CN117857441A - 一种基于a星算法的路由器标签交换路径规划方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于A星算法的路由器标签交换路径规划方法，包括以下步骤：构造标签交换的代价函数、利用A星算法计算从目标路由器到源路由器的最小度量标签交换路径，并存入对应的路由器中、实施标签交换；其有益效果为：通过引入A星算法，综合考虑实际代价和预期代价来选择最优路径，能够更好地适应网络拓扑的变化，并动态选择最优路径，直接影响传输延迟、数据包丢失率等关键性能指标，能够在实际应用中发挥重要作用，能够无视分段路由是否被启用来建立交换路径，解决了在路由器进行大量标签交换时的标签拥堵问题，解决了现有技术实现条件苛刻，可能会由于分层不规范导致无法实现最短路径的问题。

Description

一种基于A星算法的路由器标签交换路径规划方法

技术领域

本发明涉及计算机网络技术领域，尤其涉及一种基于A星算法的路由器标签交换路径规划方法。

背景技术

在计算机网络中，路由器是路由转发主要依靠的网络设备，其常用于连接不同网络，通过将网络中的数据包进行接收和发送实现网络的连接。路由器功能的实现往往是通过理解不同的路由协议实现的。例如，在局域网中通过理解IP/TCP协议，将IP数据包根据路由协议进行解析封装发送到目的路由器。通过利用不同的路由算法实现将数据包发送到指定位置。

路由器通过使用不同的路由协议实现不同网络拓扑结构，因此路由器也可以构建自己的网络拓扑。在接收到传入数据分组时，路由器检查分组内的密钥信息，并根据积累的拓扑信息转发分组。

多协议标签交换(MPLS)技术是一种标签转发技术，通过采用无连接的控制平面和面向连接的数据平面实现路由的传递以及标签的分发，以及实现报文在已建立的标签转发路径上的传输。实现MPLS技术的首要问题是建立标签转发路径(LSP)，而现有技术中实现的分组转发的标签交换协议往往是按照既定路径实现的，并没有考虑到LSP的最短路径进行标签交换，并且没有考虑路径的准确率。

公开号CN109257278B公开了用于建立分段路由标签交换路径(LSP)而不管沿着最短路径的路由器是否未针对分段路由被启用的技术，该技术具有以下缺陷：未考虑过无视分段路由是否被启用来建立交换路径，始终无法解决在路由器进行大量标签交换时的标签拥堵问题，以及分段路由在停用状态下很容易导致标签转发失败的问题。

公开号CN115865796A公开了路由器标签交换的路径规划方法，该方法通过设置路由矩阵，以目标路由器为中心建立分层路由矩阵，通过由内到外实时获得路由器的路径权重选择权重最大的三个路由作为每层的节点路由，直到实现与终点路由器进行标签交换，通过进行逆传输，实现标签交换，该技术具有以下缺陷，该标签交换方法要求必须构成路由矩阵，这个条件是相当苛刻的，有些情况下无法完成，并且可能会由于分层不规范导致无法实现最短路径，以及对于N<16的场景无法实现。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

鉴于上述的问题，提出了本发明。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种基于A星算法的路由器标签交换路径规划方法，包括以下步骤：

S1，构造标签交换的代价函数；

S2，利用A星算法计算从目标路由器到源路由器的最小度量标签交换路径，并存入对应的路由器中；

S3，实施标签交换。

作为本发明所述一种基于A星算法的路由器标签交换路径规划方法的一种优选方案，其中，若两路由器之间能够实现标签交换，则代价函数为：

f＝s*IO/v*B

若两路由器之间不能够实现标签交换，则代价函数为：

f＝C

其中，s代表路由器之间的实际距离，IO代表路由器的吞吐量，v代表线速转发率，B代表信道占用率，C代表一个较大的常数。

作为本发明所述一种基于A星算法的路由器标签交换路径规划方法的一种优选方案，其中：S2中最小度量标签交换路径具体为目标路由器到源路由器之间的最小代价路径。

作为本发明所述一种基于A星算法的路由器标签交换路径规划方法的一种优选方案，其中，S2具体步骤包括：

S21，创建open集合和close集合，并且将目标路由器加入open集合；

S22，以目标路由器为起始搜索扩展路由器节点，计算各扩展路由器节点对应的总代价值，选取最小总代价值对应的扩展路由器节点作为当前寻访点；

S23，将扩展路由器节点存入open列表以及将寻访点存入close列表；

S24，判断当前寻访点是否为目标路由器，如果是，则结束，否则进入S25；

S25，以当前寻访点为起始搜索新的扩展路由器节点；

S26，判断当前新的扩展路由器节点是否在close中，若是，则忽略新的扩展路由器节点，并进行下一个新的扩展路由器节点判断，否则进入S27；

S27，判断当前新的扩展路由器节点总代价值，判断当前节点是否在open列表中，若是，则比较当前新的扩展路由器节点和对应的open列表中相同的路由器节点的总代价值，将两者中总代价值更大的路由器节点对应的寻访点替换为总代价值更小的路由器节点对应的寻访点，得到替换后的寻访点，并进入S28，否则将当前的路由器节点加入open列表，并返回S26进行下一个新的扩展路由器节点判断；

