CN1268006A - 通信网智能路由选择方法 - Google Patents

Abstract

一种通信网智能路由选择方法,在预先把握网络的负荷情况下,设法让呼叫被接通,并使全网的负荷(链路上的干线使用情况)平衡,具有全局的和系统的观点,能提高业务的接通率。每个程控交换机均含一个自主决策和可交互的智能主体(Agent),它增强了交换机结点的“智能”,充分利用历史数据(利用神经网络预测),使路由选择合理、自主,也使电信网络的管理得到了很大的发展。

Description

通信网智能路由选择方法

本发明涉及一种通信网的路由选择方法。

过去的等级结构通信网尤其是长途电信网，由路由表给出选择链路所需的信息。当遇到直达链路忙时，只能通过固定的迂回路由按顺序进行选择，有可能经过多次转接。这种静态路由方法完全依赖于由历史状况和业务需求确定的路由表，它简单、可靠，但不能反映实时业务，不能适应变化的网络条件。

由于通信网络负荷的随机性，无法预先保证网络或网络的某部分一直处在较好的工作区，而只能在运行时加上某种控制。于是人们开始考虑动态路由算法。“动态”指路由选择过程是依赖时间的，很可能是依赖于实时状态的(时间的函数)。动态路由依赖于网络结点(指交换机)不断测量用户业务、网络状态并不断计算，可通过利用网络空余能力而避免当前或潜在的拥塞，它与网络负荷动态平衡紧密相关，并能提高网络性能。

有两类基本动态路由方法：时间依赖法和状态依赖法。时间依赖路由的基本思想是：针对每天不同时间段的业务量不一样的事实，事先编出按时间段区分的路由选择表。它在一定程度上可使业务量均衡，提高网络利用率。但本质上是根据历史上的业务情况事先安排好的顺序。状态依赖路由的基本思想是：根据网络当前状态决定选择哪条路由。它可避开业务量大的链路，对于事先未能规划的业务变化有较好的适应性，但需要较大的管理开销来交换信息，以更有效地优化网络资源的使用。它又可分为孤立的、集中的和分布的三种，取决于当前网络状态的信息是如何获得的。孤立法中，每个结点仅有它自己的出路的状态信息；集中法中，一个中央网络处理器周期地收集网络中所有链路的状态信息；分布法中，所有涉及的结点对之间相互通信以获得当今最好的可选路由。

典型的分布法是实时网络路由(Real-Time Network Routing，RTNR)，于1991年被引入美国电报电话公司(AT&T)交换网。在没有直达路由时，它检查现有迂回路由及其负荷条件，最小负荷路由被选择。负荷溢出级有六等：轻负荷LL1、LL2、LL3，重负荷HL，保留TR和忙(busy)。每当“捕获”或“释放”一条链路上的中继线时，都要计算一次负荷条件。如果链路上的中继线数超过某一门限，则被认为是轻负荷。选择时，始发交换机发消息给目的交换机，要求发回目的交换机认为是轻负荷的交换机，始发交换机和目的交换机均认为是轻负荷的链路将被选中。选择时，对两端链路中的最大负荷进行比较，找到最小的负荷等级，若超过规定的最大占有等级，则该呼叫被拒绝。选择一个特定呼叫的路由时，始发交换机对具有相同负荷状态的路由位图列表进行循环搜索，起始点紧跟着它上一次使用的到目的交换机的呼叫的交换机，这能减少呼叫建立的延时。

这个方法的优点是不需要另外的设备并依赖于它，其路由模式是在交换中实时计算的，灵活性和自适应性好。它减少了操作成本，因为减少了网络交换机中大量的路由表，减少了网络设计和预测的路由表计算，减少了下载新路由信息等管理路由的操作，减少了网络管理中自动重新选路由的开销，降低了阻塞程度。然而，由于信令信息交互很多，增加了网络负荷。

