CN111585894A - 一种基于权重计算的网络路由方法及装置 - Google Patents

一种基于权重计算的网络路由方法及装置 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种基于权重计算的网络路由方法及装置，方法包括：根据预置源节点和预置目标节点生成多条逻辑路由路径，每条逻辑路由路径包括多条逻辑链路；根据物理层的节点度计算每条逻辑链路的权重，得到链路权重值，链路权重值与节点度之间为正相关关系；将预置数据包按照最小的总权重值对应的最佳逻辑路由路径进行路由，总权重值为每条逻辑路由路径中的所有逻辑链路的链路权重值之和。本申请解决了现有路由技术对无标度复杂网络的效果不佳，且多层之间的复杂映射关系导致的节点拥塞的技术问题。

Description

一种基于权重计算的网络路由方法及装置
技术领域
本申请涉及通信领域，尤其涉及一种基于权重计算的网络路由方法及装置。
背景技术
大规模通信网络与日常工作和生活息息相关，这就要求它们具有高效的处理和转发数据包的能力。许多研究人员在改进复杂网络路由策略方面做出了很多有影响力的工作。许多现实的系统十分复杂，具有两层或者多层的结构，并且层与层之间存在相互作用和相互依赖的关系。不同层通常有不同的拓扑结构。因此，为了提高复杂网络的网络容量，进一步研究多层复杂网络的路由策略是很有必要的。
传统的最短路径路由被广泛的应用于各种类型的通信网络中，但是在多层复杂网络上采用传统的最短路径路由策略并不一定合适。虽然最短路径路由策略的优点是数据包可以最快地到达目的地，但是现有的研究表明对于节点度分布为幂律分布的无标度复杂网络，在流量很大的情况下最短路径路由策略的效果并不理想。传统的最短路径路由策略会导致无标度网络中的节点拥塞。而在两层复杂网络模型中，因为数据包在物理层是沿着逻辑链路的端节点所对应的物理节点间的最短路径进行传输，所以流量拥塞经常发生在物理层的Hub节点上；此外，逻辑链路映射在物理层之上的路径往往大于一条，许多物理节点需要同时服务于多条逻辑链路。如果一个物理层的节点拥塞，不仅影响到与其相连的物理链路，而且所有映射在这个物理节点之上的逻辑链路也都要受到影响。
发明内容
本申请提供了一种基于权重计算的网络路由方法及装置，用于解决现有路由技术对无标度复杂网络的效果不佳，且多层之间的复杂映射关系导致的节点拥塞的技术问题。
有鉴于此，本申请第一方面提供了一种基于权重计算的网络路由方法，包括：
根据预置源节点和预置目标节点生成多条逻辑路由路径，每条所述逻辑路由路径包括多条逻辑链路；
根据物理层的节点度计算每条所述逻辑链路的权重，得到链路权重值，所述链路权重值与所述节点度之间为正相关关系；
将预置数据包按照最小的总权重值对应的最佳逻辑路由路径进行路由，所述总权重值为每条所述逻辑路由路径中的所有所述逻辑链路的所述链路权重值之和。
优选地，所述根据预置源节点和预置目标节点生成多条逻辑路由路径，之前还包括：
根据预置时间步长生成多个所述预置数据包，并将所述预置数据包放置在所述预置源节点的队列末端。
优选地，所述根据物理层的节点度计算每条所述逻辑链路的权重，得到链路权重值，包括：
根据预置权重公式计算每条所述逻辑链路的权重，得到链路权重值，所述预置权重公式为：
Figure BDA0002482069170000021
其中，
Figure BDA0002482069170000022
为第t个物理层节点
Figure BDA0002482069170000023
的度，β是预置策略参数，n为物理层节点数量。
优选地，所述将预置数据包按照最小的总权重值对应的最佳逻辑路由路径进行路由，还包括：
如果最小的所述总权重值存在两个或者多个，则选择长度最小的所述逻辑路由路径作为所述最佳逻辑路由路径。
优选地，所述将预置数据包按照最小的总权重值对应的最佳逻辑路由路径进行路由，还包括：
