CN111628930A - 一种基于标签的中药材种植监测信息重路由方法 - Google Patents

Abstract

一种基于标签的中药材种植监测信息重路由方法，包括以下步骤，S1：将包含预先计算的路由路径和备用下一跳的数据包标签嵌入到传入数据包中；S2：数据包在路由路径中进行转发的过程中，若确认存在有路由器中断，则路由路径中的首个路由节点将执行重路由法推断受中断影响的数据包并为其规划新路径，最后通过规划的新路径重新路由受中断影响的数据包。借由上述技术方案，本发明通过数据包标签加速重路由，将数据平面的标签嵌入到每个传入的数据包中，并通过两阶段转发表来实现重路由，使得药材种植基地的各路由监测点如果出现路由转发中断故障时，可迅速通过新建立的路由路径转发所需数据包。

Description

一种基于标签的中药材种植监测信息重路由方法

技术领域

本发明属于网络通信技术领域，特别涉及一种基于标签的中药材种植监测信息重路由方法。

背景技术

随着国民水平不断提升，健康理念逐渐深入人心，人民对健康的需求变得迫切，传统中药材的需求量日益增加，这促使了中药材种植行业的蓬勃发展。大面积的中药材种植需要建立多个网络监测点来不断的获取各类药材的生长状态，并及时的将信息汇总反馈给技术人员进行合理化、最优化的种植。因此，在此监测网络中各个监测节点的连接性是我们信息准确性的保障。根据调查显示大型网络每天会产生数十个故障或配置变化，每个都可能破坏数千个目标的传输流量。尽管目前商业化运营的网络具有良好的可恢复性，但网络运营商仍面临大量网络中断问题带来的困扰。

由于互联网全球性，无管制，复杂和分散的特征，准确评估路由节点中断之后的可恢复性是较困难的。中断由许多原因造成，如接口故障，软件缺陷，攻击等。即使在维护良好的网络中，中断也是无法完全避免的，因此在短时间内恢复中断的服务显得尤为迫切。中断恢复的根本问题是如何用一条新的路径替换损坏的路径。当前网络中针对此问题使用的主要方法之一是重路由。重路由技术是通过启用路由保护来解决中断问题的。

由于IP路由协议(类似OSPF)是全局的和反应性的，所以对中断具有较慢的路由收敛过程。在此背景下，为使路由不受中断的影响，提出一种快速路由重路由方法，该方法不需要等待路由协议的收敛，而是可以快速地将流量切换到备份下一跳或备份路径来实现重路由。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提出了一种基于标签的中药材种植监测信息重路由方法，通过数据包标签加速数据平面更新来实现快速重路由。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现。依据本发明提出的一种基于标签的中药材种植监测信息重路由方法，包括以下步骤：

S1：将包含预先计算的路由路径和备用下一跳的数据包标签嵌入到传入数据包中；

S2：数据包在路由路径中进行转发的过程中，若确认存在有路由器中断，则路由路径中的首个路由节点将执行重路由法推断受中断影响的数据包并为其规划新路径，最后通过规划的新路径重新路由受中断影响的数据包。

步骤S1中，将包含预先计算的路由路径和备用下一跳的数据包标签嵌入到传入数据包中具体包括以下步骤：

S101：首先不断预先计算每个路由器的备份下一跳及每个数据包的路由路径，以便在路由中断的情况下使用；对每个ip前缀执行此计算，并考虑相应路由器上的任何路由链路，为实现更快的故障转移，则扩展不相交的故障转移路径；

S102：将预先计算的路由路径、备用下一跳及转发规则嵌入在标签中，标签被嵌入到每个传入数据包中；

S103：路由器根据标签通过两阶段转发表实现重路由；对于每个路由路径深度，有一个主下一跳和备用下一跳，它们被嵌入到两阶段转发表的第一阶段的传入数据包中；使用与安装在数据包上的数据平面标签相匹配的单一转发规则，该单一转发规则指路由器本身的转发规则，此单一转发规则嵌入在两阶段转发表的第二阶段。

步骤S2中，在确定存在中断的路由器之后，该路由路径中的首个路由器运行重路由法从而快速识别一组可能受影响的ip前缀；然后，所有受影响的前缀都经过预处理后重定向到预计算的备用下一跳；当需要重路由时，只需向转发表中添加一个高优先级的转发规则即可实现重路由。

