路由的流量均衡方法。

背景技术

电力通信网络是电力系统信息监测、处理和控制的中心网络，对网络实时性和可靠性有较高的要求。因此，能够在流量高峰期及时监测电力信息，最小化网络拥塞，降低网络负载峰值是保证电力通信网络服务质量(QoS，Quality of Service)的基本要求。网络峰值出现的位置一般是网络瓶颈链路或节点，容易发生网络拥塞，网络拥塞是引起网络丢包、延时、甚至服务失败的主要原因，严重影响了用户的网络体验。电力网络通过区域划分可看作多个AS互联的IP网络，其中域间边界路由器的负载量相对于域内路由器而言是整个网络流量负载均衡的关键所在。

发明内容

本专利提出一种基于机会路由的流量均衡方法对网络的流量进行优化，针对域间边界路由器，将网络中的流量均衡分布在各条链路上，尽可能选择剩余带宽较大的链路转发数据包，实现网络流量负载均衡的目的。

本发明采用以下技术方案：

一种电力通信网络中基于机会路由的流量均衡方法，电力通信网络中包括节点s，该方法包括以下步骤：

(1)节点s转发数据包时，判断目的节点是否在节点s所在区域内，若目的节点d在本区域内，则按照最短路径算法进行转发数据包，若目的节点d不在本区域内且节点s的下一跳不是边界路由器，则仍然按照最短路径算法转发数据包，若目的节点d不在本区域内且节点s的下一跳是边界路由器，按照机会路由方法转发数据包至节点s所在区域的边界路由器；

(2)数据包通过s所在区域的边界路由器并按照机会路由方法逐跳选择转发至目的节点d所在区域的边界路由器；

(3)目的节点d所在区域的边界路由器按照最短路径算法转发数据包至目的节点d。

具体的，机会路由方法包括以下步骤：

(1)确定候选节点集合

节点s到目的节点d的距离为d(s,d)，若节点s所在区域的边界路由器ri满足d(ri,d)＜d(s,d)，则边界路由器ri加入节点s候选节点集合，节点s候选节点集合为C(i)，节点i为候选节点集合中的任一节点，节点s与节点i之间的链路为l(i)；

(2)计算候选节点选为下一跳的概率

节点s选取候选节点i为转发节点的概率为

其中，为链路的剩余带宽，r_min和r_max分别为候选节点集合的最小剩余带宽和最大剩余带宽，α和β为调整系数，为链路的时延，

归一化后的候选节点选中概率为：

其中，k为候选节点集合C(i)的节点数，根据计算得到的最大值对应的候选节点作为下一跳转发数据包。

具体的，α和β均设置为0.5。

本发明具有以下有益效果：

本发明对域间边界路由器局部网络流量的进行均衡分配，实现从发送方区域边界路由器到目的方区域边界路由器的机会转发，多个候选节点均有机会被选中为下一跳节点，而且，选中概率是与剩余带宽相关，间接反应当前局部网络的负载状况，避免导致拥塞。因此，本文提出的流量均衡方案可以实现流量均衡分配，避免单一边界路由器造成网络拥塞而网络性能降低。

附图说明

图1为本发明的拓扑说明图；

图2为本发明实施流程图。

具体实施方式

本发明结合电力网络实例，提出一种基于机会路由的流量均衡方案，提高端到端的可靠性。

电力通信网络是电力系统信息监测，处理和控制的中心网络，对网络实时性和可靠性有较高的要求。因此，能够在流量高峰期及时监测电力信息，最小化网络拥塞，降低网络负载峰值是保证电力通信网络QoS的基本要求。网络峰值出现的位置一般是网络瓶颈链路或节点，容易发生网络的拥塞，网络拥塞是引起网络丢包、延时、甚至服务失败的主要原因，严重影响了用户的网络体验。电力网络通过区域划分可看作多个AS互联的IP网络，其中域间边界路由器的负载量相对于域内路由器而言是整个网络流量负载均衡的关键所在，并且，目前已经有许多较为成熟的域内路由器的负载均衡方案，因此，本发明只考虑域间边界路由器的流量均衡方案。

本发明提出的流量均衡方案具体步骤如下：

(1)节点s转发数据包时，判断目的节点是否在节点s所在区域内，若目的节点d在本区域内，则按照最短路径算法进行转发数据包，若目的节点d不在本区域内且节点s的下一跳不是边界路由器，则仍然按照最短路径算法转发数据包，若目的节点d不在本区域内且节点s的下一跳是边界路由器，按照机会路由方法转发数据包至节点s所在区域的边界路由器；

(2)数据包通过s所在区域的边界路由器并按照机会路由方法逐跳选择转发至目的节点d所在区域的边界路由器；

(3)目的节点d所在区域的边界路由器按照最短路径算法转发数据包至目的节点d。

机会路由方法包括以下步骤：

(1)确定候选节点集合

节点s到目的节点d的距离为d(s,d)，若节点s所在区域的边界路由器ri满足d(ri,d)＜d(s,d)，则边界路由器ri加入节点s候选节点集合，节点s候选节点集合为C(i)，节点i为候选节点集合中的任一节点，节点s与节点i之间的链路为l(i)；这些候选节点集合表示为C(i)＝{r1,r2,…rk}，如图1所示的边界路由器r1-r6，r7是自治域A1内的普通路由器节点。