通过最短路径法根据所述预置源节点和所述预置目标节点在物理层中选择最短物理路径；
将所述预置数据包根据所述最短物理路径进行路由，直至到达所述预置目标节点。
优选地，所述将所述预置数据包根据所述最短物理路径进行路由，还包括：
在按照先进先出的原则进行路由的情况下，如果物理层节点的所述预置数据包的数量超过阈值，则所述阈值之后的所述预置数据包排队等待，所述阈值为物理层节点发送数据包的速率。
本申请第二方面提供了一种基于权重计算的网络路由装置，包括：
生成模块，用于根据预置源节点和预置目标节点生成多条逻辑路由路径，每条所述逻辑路由路径包括多条逻辑链路；
计算模块，用于根据物理层的节点度计算每条所述逻辑链路的权重，得到链路权重值，所述链路权重值与所述节点度之间为正相关关系；
选择路由模块，用于将预置数据包按照最小的总权重值对应的最佳逻辑路由路径进行路由，所述总权重值为每条所述逻辑路由路径中的所有所述逻辑链路的所述链路权重值之和。
优选地，还包括：
准备模块，用于根据预置时间步长生成多个所述预置数据包，并将所述预置数据包放置在所述预置源节点的队列末端。
优选地，还包括：
备选路由模块，用于如果最小的所述总权重值存在两个或者多个，则选择长度最小的所述逻辑路由路径作为所述最佳逻辑路由路径。
优选地，还包括：
物理层路由模块，用于通过最短路径法根据所述预置源节点和所述预置目标节点在物理层中选择最短物理路径；
将所述预置数据包根据所述最短物理路径进行路由。
从以上技术方案可以看出，本申请实施例具有以下优点：
本申请中，提供了一种基于权重计算的网络路由方法，包括：根据预置源节点和预置目标节点生成多条逻辑路由路径，每条逻辑路由路径包括多条逻辑链路；根据物理层的节点度计算每条逻辑链路的权重，得到链路权重值，链路权重值与节点度之间为正相关关系；将预置数据包按照最小的总权重值对应的最佳逻辑路由路径进行路由，总权重值为每条逻辑路由路径中的所有逻辑链路的链路权重值之和。
由于现有传统的复杂网络单层路由策略不能获取到分层的网络中的重要特征，无法取得较好的路由效果，因此，本申请提供了一种基于权重计算的网络路由方法，对物理层节点的度进行合理的利用，节点度能够反映物理层节点被选为路由节点的概率高低，节点度越大概率越高，越有可能出现节点拥塞；根据节点的度计算映射在物理层上的逻辑链路的权重，一旦确定了源节点和目标节点，那么两节点之间的逻辑路由路径就可以确定，从而计算这些逻辑路由路径的权重，选取最小的总权重值对应的逻辑路由路径进行路由；这样就可以避开拥堵的节点，从而缓解节点拥堵的问题，提高路由效率，并取得较好的路由效果。因此，本申请能够解决现有路由技术对无标度复杂网络的效果不佳，且多层之间的复杂映射关系导致的节点拥塞的技术问题。
附图说明
图1为本申请实施例提供的一种基于权重计算的网络路由方法的一个流程示意图；
图2为本申请实施例提供的一种基于权重计算的网络路由方法的另一个流程示意图；
图3为本申请实施例提供的一种基于权重计算的网络路由装置的一个结构示意图；
图4为本申请实施例提供的数据包在物理层和逻辑层的转发策略示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
为了便于理解，请参阅图1，本申请提供的一种基于权重计算的网络路由方法的实施例一，包括：
步骤101、根据预置源节点和预置目标节点生成多条逻辑路由路径，每条逻辑路由路径包括多条逻辑链路。
需要说明的是，预置源节点和预置目标节点都是随机选取的，每个节点都可以是源节点，可以成为目标节点，一旦确定源节点和目标节点，就不再更改；数据包放置在节点队列的末端，遵循着先进先出的原则；且节点中的数据包来源除了是直接生成的，还包括接收其他节点发送过来的。从源节点至目标节点可能存在多条不同的路由路径可供选择，因此，每一条路由路径由多条逻辑链路构成，两个节点之间连接为一条逻辑链路。每一个节点既是产生和接收数据包的服务器终端，也是负责转发数据包的路由器。