S28，判断替换后的寻访点是否为源路由器，若是则得到标签交换路径，并结束，否则进入S25。

作为本发明所述一种基于A星算法的路由器标签交换路径规划方法的一种优选方案，其中，S22中扩展路由器节点对应的总代价值具体为：目标路由器到该扩展路由器节点的代价值与该扩展路由器节点到源路由器的代价值之和。

作为本发明所述一种基于A星算法的路由器标签交换路径规划方法的一种优选方案，其中：S27中将当前的路由器节点加入open队列前为该路由器节点添加已访问标记。

作为本发明所述一种基于A星算法的路由器标签交换路径规划方法的一种优选方案，其中：S25中所述新的路由器节点为未访问过的相邻路由器节点。

作为本发明所述一种基于A星算法的路由器标签交换路径规划方法的一种优选方案，其中：所述相邻路由器节点具体为到当前寻访点代价值较小的路由器节点。

作为本发明所述一种基于A星算法的路由器标签交换路径规划方法的一种优选方案，其中，判断新的路由器节点是否未访问的方法具体为：若该节点存在已访问标记，则已访问，否则未访问。

作为本发明所述一种基于A星算法的路由器标签交换路径规划方法的一种优选方案，其中，S3具体为：当源路由器接收到标签后，通知除需要标签交换的路由器节点删除标签，同时进行从源路由节点到目标路由器节点的传输，完成标签交换。

本发明的有益效果：

1.通过引入A星算法，综合考虑实际代价和预期代价来选择最优路径，能够更好地适应网络拓扑的变化，并动态选择最优路径，直接影响传输延迟、数据包丢失率等关键性能指标，能够在实际应用中发挥重要作用。

2.能够无视分段路由是否被启用来建立交换路径，解决了在路由器进行大量标签交换时的标签拥堵问题。

3.解决了现有技术实现条件苛刻，可能会由于分层不规范导致无法实现最短路径的问题。

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性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：

图1为本发明一种基于A星算法的路由器标签交换路径规划方法实现最小度量的标签交换路径的流程图。

图2为本发明一种基于A星算法的路由器标签交换路径规划方法的标签交换路径规划子流程图。

图3为网络环境下的路由器分布示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。

再其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

实施例1

一种基于A星算法的路由器标签交换路径规划方法，其包括以下步骤：

S1，构造标签交换的代价函数；

S2，利用A星算法计算从目标路由器到源路由器的最小度量标签交换路径，并存入对应的路由器中；

S3，实施标签交换。

具体的，若两路由器之间能够实现标签交换，则代价函数为：

f＝s*IO/v*B

若两路由器之间不能够实现标签交换，则代价函数为：

f＝C

其中，s代表路由器之间的实际距离，IO代表路由器的吞吐量，v代表线速转发率，B代表信道占用率，C代表一个较大的常数。

此外，S3具体为：当源路由器接收到标签后，通知除需要标签交换的路由器节点删除标签，同时进行从源路由节点到目标路由器节点的传输，完成标签交换。

需要说明的是，S2中最小度量标签交换路径具体为目标路由器到源路由器之间的最小代价路径。

实施例2

一种基于A星算法的路由器标签交换路径规划方法，其在实施例1的基础上，S2具体步骤包括：

S21，创建open集合和close集合，并且将目标路由器加入open集合；

S22，以目标路由器为起始搜索扩展路由器节点，计算各扩展路由器节点对应的总代价值，选取最小总代价值对应的扩展路由器节点作为当前寻访点；

S23，将扩展路由器节点存入open列表以及将寻访点存入close列表；

S24，判断当前寻访点是否为目标路由器，如果是，则结束，否则进入S25；

S25，以当前寻访点为起始搜索新的扩展路由器节点；

S26，判断当前新的扩展路由器节点是否在close中，若是，则忽略新的扩展路由器节点，并进行下一个新的扩展路由器节点判断，否则进入S27；

S27，判断当前新的扩展路由器节点总代价值，判断当前节点是否在open列表中，若是，则比较当前新的扩展路由器节点和对应的open列表中相同的路由器节点的总代价值，将两者中总代价值更大的路由器节点对应的寻访点替换为总代价值更小的路由器节点对应的寻访点，得到替换后的寻访点，并进入S28，否则将当前的路由器节点加入open列表，并返回S26进行下一个新的扩展路由器节点判断；