(2)计算候选节点选为下一跳的概率

节点s选取候选节点i为转发节点的概率为

其中，为链路的剩余带宽，r_min和r_max分别为候选节点集合的最小剩余带宽和最大剩余带宽，α和β为调整系数，α和β预设值均均设置为0.5，可以根据用户的需求自适应的调整剩余带宽与时延对网络性能的影响程度。链路的剩余带宽越大，表示这条路径上可以接收较多的业务，相反，剩余带宽较小的链路为了防止造成拥塞，应尽可能的避免接收新业务。为链路的时延，这里主要考虑传输时延，传输时延是指在OSPF链路接口之间,传输一个链路状态更新包需要的时间，链路时延较小，可以加速数据包的转发过程，优化网络性能。

归一化后的候选节点选中概率为：

其中，k为候选节点集合C(i)的节点数，根据计算得到的最大值对应的候选节点作为下一跳转发数据包。

本发明中的最短路径算法采用Dijkstra算法，属于现有技术，在此不赘述。

为实现流量均衡，本发明提出的流量均衡方案为多个边界路由器设置不同的转发概率使得不同的路由器以不同的概率参与转发过程。如果到某个节点的链路剩余带宽较大或时延较小，表示这条链路可以容纳更多的业务或者可以加快转发过程，提高参与转发的次数，因此具有较高的概率被选择为下一跳转发数据包，每次转发数据包之后，具有较大剩余带宽的链路的剩余带宽会减少，局部网络中各个边界路由器的剩余带宽会逐步趋向于较为接近的状态，实现流量均衡。

非边界路由器转发数据包至边界路由器时，若存在多个边界路由器，则需要考虑流量的均衡问题，避免单一边界路由器转发而产生流量不均衡性，影响网络整体性能。机会路由中由于候选转发集合中的每个节点都有机会被选择为最终的转发节点，因此，机会路由自身具有一定的高容错和负载平衡特性。在有线网络的传输过程中，可以借鉴机会路由的方法，实现网络流量的均衡。

在节点s所在的自治域内，逐跳的按照最短路径进行转发，若最短路径中的节点发现下一跳节点是边界路由器，为均衡边界路由器的负载，节点依据到目的节点的距离建立候选转发节点集合C(i)，C(i)中的节点均为候选的边界路由器，每个路由器均有被选择为转发节点的机会，具体数据包转发过程参见图2。

以上算法描述了流量均衡方案的大致过程，完成了对边界路由器局部网络流量的均衡，实现从发送方区域边界路由器到目的方区域边界路由器的机会转发。通过借鉴无线传感网中的机会路由的机会性，在有线网络中，多个候选节点均有机会被选中为最终的转发节点，而且，选中概率是与剩余带宽和传输时延相关，间接反应当前局部网络的负载状况与性能，避免导致拥塞。本发明提出的流量均衡方案可以实现在局部边界网络负载的均衡，避免单一边界路由器持续转发数据包造成网络拥塞，在合理进行区域划分的基础上，提升网络整体性能。

Claims (3)

1.一种电力通信网络中基于机会路由的流量均衡方法，电力通信网络中包括节点s，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(1)节点s转发数据包时，判断目的节点是否在节点s所在区域内，若目的节点d在本区域内，则按照最短路径算法进行转发数据包，若目的节点d不在本区域内且节点s的下一跳不是边界路由器，则仍然按照最短路径算法转发数据包，若目的节点d不在本区域内且节点s的下一跳是边界路由器，按照机会路由方法转发数据包至节点s所在区域的边界路由器；

(2)数据包通过s所在区域的边界路由器并按照机会路由方法逐跳选择转发至目的节点d所在区域的边界路由器；

(3)目的节点d所在区域的边界路由器按照最短路径算法转发数据包至目的节点d。

2.根据权利要求1所述的一种电力通信网络中基于机会路由的流量均衡方法，其特征在于，机会路由方法包括以下步骤：

(1)确定候选节点集合

节点s到目的节点d的距离为d(s,d)，若节点s所在区域的边界路由器ri满足d(ri,d)＜d(s,d)，则边界路由器ri加入节点s候选节点集合，节点s候选节点集合为C(i)，节点i为候选节点集合中的任一节点，节点s与节点i之间的链路为l(i)；

(2)计算候选节点选为下一跳的概率

节点s选取候选节点i为转发节点的概率为

$p_s^i=\mathrm{\α}.\frac{{\mathrm{rb}}_s^i-r_{\min }}{r_{\max }-r_{\min }}+\mathrm{\β}.\frac{1}{{\mathrm{del}}_s^i}$

其中，为链路的剩余带宽，r_min和r_max分别为候选节点集合的最小剩余带宽和最大剩余带宽，α和β为调整系数，为链路的时延，

归一化后的候选节点选中概率为：

$p_s^{i^{\′}}=\frac{p_s^i}{\underset{i=1}{\overset{k}{\Σ}}{p}_s^i}$

其中，k为候选节点集合C(i)的节点数，根据计算得到的最大值对应的候选节点作为下一跳转发数据包。

3.根据权利要求2所述的流量均衡方法，其特征在于，α和β均设置为0.5。