此后，又出现了基于分布式人工智能(主要是基于行为的人工生命)的新思路，基于蚂蚁取食的过程被建模和研究，该模型可表示结点间呼叫的分布。人工蚂蚁在随机选择的结点对之间移动，并留下某种痕迹，这种痕迹是它离源结点距离和途中所遇拥塞程度的函数。它们按照在每个结点所模仿的痕迹的分布选择路径。结点间呼叫的路由是每个中间结点的痕迹分布的函数。

分布法突出的特点是，使网络结点均有处理能力并将业务负荷移到网络中有能力承受的地方。这源于分布式法的“分布”特性，因而它相对优越，只不过它的选择原则与现有其它动态路由方法相似，并没有系统的和全局的观点；自适应性、灵活性也不足，缺乏“智能”。

总体而言，这些方法的“动态”是远远不足的，它们以本局交换机为中心，只要其呼叫能被接通便可，并且各自所用的算法决定了它们的比较过程及其相应的选择。虽然人工生命法有其固有的优点，但各结点的决策能力很有限，而且对过去“痕迹”的记忆难以精确量化，而且这个方法目前难以实际应用。

本发明的目的是为了平衡网络负荷、提高业务接通率。

本发明，即通信网智能路由选择方法是这样实现的，该通信网包括程控交换机和其间的链路，其特征在于，它包括以下内容：a.各程控交换机利用人工神经网络基于历史负荷数据和当前负荷值以一定时间间隔进行下一时刻的负荷值预测；b.当通信网中有呼叫请求时，若有呼叫请求的始发交换机与目的交换机间的直达路由链路被占满，则始发交换机将呼叫请求信号传给可选路由中的若干邻接交换机；c.邻接交换机将最新计算出的负荷值与预先设定的门限值作比较，小于、大于分别用“0”和“1”表示，然后将结果回传给始发交换机，始发交换机进行判断和选择：a)当只有一台邻接交换机的负荷值小于门限值时，则选择该邻接交换机作中继交换机；b)当若干邻接交换机的负荷值均大于门限值时，则拒绝该呼叫请求；c)当若干邻接交换机的负荷值均小于门限值时，则在这些邻接交换机中进行进一步的中继交换机选择：首先，选择负荷值小且空余中继线多的邻接交换机作中继交换机，若出现负荷值高、空余中继线多，或负荷值低、空余中继线少的情况，则以空余中继线为最后比较依据，空余中继线少的不选。从而完成一个由始发交换机至中继邻接交换机再至目的交换机的一级迂回路由选择过程。

在上述的通信网路由选择方法中，为实现该方法而用于程控交换机的智能主体，它包含：感知/呼叫模块，用于呼叫生成后，对入呼为本交换机的呼叫作出反应；建模/训练模块，它从感知/呼叫模块接收信息，用于每隔一周，用过去一年内负荷的历史数据，针对不同方向的邻接交换机，重新训练神经网络；负荷预测模块，它从建模/训练模块接收信息，针对各邻接交换机的方向，以2小时为间隔，根据负荷的历史数据和当前负荷用神经网络进行预测，并将结果保存；决策模块，它从负荷预测模块和物理通信/词法分析模块分别接收信息，用于处理入呼或中继请求；行动/响应模块，它从决策模块接收信息，用于响应请求；以及，物理通信/词法分析模块，它从行动/响应模块接收信息，用于分析不同的消息，并与外界进行消息的传递。

这个方法在预先把握网络的负荷的情况下，设法让呼叫被接通，并使全网的负荷(链路上的干线使用情况)平衡，即尽可能使本次呼叫的成功不影响此后的呼叫被接通的可能性，具有全局的和系统的观点，极大地提高了业务接通率，同时每个交换机均含一个自主决策和可交互的智能主体。增强了交换机结点的“智能”，同时更好地借鉴“历史”知识(利用神经网络预测)，使路由选择合理、自主，使电信网络的管理得到了极大的发展。