S28，判断替换后的寻访点是否为源路由器，若是则得到标签交换路径，并结束，否则进入S25。

其中，S22中扩展路由器节点对应的总代价值具体为：目标路由器到该扩展路由器节点的代价值与该扩展路由器节点到源路由器的代价值之和。

此外，S27中将当前的路由器节点加入open队列前为该路由器节点添加已访问标记，S25中新的路由器节点为未访问过的相邻路由器节点，相邻路由器节点具体为到当前寻访点代价值较小的路由器节点。

另外，判断新的路由器节点是否未访问的方法具体为：若该节点存在已访问标记，则已访问，否则未访问。

应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种基于A星算法的路由器标签交换路径规划方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，构造标签交换的代价函数；

S2，利用A星算法计算从目标路由器到源路由器的最小度量标签交换路径，并存入对应的路由器中；

S3，实施标签交换。

2.根据权利要求1所述的一种基于A星算法的路由器标签交换路径规划方法，其特征在于，若两路由器之间能够实现标签交换，则代价函数为：

f＝s*IO/v*B

若两路由器之间不能够实现标签交换，则代价函数为：

f＝C

其中，s代表路由器之间的实际距离，IO代表路由器的吞吐量，v代表线速转发率，B代表信道占用率，C代表一个较大的常数。

3.根据权利要求2所述的一种基于A星算法的路由器标签交换路径规划方法，其特征在于：S2中最小度量标签交换路径具体为目标路由器到源路由器之间的最小代价路径。

4.根据权利要求3所述的一种基于A星算法的路由器标签交换路径规划方法，其特征在于，S2具体步骤包括：

S21，创建open集合和close集合，并且将目标路由器加入open集合；

S22，以目标路由器为起始搜索扩展路由器节点，计算各扩展路由器节点对应的总代价值，选取最小总代价值对应的扩展路由器节点作为当前寻访点；

S23，将扩展路由器节点存入open列表以及将寻访点存入close列表；

S24，判断当前寻访点是否为目标路由器，如果是，则结束，否则进入S25；

S25，以当前寻访点为起始搜索新的扩展路由器节点；

S26，判断当前新的扩展路由器节点是否在close中，若是，则忽略新的扩展路由器节点，并进行下一个新的扩展路由器节点判断，否则进入S27；

S27，判断当前新的扩展路由器节点总代价值，判断当前节点是否在open列表中，若是，则比较当前新的扩展路由器节点和对应的open列表中相同的路由器节点的总代价值，将两者中总代价值更大的路由器节点对应的寻访点替换为总代价值更小的路由器节点对应的寻访点，得到替换后的寻访点，并进入S28，否则将当前的路由器节点加入open列表，并返回S26进行下一个新的扩展路由器节点判断；

S28，判断替换后的寻访点是否为源路由器，若是则得到标签交换路径，并结束，否则进入S25。

5.根据权利要求4所述的一种基于A星算法的路由器标签交换路径规划方法，其特征在于，S22中扩展路由器节点对应的总代价值具体为：目标路由器到该扩展路由器节点的代价值与该扩展路由器节点到源路由器的代价值之和。

6.根据权利要求4所述的一种基于A星算法的路由器标签交换路径规划方法，其特征在于，S27中将当前的路由器节点加入open队列前为该路由器节点添加已访问标记。

7.根据权利要求6所述的一种基于A星算法的路由器标签交换路径规划方法，其特征在于：S25中所述新的路由器节点为未访问过的相邻路由器节点。

8.根据权利要求7所述的一种基于A星算法的路由器标签交换路径规划方法，其特征在于：所述相邻路由器节点具体为到当前寻访点代价值较小的路由器节点。

9.根据权利要求7或8所述的一种基于A星算法的路由器标签交换路径规划方法，其特征在于，判断新的路由器节点是否未访问的方法具体为：若该节点存在已访问标记，则已访问，否则未访问。

10.根据权利要求1所述的一种基于A星算法的路由器标签交换路径规划方法，其特征在于，S3具体为：当源路由器接收到标签后，通知除需要标签交换的路由器节点删除标签，同时进行从源路由节点到目标路由器节点的传输，完成标签交换。