CN1333966A - 通信网络和在该网络内路由消息的方法 - Google Patents

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Abstract

一种在多个具有唯一标识的节点之间发送消息的网络包括一个服务器单元。每个节点(1)具有存储所述节点的可直达的所有相邻节点列表的第一存储设备和包含构成一个索引网络中的所有节点的单元(5)数组(4)的数据域(2)的第二存储设备。服务器单元中具有第三存储设备用于构成临时队列(3)。一种在网络内路由消息的方法包括将网络的图形表示转换成以目的节点为根的树模型。这个树是图形可以转换成的最短树。

Description

通信网络和在该网络内路由消息的方法
技术领域
本发明涉及在多个具有唯一标识的节点间发送消息的通信网络，所述网络包括一个服务器单元。本发明还涉及在通信网络内路由消息的方法。
先有技术
例如在分组交换网领域中，信息分组从发送节点经数个中间节点路由到接收节点。这种操作的基本问题是使发送节点和接收节点之间的路径长度最小化即最短路径问题。该问题的理论最佳解决方案被称为Djikstra算法。但是这个理想的数学解决方案不能按其理论形式来实现。
先有技术解决方案可能涉及使用分布式路由树信息，其中每个节点都具有一个表示到所有相连节点的最短路径的路由树，见US4.987.536。其他解决方案可能包括一个中央路由-确定节点，见US5.608.721。先有技术的解决方案的成本效率不太高。
发明概要
本发明的一个目的是在单向或双向网络中寻找从一个任意节点到另一个任意节点的最短路径，而每个节点的存储信息是最小的。
解决方案
为实现该目的，根据本发明的通信网络的特征在于每个节点具有：存储所述节点的所有相邻(即可直达)节点的第一存储设备，包含登记一个节点标识的数据域的第二存储设备，和在中央单元提供的、构成临时队列的第三存储设备。
在通信网络的具体实施方案中，第二存储设备的数据域构成一个索引网络中的所有节点的单元数组，所述数组大小正比于网络中的节点数，且其中每个单元被安排成包含一个节点的标识。
本发明的一种有利的实施方案中，每个节点对之间的距离由多个假设的虚节点表示，其中所述虚节点的数目正比于所述距离。
另外，两个节点之间的业务量负荷由多个假设的虚节点表示，其中所述虚节点的数目正比于所述业务量负荷。
一种在多个具有唯一标识的节点之间发送消息的通信网络内路由消息的方法，用于计算第一和第二节点之间的最短路径，其特征在于步骤：构成一个所述第一节点的相邻且可直达的所有节点的标识列表，将第二节点的标识放入一个队列，在登记第二个节点标识的数据域中写一条停止命令，取出队列前面的节点标识并将其标识写入其所有邻居的数据域，除非在这个数据域中已经有一项，每次将一项写入一个节点的数据域中时，将此节点标识放入队列，在访问完所述节点的所有相邻节点列表中的所有节点后，从队列中删除队列前面的节点标识，并重复取出队列前面的节点标识并将其标识写入其所有邻居的数据域中的步骤，直到被访问节点是第一节点。
检查网络查看已从某节点断开的节点是有利的。
最好是所述检查包括步骤：将所述节点(n)的标识放入队列并标记所述节点，取出队列前面的节点并标记其未标记的邻居，每次标记一个新节点的标识时，将其放入队列，在访问完队列前面所述节点的所有相邻节点标识列表中的所有节点后，从队列中删除所述节点将其并放入一个集合，重复取出队列前面的节点并标记其所有未标记的邻居的步骤，直到队列为空，且从所述节点知道的所有节点集合中减去得到的集合，其中得到的结果是从前面提到的节点断开的节点集合。
一种在多个具有唯一标识的节点之间发送消息的通信网络内路由消息的方法，用于计算网络中所有节点对之间的最短路径，其特征在于步骤：构成一个节点的相邻且可直达的所有节点的标识列表，将该节点的标识放入一个队列，在索引网络中所有节点标识的登记的数组数据域中为此节点写一条停止命令，取出队列前面的节点标识并将其标识写入其所有邻居的数据域中，除非在这个数据域中已经有一项，每次将一项写入一个节点的数据域中时，将被访问节点标识放入队列，在访问完所述节点的所有相邻节点列表中的所有节点后，从队列中删除队列前面的节点标识，重复取出队列前面的节点标识并将其标识写入其所有邻居的数据域中的步骤，直到队列为空，并对网络中的所有节点重复上述步骤。
