CN113891399A - 一种面向负载均衡的多径加权调度olsr路由方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种面向负载均衡的多径加权调度OLSR路由方法，一种面向负载均衡的多径加权调度OLSR路由方法，其特征在于：包括多径路由，所述多径路由包含基于拓扑与链路信息生成多条路由路径的多径路由计算模块和发送业务时进行路径调度的多径调度模块；还包括步骤一、备选路径计算模块；步骤二、基于加权轮询算法的启发式备选路径优化选择机制。本发明针对OLSR协议通信网络中存在的业务负载不均衡问题，采用基于节点负载度与最小跳数结合的多径路由算法与基于路径负载度的加权路由调度算法，将业务信息分散与不同的路由路径中，从而达到均衡网络负载，提升网络性能的效果。
Description
技术领域
本发明涉及OLSR路由协议技术领域，具体涉及一种面向负载均衡的多径加权调度OLSR路由方法。
背景技术
OLSR路由协议(Optimized Link State Routing)是一种运用于无线自组织通信网络中的先验式的路由协议，是基于传统链路状态算法面向自组织网络所提出的一类路由协议，能够有效降低信令开销，保证网络的正常通信。
其中OLSR的核心技术是MPR节点机制，MPR节点作为OLSR中的一类特殊节点，只有此类节点可以发送链路状态通告，告知其他节点自己所知的网络拓扑信息，并且只有此类节点可以转发从其他节点发来的数据报文，因而通过MPR选择机制，只挑选必要的节点负责数据报文的中继转发与拓扑信息扩散，减少网络的信令开销，提高网络扩展性。
现有技术中，中国专利申请号为CN201210044565.0，提出的“一种基于链路拥塞度的动态多径OLSR路由方法”中提供了一种与本发明相似的多径路由方法，其中引入了链路拥塞度信息，使节点在进行中继转发的时候将拥塞度情况作为参考，为路由加入了负载适应性；同时加入了按需路由的多径机制，在局部拓扑负载达到一定压力的时候启动机制，寻找避开负载过重节点的备选路径进行传输，以缓解网络拥塞。
目前，现有的各类OLSR路由方法，由于OLSR限定了只能通过少量的MPR节点进行数据报文的中继转发，在业务量较大的时候，会出现业务负载不均衡的情况，导致某些节点负载过大，产生网络瓶颈，阻碍网络性能与扩展性。为此，我们提出一种面向负载均衡的多径加权调度OLSR路由方法。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述问题，提供一种面向负载均衡的多径加权调度OLSR路由方法，通过计算相交性尽可能小的备选路径进行多径路由调度，充分利用不同的链路资源，将业务流量根据网络负载情况均匀地分配到不同链路以解决此类问题。
为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明是通过以下技术方案实现：
一种面向负载均衡的多径加权调度OLSR路由方法，包括多径路由，所述多径路由包含基于拓扑与链路信息生成多条路由路径的多径路由计算模块和发送业务时进行路径调度的多径调度模块；
还包括步骤一、备选路径计算模块：
备选路径计算模块的功能为计算从本节点到达目的节点的多条尽可能不相交的路；
在计算多路径时，以负载与路径跳数作为指标，在找到一条跳数和负载情况尽可能好的路径后，通过对原拓扑进行调整找出另外n-1条较好的路径；
考虑以一条路径的所有节点中，负载最大的节点的负载作为衡量路径负载的指标，则一条路径的负载参数可以表示为
Load(Route)＝max Load(nodes in Route)；
考虑多径路由算法基于Dijkstra算法设计，将链路负载作为链路的路由开销权重；
步骤二、基于加权轮询算法的启发式备选路径优化选择机制：
在该机制下其基本流程如下：
e)定义每条路径在t时刻的权重系数为,其中K为一个较大的数字
当t＝0时，对于每条路径l，定义TIl＝0；令sI(t)＝∑l∈n Il(t)，I′l＝Il(0)，sI′＝sI(0)；
f)令TIl＝TIl+I′l，根据TIl值对所有备选路径进行排序，找到权重最大的路径k，并将数据通过路径k传输；同时更新路径k的权重为TIk＝TIk-sI′；