所述高优先级的转发规则包括以下内容：

路由器通过两阶段转发表加速数据平面更新，第一阶段包含标签遍历数据包的规则，标签有两个信息：(i)正在转发的路由路径；(ii)下一跳，且该下一跳包括路由器被中断时使用的备用下一跳或路由器正常运行时使用的主下一跳；第二阶段根据第一阶段标签形成数据包转发规则，通过匹配标签，源端路由器获取经过中断路由器的所有数据包，并将其重新路由到预计算的备用下一跳；其中源端路由器指对应路由路径上的首个路由器。

进一步的，将两阶段转发表中第一阶段的标签进行编码，编码方案包括：将标签划分为两部分，第一部分是对所有传入数据包的路由路径进行编码；第二部分是对所有路由路径的备用下一跳进行编码。

步骤S2中所述的重路由法用于识别受中断影响的IP前缀，并对其进行路径更新以恢复中断的连接，该重路由法具体包括以下步骤：

S201：判断中断路由器是否存在于路由器集合中，如果中断的路由器不在路由器集合中，则从中断集中删除此路由器；否则，执行步骤202；

S202：遍历所有路由路径，以确定路由路径是否包含中断的路由器，如果路径包含中断路由器，则将此位置的主下一跳替换为备用下一跳，否则，将此路由器的检测频率降低到检测阶段，甚至从中断列表中删除此路由器；

S203：当前路由路径更新后，直接使用新路由路径转发，无需等待其他数据包更新路由路径，重路由结束。

借由上述技术方案，本发明应用在大面积的中药材种植基地所建立的多个网络监测点，通过一种数据平面编码方案实现快速重路由，本发明通过数据包标签加速数据平面更新，将数据平面的标签嵌入到每个传入的数据包中，并通过两阶段转发表来实现重路由，使得药材种植基地的各监测点如果出现路由转发中断故障，可以迅速通过新建立的路由路径转发所需数据包。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1是本发明重路由工作流程图。

图2是本发明中路由器转发路径示意图。

图3是本发明中标签格式的示意图。

图4是本发明中重路由法的流程示意图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例作进一步的详细说明。

如图1至图4，本发明提出一种基于标签的中药材种植监测信息重路由方法，包括以下步骤：

S1：将包含预先计算的路由路径和备用下一跳的数据包标签嵌入到传入数据包中以加速数据平面更新

S2：数据包在正常路由路径中进行转发的过程中，若确认存在路由器中断后，则路由路径中的首个路由器将执行重路由法推断受中断影响的数据包并为其规划新路径，最后通过规划的新路径重新路由受中断影响的数据包，具体如图1所示。本实施例中，在图2的路由路径中假设确定路由器5(简称R5，下同)中断，路由器1将执行重路由法推断受中断影响的数据包并为其规划新路径，最后重新路由受中断影响的数据包。

本实施例中，将包含预先计算的路由路径和备用下一跳的数据包标签嵌入到传入数据包中具体包括以下步骤：

步骤S101：首先需要不断预先计算路由器的备份下一跳及每个ip前缀的路由路径，以便在路由中断的情况下使用。本发明对每个ip前缀执行此计算，并考虑了相应路由器上的任何链路。为了实现更快的故障转移，本实施例扩展了不相交的故障转移路径。例如，在图2中，为了在R5失败时重新路由R7和R8的10k前缀，R1选择R3或R4作为备用下一跳，然而R4可以直接绕过R5到后面的路由器，所以选择R4作为R5的备份下一跳。

数据包传递是根据目标ip地址进行传递，ip前缀表示与地址的网络部分相对应的ip地址部分，可用其识别不同的数据包。

步骤S102：路由器每个ip前缀基础上更新数据平面规则来执行重路由操作，同时通过数据包标签加速数据平面更新，标签被嵌入到每个传入的数据包中，标签中包含了预先计算的路由路径、备用下一跳及转发规则。

步骤S103：路由器通过两阶段转发表实现重路由。对于每个路径深度，有一个主下一跳和备用下一跳，它们被嵌入到两阶段转发表的第一阶段的传入数据包中；使用与安装在数据包上的数据平面标签相匹配的单一转发规则，此单一转发规则嵌入在两阶段转发表的第二阶段。其中单一转发规则指路由器本身的转发规则。

在知道R5中断之后，R1运行的重路由法可以快速识别一组可能受影响的ip前缀。然后，所有受影响的前缀都经过预处理后重定向到预计算的备用下一跳。当需要重路由时，只需要向转发表中添加一个高优先级的转发规则即可实现重路由。