下面结合本发明的实施例附图对本发明作进一步的说明。

图1是本发明的通信网的简化拓扑结构图；

图2是本发明位于程控交换机中的智能主体的结构框图。

本发明所涉及的通信网简化拓扑结构，如图1所示，它包括程控交换机Si和其间的链路，该智能路由选择方法包括以下内容：

a.各程控交换机Si根据负荷的历史数据和当前负荷值以一定时间间隔用人工神经网络进行下一时刻的负荷值预测；

b.当通信网中有呼叫请求时，若出现有呼叫请求的始发交换机与目的交换机间的直达路由链路，例如S1-S6被占时，则始发交换机将呼叫请求信号传给可选路由中的邻接交换机S3，S4；

c.邻接交换机S3，S4分别将最新计算出的负荷值与预先设定的门限值作比较，小于、大于分别用“0”和“1”表示，然后将结果回传给始发交换机，始发交换机进行判断和选择：

a)当只有一台邻接交换机的负荷值小于门限值时，则选择该邻接交换机作中继交换机；

b)当若干邻接交换机的负荷值均大于门限值时，则拒绝该次呼叫请求；

c)当若干邻接交换机的负荷值均小于门限值时，则在该若干邻接交换机中进行进一步的中继交换机(S1-S3-S6，S1-S4-S6)选择：

首先，选择负荷值小且空余中继线多的邻接交换机作中继交换机，若出现负荷值高、空余中继线多，或负荷值低、空余中继线少的情况，则以空余中继线为最后比较依据，空余中继线少的不选。

从而完成一个由始发交换机至中继邻接交换机再至目的交换机的一级迂回的路由选择过程。

所采用的神经网络预测的方法如下：设有n个历史数据，取其前m个(m＜＜n)作为所采用的算法的输入，其输出与第m+1个数据进行比较，按它们方差的梯度下降方向调整权值，使方差趋小。用n个数据训练完网络后，即可对第n+1个数据进行预测，余类推。神经网络的训练作为交换机的一个进程存在，各交换机将本次的实际负荷情况保存，以供下次预测时用，同时更新路由表。

在上述的通信网的智能路由选择方法中，所涉及的程控交换机的智能主体包含：

感知/呼叫模块，用于呼叫生成后，对入呼为本交换机的呼叫作出反应；

建模/训练模块，它从感知/呼叫模块接收信息，用于每隔一周，用过去一年内负荷的历史数据，针对不同方向的邻接交换机，重新训练神经网络；

负荷预测模块，它从建模/训练模块接收信息，针对各邻接交换机的方向，以2小时为间隔，根据负荷的历史数据和当前负荷用神经网络进行预测，并将结果保存；

决策模块，它从负荷预测模块和物理通信/词法分析模块分别接收信息，用于处理入呼或中继请求；

行动/响应模块，它从决策模块接收信息，用于响应请求；以及

物理通信/词法分析模块，它从行动/响应模块接收信息，用于分析不同的消息，并与外界进行消息的传递。

所述的智能主体含三类进程：

1.每隔一周，用过去一年内的历史数据，针对不同邻结点方向，重新训练神经网络。这类进程在每个结点均有若干个，数量与邻结点数同。训练好的网络供2用

2.对各邻结点方向，以2小时为间隔，根据负荷的历史数据和当前负荷用神经网络进行预测，结果与临界值比较，小于、大于分别用“0”和“1”表示，并将结果保存。这类进程在每个结点均有若干个，数量与邻结点数同。这里的结果供3用。

3.处理入呼或中继请求。这类进程个数与结点数同。1和2将在下一次用到这里的实时负荷结果。

所述的智能主体处理呼叫或中继请求的进程的核心内容为：

while(message)//等待消息

    {

     switch(message)