g)令t＝t+Δt，如果(t)mod(T)＝0，更新I′l＝Il(t)，sI′＝sI(t),并重复步骤2；如果(t)mod(T)≠0，则重复步骤f)；
h)重复步骤f)和g)直至业务发送完毕。
优选地，允许节点有交叉的多路径计算算法，其基本步骤如下：
a)首先，将本节点的所有一跳邻居加入其中路由表R，对加入的一跳邻居Ni，其路径负载值Load(S-Ni)为inf，路由跳数hop＝1；
b)遍历二跳邻居N2，若
则将N2加入R表，其下一跳节点为可达N2的一跳邻居N1，路径负载值Load(S-N2)为Load(N1)，路由跳数hop＝2；若R中已有到N2的路由，且R中存储的路径负载Load(S-N2)-δ>Load(N1)，则将到达N2的路由的下一跳更新为N1，路径负载值Load(S-N2)更新为Load(N1)，否则不更新；
c)当i＝3，进一步地，开始遍历R中跳数为i-1的节点Ni-1的可达节点Ni；若
则将Ni加入R表，其下一跳节点为可达Ni的节点Ni-1，路径负载值Load(S-Ni)为min(Load(Ni-1)，Load(S-Ni-1))，路由跳数hop＝i；若R中存在到达Ni的路由，且R中存储的路径负载Load(S-Ni)-(k-i)*δ>Load(Ni-1)，则将到达Ni的路由的下一跳更新为Ni-1，路径负载值Load(S-Ni)更新为min(Load(Ni-1)，Load(S-Ni-1))，否则不更新；
d)令i＝i+1，重复步骤c)的计算过程，若没有新的节点可以加入，则找到S到达D的负载最小的路径；输出该路径并清空R表，同时将该路径中的每条链路的负载增加α，若某条链路的总的负载值超过了预设的阈值h，则将该条链路删除；重新回到步骤a)进行路径的发现和计算，若没有找到S到D的可达路径或者路径数达到最大值n，则停止计算。
基于上述技术特征，通过允许交叉的多路径计算方法，可能得到源节点到目的节点的多条具有交叉节点的备选路径，由于在计算备选路径时，我们会优先剔除负载过高的节点，所以往往交叉节点都是负载较低的节点，不会造成网络中有节点因为同时属于多条传输路径而负载过大的问题。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
第一：路由计算方面本身加入了节点负载度信息，使得计算的路由不只是关注最小路由跳数，同时关注节点负载，在全局角度提高了网络路由的负载自适应性。
第二：多径调度方面以路由路径的负载度作为参考加权调度，能够随着网络的负载情况动态调整不同路径上的业务分配，也可在网络拥塞没有发生之前就对网络负载进行优化，能够提高网络稳定性，同时充分利用空闲节点资源，提高网络生存时间。
当然，实施本发明的任一产品并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的技术方案，下面将对实施例描述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为本发明的允许一定耦合的多径路由计算流程图；
图2为本发明的加权轮询调度算法流程图。
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它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供一种技术方案：一种面向负载均衡的多径加权调度OLSR路由方法，包括多径路由，多径路由包含基于拓扑与链路信息生成多条路由路径的多径路由计算模块和发送业务时进行路径调度的多径调度模块；
多径路由协议通过协同考量网络拓扑与负载情况，在路由计算时同时计算得到K个尽可能低耦合的最优路由路径，动态的选择备选路径进行业务传递，实现网络业务负载的均匀分布。在平衡网络负载，提高网络性能与生存时间的同时，多径方法也可以提高网络拓扑变化剧烈时，业务传输的稳定性。
还包括步骤一、备选路径计算模块：
备选路径计算模块的功能为计算从本节点到达目的节点的多条尽可能不相交的路；
在计算多路径时，以负载与路径跳数作为指标，在找到一条跳数和负载情况尽可能好的路径后，通过对原拓扑进行调整找出另外n-1条较好的路径；
考虑以一条路径的所有节点中，负载最大的节点的负载作为衡量路径负载的指标，则一条路径的负载参数可以表示为