下面详细说明了本发明使用的两阶段转发表中的转发规则和标签的编码方案。

(一)转发规则

本发明重路由方法使用了数据包标签。路由器通过两阶段转发表加速数据平面更新。第一阶段包含标签遍历数据包的规则。标签有两个信息：(i)正在转发的路由路径；(ii)下一跳(路由器被中断时使用的备用下一跳，或路由器正常运行时使用的主下一跳)。第二阶段根据第一阶段标签形成数据包转发规则，通过匹配标签，源端路由器获取经过中断路由器的所有数据包，并将其重新路由到预计算的备用下一跳；其中源端路由器指对应路由路径上的首个路由器。

例如，本实施例描述了R1路由器转发表的规则，转发表的第一阶段添加标签的规则与使用的路由路径一致。由于R8转发的前缀的路径是(1、2、5、6、8)，它包含以下规则，

match(dst_prefix:inR8)＞＞set(tag:10011 11100)。

标签的第一部分(10011)用于标识路由路径，它映射路由路径的特定子集到给定位置。第一个位置表示R1，这个位被设置为1，类似地，第二位和第三位表示路由路径中的R2、R5，依此类推。标签的第二部分(11100)用于编码主下一跳和备用下一跳。第一位标识主跳，第二位和第三位分别用于识别当R2、R5中断时使用的备用下一跳。

在R5中断之前，第二阶段只涉及与路由路径一致的转发规则。即,

match(tag:1****1****)＞＞fwd(1)。

当R5中断后，本发明不是在第一阶段完全修改它,而是在第二阶段添加一个单一的高优先级转发规则，即

match(tag:**0****1**)＞＞fwd(4)。

添加的转发规则利用标签的结构重新路由受影响的6K前缀流量，受影响的6K前缀流量包括R2和R5。标签中的正则表达式匹配所有数据包，即R5是路由路径中的第3个位置(即标记以**0**开始)，且备用下一跳为R4(即标签以**1**结尾)，这包括R6，R7和R8路由上的流量。

(二)编码方案

本实施例将转发表第一阶段的标签划分为两部分：第一部分是对传入数据包的路由路径进行编码；第二部分是对所有路由路径的下一跳进行编码，如图3所示。

(1)编码路由路径：首先，标签对每个数据包的路由路径进行编码。本实施例考虑了与最优路由相关的路由路径，并将路由器的位置存储在每个前缀的路由路径中。任何路由路径中的第一跳都被表示为主要的下一跳，因此位置1不需要建模。对于每个路由器的邻居节点，本实施例有不同的路由路径标识符。通过观察路由路径可知，许多路由路径较短，因此允许编码完整路径。而对于较长的路径，只需要对路由路径的前几个位置进行编码，因为中间节点可能知道它后面的备用路径。

(2)编码备用下一跳：图3显示了R8的5K前缀和R6的1K前缀的路径标签。标签的第二部分用于标识每个路由路径被编码的主下一跳和备用下一跳。对于每个前缀P，P的路由路径中的第一跳均标记为主下一跳。例如，R8的5K前缀的主下一跳是R1，并且路由路径是(1，2，5，6，8)。为了防止R5的中断影响路由转发，选择R4为备用下一跳。当因中断更新路径时，如果路径中出现相同的路由(即图3中下方P5所表示的转发路径)，将直接合并两跳。如果相邻的两跳不连接，则将在两跳之间添加一个连接节点。

在路由路径的数量和路由器可以编码的备用下一跳跳数之间有一个基本的权衡，分配更多的位来指示路由路径，允许路由器覆盖更多故障。同时，可分配更多的位来指示下一跳，允许路由器将流量重新路由到更多的备份下一跳。如果本发明支持到深度3，则需要将分配给下一跳的位划分为4个部分(1个主下一跳加3个备用下一跳)。若编码下一跳后有剩余比特，则可以用于编码路由路径。

步骤S2中的具体重路由方法如下所述：

如图4所示，重路由法用于识别受中断影响的ip前缀，并对其进行路径更新以恢复中断的连接。重路由法的具体过程为：

S201：判断中断路由器是否存在于路由器集合中，如果中断的路由器不在路由器集合中，从中断集中删除此路由器；否则，执行步骤202；

S202：遍历所有路由路径，以确定路由路径是否包含中断的路由器，如果路径包含中断路由器，则将此位置的主下一跳替换为备用下一跳，否则，将此路由器的检测频率降低到检测阶段，甚至从中断列表中删除此路由器；

本步骤中，将此路由器的检测频率降低到检测阶段是指：路由路径中的路由器中断之前是不断要对路由状态进行探测，而本发明做的是中断后的工作，该检测阶段指的是中断前的检测，不在本发明的工作范围。