     {

      case′call′：//消息为呼叫

    inspect(route table)；//检查路由表

              if(direct route)；//若有直达路由，链路有空余

                 inform；//入呼成功，发出中继呼叫

               break；

    if(！route)//若无可选路由

       failure；//呼叫失败
				
				<dp n="d5"/>
  break；
  if(！direct route)//若无直达路由
  {

    request；//将请求传给可选路由中的相邻结点，并作相应记录

    break；
   }
   case′response′：//消息为应答
   {

     if(response＝′0′)//若有邻接链路满足要求

     {

        if(response＞1)//若有不止一条相邻链路满足要求，则两相比较

           compare；//选择相应链路

         inform；//则该链路被选择，发出呼叫

         break；

      }

      if(response＝′1′)//若无相邻链路满足要求，则呼叫失败

         continue；
  }
case′relay request′：//消息为中继请求
  read(load)；//由数据库获得相应方向路由的负荷情况
  if(load)//若允许中继，回传应答消息
  {

    confirm(load percentage//相应方向预测所得的负荷百分比

          &amp; spare links)；//和空余链路数

    break；
  }
  else

    continue；
case′relay call′：//消息为中继呼叫，发给可选路由中的下一结点
  inform；//其处理同呼叫
				
				<dp n="d6"/>
      break；

        default：

      break；

      }

      write(record)；//修改数据库

    }

其中，inspect、compare、read和write为各结点内部动作。

消息分为接收的消息和发出的消息，前者分为呼叫、中继请求、中继呼叫和应答；后者分为应答和中继呼叫(既是接收的消息又是发出的消息)。中继请求即请求将呼叫经本结点中继的消息；中继呼叫即呼叫本身。

若同时收到若干相邻接结点的中继请求，则根据紧急等级参数用对策论作进一步的协商。

发、收消息使用三种基本原语：

^*由路由表，向所有相邻结点发请求，询问有否空闲链路：request，即中继请求

^*返回的应答：confirm

^*呼叫的发送：inform，即中继呼叫

Claims (2)

1.一种通信网智能路由选择方法，该通信网包括程控交换机和其间的链路，其特征在于，它包括以下内容：

a.各程控交换机利用人工神经网络基于历史负荷数据和当前负荷值以一定时间间隔进行下一时刻的负荷值预测；

b.当通信网中有呼叫请求时，若有呼叫请求的始发交换机与目的交换机间的直达路由链路被占满，则始发交换机将呼叫请求信号传给可选路由中的若干邻接交换机；

c.邻接交换机将最新计算出的负荷值与预先设定的门限值作比较，小于、大于分别用“0”和“1”表示，然后将结果回传给始发交换机，始发交换机进行判断和选择：

a)当只有一台邻接交换机的负荷值小于门限值时，则选择该邻接交换机作中继交换机；

b)当若干邻接交换机的负荷值均大于门限值时，则拒绝该呼叫请求；

c)当若干邻接交换机的负荷值均小于门限值时，则在这些邻接交换机中进行进一步的中继交换机选择：

首先，选择负荷值小且空余中继线多的邻接交换机作中继交换机，若出现负荷值高、空余中继线多，或负荷值低、空余中继线少的情况，则以空余中继线为最后比较依据，空余中继线少的不选，

从而完成一个由始发交换机至中继邻接交换机再至目的交换机的一级迂回路由选择过程。

2.一种用于程控交换机的智能主体，其特征在于，它包含：

感知/呼叫模块，用于呼叫生成后，对入呼为本交换机的呼叫作出反应；

建模/训练模块，它从感知/呼叫模块接收信息，用于每隔一周，用过去一年内负荷的历史数据，针对不同方向的邻接交换机，重新训练神经网络；

负荷预测模块，它从建模/训练模块接收信息，针对各邻接交换机的方向，以2小时为间隔，根据负荷的历史数据和当前负荷用神经网络进行预测，并将结果保存；

决策模块，它从负荷预测模块和物理通信/词法分析模块分别接收信息，用于处理入呼或中继请求；

行动/响应模块，它从决策模块接收信息，用于响应请求；以及

物理通信/词法分析模块，它从行动/响应模块接收信息，用于分析不同的消息，并与外界进行消息的传递。

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