Load(Route)＝max Load(nodes in Route)；
考虑多径路由算法基于Dijkstra算法设计，将链路负载作为链路的路由开销权重；
允许节点有交叉的多路径计算算法，如图1所示，其基本步骤如下：
a)首先，将本节点的所有一跳邻居加入其中路由表R，对加入的一跳邻居Ni，其路径负载值Load(S-Ni)为inf，路由跳数hop＝1；
b)遍历二跳邻居N2，若
则将N2加入R表，其下一跳节点为可达N2的一跳邻居N1，路径负载值Load(S-N2)为Load(N1)，路由跳数hop＝2；若R中已有到N2的路由，且R中存储的路径负载Load(S-N2)-δ>Load(N1)，则将到达N2的路由的下一跳更新为N1，路径负载值Load(S-N2)更新为Load(N1)，否则不更新；
c)当i＝3，进一步地，开始遍历R中跳数为i-1的节点Ni-1的可达节点Ni；若
则将Ni加入R表，其下一跳节点为可达Ni的节点Ni-1，路径负载值Load(S-Ni)为min(Load(Ni-1)，Load(S-Ni-1))，路由跳数hop＝i；若R中存在到达Ni的路由，且R中存储的路径负载Load(S-Ni)-(k-i)*δ>Load(Ni-1)，则将到达Ni的路由的下一跳更新为Ni-1，路径负载值Load(S-Ni)更新为min(Load(Ni-1)，Load(S-Ni-1))，否则不更新；
d)令i＝i+1，重复步骤c)的计算过程，若没有新的节点可以加入，则找到S到达D的负载最小的路径；输出该路径并清空R表，同时将该路径中的每条链路的负载增加α，若某条链路的总的负载值超过了预设的阈值h，则将该条链路删除；重新回到步骤a)进行路径的发现和计算，若没有找到S到D的可达路径或者路径数达到最大值n，则停止计算。
通过允许交叉的多路径计算方法，可能得到源节点到目的节点的多条具有交叉节点的备选路径。由于在计算备选路径时，我们会优先剔除负载过高的节点，所以往往交叉节点都是负载较低的节点，不会造成网络中有节点因为同时属于多条传输路径而负载过大的问题。
步骤二、基于加权轮询算法的启发式备选路径优化选择机制：
如图2所示，在该机制下其基本流程如下：
e)定义每条路径在t时刻的权重系数为,其中K为一个较大的数字
当t＝0时，对于每条路径l，定义TIl＝0；令sI(t)＝∑l∈n Il(t)，I′l＝Il(0)，sI′＝sI(0)；
f)令TIl＝TIl+I′l，根据TIl值对所有备选路径进行排序，找到权重最大的路径k，并将数据通过路径k传输；同时更新路径k的权重为TIk＝TIk-sI′；
g)令t＝t+Δt，如果(t)mod(T)＝0，更新I′l＝Il(t)，sI′＝sI(t),并重复步骤2；如果(t)mod(T)≠0，则重复步骤f)；
h)重复步骤f)和g)直至业务发送完毕。
通过上述加权轮询的方式，可以以链路的负载为参考，将业务数据以较为均衡的方式通过不同的路径进行传输。
多径路由的调度方面还可以使用其他方法进行实现，如遗传算法、蚁群算法以及深度强化学习算法等作为替代方案。
本发明设计合理，通过对传统OLSR协议路由方法进行改进，改变OLSR路由其原本只关注最小跳数路径的特性，将网络节点的业务负载纳入考量，并设计了多径路由算法，通过规划同一业务通过不同路径进行传输，以及设计了基于加权轮询的多径调度算法，从而共同作用，来避免网络拥塞等因负载不均衡而出现的问题。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (2)
1.一种面向负载均衡的多径加权调度OLSR路由方法，其特征在于：包括多径路由，所述多径路由包含基于拓扑与链路信息生成多条路由路径的多径路由计算模块和发送业务时进行路径调度的多径调度模块；
还包括步骤一、备选路径计算模块：
备选路径计算模块的功能为计算从本节点到达目的节点的多条尽可能不相交的路；
在计算多路径时，以负载与路径跳数作为指标，在找到一条跳数和负载情况尽可能好的路径后，通过对原拓扑进行调整找出另外n-1条较好的路径；
考虑以一条路径的所有节点中，负载最大的节点的负载作为衡量路径负载的指标，则一条路径的负载参数可以表示为
Load(Route)＝max Load(nodes in Route)；
考虑多径路由算法基于Dijkstra算法设计，将链路负载作为链路的路由开销权重；