S203：当前路由路径更新后，直接使用新路由路径转发，无需等待其他数据包更新路由路径，重路由结束。

本实施例应用于中药材种植监测区域内时，每个中药材品种的种植区域都会设置一个监测点，并对应一个记录该地点信息的设备，用于监测、记录该品种的种植信息。如果同一品种药材种植区域较大，也可在该药材种植区域内设置多个监测点，中药材种植监测区域内将会存在多个监测设备。多个设备之间互相连接，并互相可传递信息。此情景与ip网络的网络连接类似，多个路由建立连接，之后网络转发数据。中药材种植监测的每个监测设备就与路由相对应，互相连接，之后再转发数据。因此可借助本发明重路由方法，可以在各类药材种植区域的监测点出现故障的情况下，重新建立新的连接路径，及时恢复受中断影响的含有对应药材监测信息的数据包的连接，保障数据的正确、安全的传递。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (6)

1.一种基于标签的中药材种植监测信息重路由方法，其特征在于包括以下步骤：

S1：将包含预先计算的路由路径和备用下一跳的数据包标签嵌入到传入数据包中；

S2：数据包在路由路径中进行转发的过程中，若确认存在有路由器中断，则路由路径中的首个路由节点将执行重路由法推断受中断影响的数据包并为其规划新路径，最后通过规划的新路径重新路由受中断影响的数据包。

2.根据权利要求1所述的一种基于标签的中药材种植监测信息重路由方法，其特征在于：步骤S1中，将包含预先计算的路由路径和备用下一跳的数据包标签嵌入到传入数据包中具体包括以下步骤：

S101：首先不断预先计算每个路由器的备份下一跳及每个数据包的路由路径，以便在路由中断的情况下使用；对每个ip前缀执行此计算，并考虑相应路由器上的任何路由链路，为实现更快的故障转移，则扩展不相交的故障转移路径；

S102：将预先计算的路由路径、备用下一跳及转发规则嵌入在标签中，标签被嵌入到每个传入数据包中；

S103：路由器根据标签通过两阶段转发表实现重路由；对于每个路由路径深度，有一个主下一跳和备用下一跳，它们被嵌入到两阶段转发表的第一阶段的传入数据包中；使用与安装在数据包上的数据平面标签相匹配的单一转发规则，该单一转发规则指路由器本身的转发规则，此单一转发规则嵌入在两阶段转发表的第二阶段。

3.根据权利要求2所述的一种基于标签的中药材种植监测信息重路由方法，其特征在于：步骤S2中，在确定存在中断的路由器之后，该路由路径中的首个路由器运行重路由法从而快速识别一组可能受影响的ip前缀；然后，所有受影响的前缀都经过预处理后重定向到预计算的备用下一跳；当需要重路由时，只需向转发表中添加一个高优先级的转发规则即可实现重路由。

4.根据权利要求3所述的一种基于标签的中药材种植监测信息重路由方法，其特征在于：所述高优先级的转发规则包括以下内容：

路由器通过两阶段转发表加速数据平面更新，第一阶段包含标签遍历数据包的规则，标签有两个信息：(i)正在转发的路由路径；(ii)下一跳，且该下一跳包括路由器被中断时使用的备用下一跳或路由器正常运行时使用的主下一跳；第二阶段根据第一阶段标签形成数据包转发规则，通过匹配标签，源端路由器获取经过中断路由器的所有数据包，并将其重新路由到预计算的备用下一跳；其中源端路由器指对应路由路径上的首个路由器。

5.根据权利要求4所述的一种基于标签的中药材种植监测信息重路由方法，其特征在于：将两阶段转发表中第一阶段的标签进行编码，该编码方案包括：将标签划分为两部分，其中第一部分是对所有传入数据包的路由路径进行编码；第二部分是对所有路由路径的备用下一跳进行编码。

6.根据权利要求5所述的一种基于标签的中药材种植监测信息重路由方法，其特征在于：步骤S2中所述的重路由法用于识别受中断影响的ip前缀，并对其进行路径更新以恢复中断的连接，该重路由法具体包括以下步骤：

S201：判断中断路由器是否存在于路由器集合中，如果中断的路由器不在路由器集合中，则从中断集中删除此路由器；否则，执行步骤202；

S202：遍历所有路由路径，以确定路由路径是否包含中断的路由器，如果路径包含中断路由器，则将此位置的主下一跳替换为备用下一跳，否则，将此路由器的检测频率降低到检测阶段，甚至从中断列表中删除此路由器；

S203：当前路由路径更新后，直接使用新路由路径转发，无需等待其他数据包更新路由路径，重路由结束。

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