步骤102、根据物理层的节点度计算每条逻辑链路的权重，得到链路权重值，链路权重值与节点度之间为正相关关系。
需要说明的是，现有技术中，逻辑层的在进行路由的过程中往往不清楚物理层的路由情况，由此导致分层路由的效果较差，本实施例在逻辑链路中引入物理层节点的度，根据节点度计算每一条逻辑链路的权重，权重之所以能够有效缓解层与层之间复杂映射带来的问题是因为节点度体现的是物理层节点被选为路由节点的概率大小，越大越有可能产生拥堵，反之则说明节点更空闲。链路权重与节点度正相关，那么产生的影响也是相对应的。
步骤103、将预置数据包按照最小的总权重值对应的最佳逻辑路由路径进行路由，总权重值为每条逻辑路由路径中的所有逻辑链路的链路权重值之和。
需要说明的是，每一条逻辑路由路径包括多条逻辑链路，每一个逻辑链路对应一个链路权重，将一条逻辑路由路径中所有逻辑链路对应的链路权重累加，就可以得到总权重值，取总权重值最小的那条逻辑路由路径作为逻辑层路由路径，总权重值最小，说明该逻辑路由路径映射至物理层中的物理节点被选为路由节点的概率相对而言较低，节点空闲可能性比较高，选择这些节点进行路由能够有效的避开拥塞节点，从而解决节点拥塞问题。
由于现有传统的复杂网络单层路由策略不能获取到分层的网络中的重要特征，无法取得较好的路由效果，因此，本实施例提供了一种基于权重计算的网络路由方法，对物理层节点的度进行合理的利用，节点度能够反映物理层节点被选为路由节点的概率高低，节点度越大概率越高，越有可能出现节点拥塞；根据节点的度计算映射在物理层上的逻辑链路的权重，一旦确定了源节点和目标节点，那么两节点之间的逻辑路由路径就可以确定，从而计算这些逻辑路由路径的权重，选取最小的总权重值对应的逻辑路由路径进行路由；这样就可以避开拥堵的节点，从而缓解节点拥堵的问题，提高路由效率，并取得较好的路由效果。因此，本实施例能够解决现有路由技术对无标度复杂网络的效果不佳，且多层之间的复杂映射关系导致的节点拥塞的技术问题。
为了便于理解，请参阅图2，本申请实施例中提供了一种基于权重计算的网络路由方法的实施例二，包括：
步骤201、根据预置时间步长生成多个预置数据包，并将预置数据包放置在预置源节点的队列末端。
步骤202、根据预置源节点和预置目标节点生成多条逻辑路由路径，每条逻辑路由路径包括多条逻辑链路。
需要说明的是，可以通过离散时间模型进行在预置时间步长生成预置数据包，源节点和目标节点都是随机选取的，一旦选定不再变更，且任何节点都可以成为源节点或者目标节点，生成的数据包放置在源节点的队列的末端，节点中的数据包来源除了是直接生成的，还包括接收其他节点发送过来的，按照次序排列在节点缓存中，以先进先出的原则进行路由。每一个节点既是产生和接收数据包的服务器终端，也是负责转发数据包的路由器。
步骤203、根据预置权重公式计算每条逻辑链路的权重，得到链路权重值。
需要说明的是，定义节点i和节点j之间的逻辑链路映射在物理层的路径为
Figure BDA0002482069170000061
而逻辑链路的权重值表示为
Figure BDA0002482069170000062
那么预置权重公式为：
Figure BDA0002482069170000063
其中，
Figure BDA0002482069170000064
为第t个物理层节点
Figure BDA0002482069170000065
的度，β是预置策略参数，n为物理层节点数量。链路权重值与节点度之间为正相关关系。
步骤204、将预置数据包按照最小的总权重值对应的最佳逻辑路由路径进行路由，总权重值为每条逻辑路由路径中的所有逻辑链路的链路权重值之和。
需要说明的是，每个逻辑路由路径对应的总权重值可表示为：
Figure BDA0002482069170000071