步骤二、基于加权轮询算法的启发式备选路径优化选择机制：
在该机制下其基本流程如下：
e)定义每条路径在t时刻的权重系数为,其中K为一个较大的数字
当t＝0时，对于每条路径l，定义TIl＝0；令sI(t)＝∑l∈nIl(t)，I′l＝Il(0)，sI′＝sI(0)；
f)令TIl＝TIl+I′l，根据TIl值对所有备选路径进行排序，找到权重最大的路径k，并将数据通过路径k传输；同时更新路径k的权重为TIk＝TIk-sI′；
g)令t＝t+Δt，如果(t)mod(T)＝0，更新I′l＝Il(t)，sI′＝sI(t),并重复步骤2；如果(t)mod(T)≠0，则重复步骤f)；
h)重复步骤f)和g)直至业务发送完毕。
2.根据权利要求1所述的一种面向负载均衡的多径加权调度OLSR路由方法，其特征在于：允许节点有交叉的多路径计算算法，其基本步骤如下：
a)首先，将本节点的所有一跳邻居加入其中路由表R，对加入的一跳邻居Ni，其路径负载值Load(S-Ni)为inf，路由跳数hop＝1；
b)遍历二跳邻居N2，若
则将N2加入R表，其下一跳节点为可达N2的一跳邻居N1，路径负载值Load(S-N2)为Load(N1)，路由跳数hop＝2；若R中已有到N2的路由，且R中存储的路径负载Load(S-N2)-δ>Load(N1)，则将到达N2的路由的下一跳更新为N1，路径负载值Load(S-N2)更新为Load(N1)，否则不更新；
c)当i＝3，进一步地，开始遍历R中跳数为i-1的节点Ni-1的可达节点Ni；若
则将Ni加入R表，其下一跳节点为可达Ni的节点Ni-1，路径负载值Load(S-Ni)为min(Load(Ni-1)，Load(S-Ni-1))，路由跳数hop＝i；若R中存在到达Ni的路由，且R中存储的路径负载Load(S-Ni)-(k-i)*δ>Load(Ni-1)，则将到达Ni的路由的下一跳更新为Ni-1，路径负载值Load(S-Ni)更新为min(Load(Ni-1)，Load(S-Ni-1))，否则不更新；
d)令i＝i+1，重复步骤c)的计算过程，若没有新的节点可以加入，则找到S到达D的负载最小的路径；输出该路径并清空R表，同时将该路径中的每条链路的负载增加α，若某条链路的总的负载值超过了预设的阈值h，则将该条链路删除；重新回到步骤a)进行路径的发现和计算，若没有找到S到D的可达路径或者路径数达到最大值n，则停止计算。
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Application publication date: 20220104 Assignee: CHINA TECHNOLOGY EXCHANGE Co.,Ltd. Assignor: BEIJING HUIQING TECHNOLOGY Co.,Ltd. Contract record no.: X2023110000144 Denomination of invention: A Multipath Weighted Scheduling OLSR Routing Method for Load Balancing Granted publication date: 20230801 License type: Exclusive License Record date: 20231201 |
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Denomination of invention: A Multipath Weighted Scheduling OLSR Routing Method for Load Balancing Effective date of registration: 20231206 Granted publication date: 20230801 Pledgee: CHINA TECHNOLOGY EXCHANGE Co.,Ltd. Pledgor: BEIJING HUIQING TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2023110000515 |