其中，x为预置源节点，z为预置目标节点，m为该条逻辑路由路径的逻辑链路数量。在所有的Pxz中挑选出最小的那一个对应的逻辑路由路径，以此作为最佳逻辑路由路径进行路由，一旦数据包到达目标节点，就将网络中的数据包相关的缓存信息删除，避免内存的占用。
步骤205、如果最小的总权重值存在两个或者多个，则选择长度最小的逻辑路由路径作为最佳逻辑路由路径。
需要说明的是，大多数情况下能够通过最小的总权重值选择出唯一的最佳逻辑路由路径，但是并列最小的情况也有可能发生，如果存在多个最小，那么就需要进一步的选择策略，本实施例采用径路长度作为再次选择的指标，在所有最小的总权重值对应的逻辑路由路径的基础上选择路径最短的一条作为最佳逻辑路由路径进行路由即可。
步骤206、通过最短路径法根据预置源节点和预置目标节点在物理层中选择最短物理路径。
步骤207、将预置数据包根据最短物理路径进行路由，直至到达预置目标节点。
需要说明的是，物理层的路由方式是最短路径法，数据包可以在节点之间不断选择往复，直至到达预置目标节点；在按照先进先出的原则进行路由的情况下，如果物理层节点的预置数据包的数量超过阈值，则阈值之后的预置数据包排队等待，阈值为物理层节点发送数据包的速率，本实施例中可以设置为2；排队等待即将数据包放入节点缓存中，由于缓存长度与拥塞无关，所以缓存长度设置为无限长。
为了便于理解，提供一个应用案例说明，请参阅4，图4为数据包在物理层和逻辑层的转发策略示意图；图中用e表示路由路径，w表示链路权重，v表示节点，图中主要反映逻辑层、物理层和数据包在这两层间的转发情况；逻辑层是一个权重网络，链路的粗细表示链路权重的大小，假设有一个数据包在节点
Figure BDA0002482069170000072
处生成，而它的目标节点是
Figure BDA0002482069170000073
Figure BDA0002482069170000074
和
Figure BDA0002482069170000075
组成的逻辑路由路径的总权重值是最小的，即
Figure BDA0002482069170000076
以此路径进行路由；而在物理层上，该数据包通过物理链路
Figure BDA0002482069170000077
和
Figure BDA0002482069170000078
到达目标节点，所以，采用本实施例中的路由方法能够成功避免数据包经过物理层的Hub节点
Figure BDA0002482069170000081
从而缓解了网络中的节点拥塞问题。
为了便于理解，请参与图3，本申请中还提供了一种基于权重计算的网络路由装置的实施例，包括：
生成模块301，用于根据预置源节点和预置目标节点生成多条逻辑路由路径，每条逻辑路由路径包括多条逻辑链路；
计算模块302，用于根据物理层的节点度计算每条逻辑链路的权重，得到链路权重值，链路权重值与节点度之间为正相关关系；
选择路由模块303，用于将预置数据包按照最小的总权重值对应的最佳逻辑路由路径进行路由，总权重值为每条逻辑路由路径中的所有逻辑链路的链路权重值之和。
进一步地，还包括：
准备模块304，用于根据预置时间步长生成多个预置数据包，并将预置数据包放置在预置源节点的队列末端。
进一步地，还包括：
备选路由模块305，用于如果最小的总权重值存在两个或者多个，则选择长度最小的逻辑路由路径作为最佳逻辑路由路径。
进一步地，还包括：
物理层路由模块306，用于通过最短路径法根据预置源节点和预置目标节点在物理层中选择最短物理路径；
将预置数据包根据最短物理路径进行路由。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或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，包括若干指令用以通过一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(英文全称：Read-OnlyMemory，英文缩写：ROM)、随机存取存储器(英文全称：Random Access Memory，英文缩写：RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种基于权重计算的网络路由方法，其特征在于，包括：
根据预置源节点和预置目标节点生成多条逻辑路由路径，每条所述逻辑路由路径包括多条逻辑链路；
根据物理层的节点度计算每条所述逻辑链路的权重，得到链路权重值，所述链路权重值与所述节点度之间为正相关关系；
将预置数据包按照最小的总权重值对应的最佳逻辑路由路径进行路由，所述总权重值为每条所述逻辑路由路径中的所有所述逻辑链路的所述链路权重值之和。
2.根据权利要求1所述的基于权重计算的网络路由方法，其特征在于，所述根据预置源节点和预置目标节点生成多条逻辑路由路径，之前还包括：
根据预置时间步长生成多个所述预置数据包，并将所述预置数据包放置在所述预置源节点的队列末端。
3.根据权利要求1所述的基于权重计算的网络路由方法，其特征在于，所述根据物理层的节点度计算每条所述逻辑链路的权重，得到链路权重值，包括：
根据预置权重公式计算每条所述逻辑链路的权重，得到链路权重值，所述预置权重公式为：
Figure FDA0002482069160000011
其中，
Figure FDA0002482069160000012
为第t个物理层节点
Figure FDA0002482069160000013
的度，β是预置策略参数，n为物理层节点数量。
4.根据权利要求1所述的基于权重计算的网络路由方法，其特征在于，所述将预置数据包按照最小的总权重值对应的最佳逻辑路由路径进行路由，还包括：
如果最小的所述总权重值存在两个或者多个，则选择长度最小的所述逻辑路由路径作为所述最佳逻辑路由路径。
5.根据权利要求1所述的基于权重计算的网络路由方法，其特征在于，所述将预置数据包按照最小的总权重值对应的最佳逻辑路由路径进行路由，还包括：
通过最短路径法根据所述预置源节点和所述预置目标节点在物理层中选择最短物理路径；
将所述预置数据包根据所述最短物理路径进行路由，直至到达所述预置目标节点。
6.根据权利要求5所述的基于权重计算的网络路由方法，其特征在于，所述将所述预置数据包根据所述最短物理路径进行路由，还包括：
在按照先进先出的原则进行路由的情况下，如果物理层节点的所述预置数据包的数量超过阈值，则所述阈值之后的所述预置数据包排队等待，所述阈值为物理层节点发送数据包的速率。
7.一种基于权重计算的网络路由装置，其特征在于，包括：
生成模块，用于根据预置源节点和预置目标节点生成多条逻辑路由路径，每条所述逻辑路由路径包括多条逻辑链路；
计算模块，用于根据物理层的节点度计算每条所述逻辑链路的权重，得到链路权重值，所述链路权重值与所述节点度之间为正相关关系；
选择路由模块，用于将预置数据包按照最小的总权重值对应的最佳逻辑路由路径进行路由，所述总权重值为每条所述逻辑路由路径中的所有所述逻辑链路的所述链路权重值之和。
8.根据权利要求7所述的基于权重计算的网络路由装置，其特征在于，还包括：
准备模块，用于根据预置时间步长生成多个所述预置数据包，并将所述预置数据包放置在所述预置源节点的队列末端。
9.根据权利要求7所述的基于权重计算的网络路由装置，其特征在于，还包括：
备选路由模块，用于如果最小的所述总权重值存在两个或者多个，则选择长度最小的所述逻辑路由路径作为所述最佳逻辑路由路径。
10.根据权利要求7所述的基于权重计算的网络路由装置，其特征在于，还包括：
物理层路由模块，用于通过最短路径法根据所述预置源节点和所述预置目标节点在物理层中选择最短物理路径；
将所述预置数据包根据所述最短物理路径进行路由。
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