检查网络是否一个节点与所有其他节点有连接是有利的。
最好是，所述检查包括步骤：将所述节点的标识放入队列并标记所述节点，取出队列前面的节点并标记其未标记的邻居，每次标记一个新节点的标识时，将其放入队列，在访问完队列前面所述节点的所有相邻节点标识列表中的所有节点后，从队列中删除所述节点并将其放入一个集合，重复取出队列前面的节点并标记其所有未标记的邻居的步骤，直到队列为空，且从所述节点知道的所有节点集合中减去得到的集合，其中得到的结果是断开节点的节点集合。
附图简述
下面参考以下附图以非限制的方式更详细地描述本发明。
图1示意性地说明根据本发明计算得到的一个节点与另一个节点之间的最短路径，
图2表示根据图1计算路径期间所使用的一个队列，
图3示意性说明在所有节点对之间计算得到的最短路径，以及
图4为说明计算从网络中的所有节点到某一节点n的最短路径的算法的流程图。
发明详述
本发明的目的是在双向网络中找到从一个任意节点n1到另一个任意节点n2的最短路径。
每个节点应该保留以下信息：
●一个节点1的所有邻居的“邻居列表”。该列表是算法的输入。每个节点需要一个实例。
●登记一个节点标识的“至目标下一个”数据域2。该域由算法填写并将包含路由所需的信息。每个节点需要这个域的实例。
服务器单元维护一个“队列”3，这是一个当算法结束时要删除的临时队列。计算从节点n1到节点n2的最短路径算法包括以下步骤：
●步骤1：将n2(非n1)放入队列3。在节点n2的“至目标下一个”中写一条停止命令，即“-”。
●步骤2：取出队列前面的节点并且如果其所有邻居(在它的邻居列表中的节点)的“至目标下一个”列表还未被写入，则在该单元中写入其标识。如果该单元已被写，则不重写它。如果被访问节点是节点n1，则算法完成。如果队列空而节点n1未被访问，则意味着节点n1没有连接到n2。
●步骤3：每次在节点的“至目标下一个”中写(仅当写)时，将节点放入队列3。
●步骤4：在访问完该节点(在队列前面)的“邻居列表”中的所有节点后，将其从队列中删除。
●步骤5：到步骤2
●结束
在算法结束后，通过从n1到n2的最短路径：
●到节点n1的“至目标下一个”2所指的节点1。
●以同样的方式继续直到到达节点n2。
上述算法实际将网络的图形表示转换到以目的节点为根的树模型，其中该树是图形可以转换成的最浅(短)树。图1显示计算完从节点1到节点8的最短路径后算法的结果。图2表示在获得所述最短路径的过程中使用的队列。
可能检查已经从节点n断开的节点。每次从队列中从删除一个节点时，应该使其进入“已访问的节点”集合：
●步骤1：将n放入队列3并标记该节点，
●步骤2：取出队列前面的节点并标记它的未标记的邻居。
●步骤3：每次标记一个新节点时，将其放入队列。
●步骤4：在访问完该节点(队列前面的)的“邻居列表”中的所有节点后，将其从队列移到“已访问的节点”集合。
●步骤5：到步骤2直到队列3为空。
●结束
当算法结束时，从节点n知道的所有节点集合中减去“已访问集合”。结果就是断开的节点集合。
当一个节点想要向目的节点(图1中的节点8)发送一条消息时，它只具有到根的一条路径，且该路径是最短的。根据图1：
首先节点n8被放在根(将其放在队列的前面)，然后节点n4放在节点n8下面，作为唯一可能的一个(将其放在队列中节点n8的后面)，然后是节点n9、n6和n3放在节点n4下面(将它们紧接着放在队列中)，最后将节点n7放在节点n6下面、节点n5放在节点n3下面(将它们放在队列中的下一个)。这样从节点n1到节点n8的最短路径是n1到n5到n3到n4到n8。
本发明还可能获得求出在双向网络中从任意节点n1到另一任意节点n2的最短路径所需信息最少的网络。
每个节点应该保留以下信息：
●一个节点的所有邻居的“邻居列表”。所有节点的“邻居列表”一起描述了网络的拓扑结构。该列表是算法的输入。每个节点需要一个实例。
●索引网络中所有节点的登记的“至目标下一个”数组数据域4。该数组的大小应为N。数组中的每个单元5应该具有一个节点1的标识的空间(如一个号码)。例如整数数组[1…N]。该数据域由算法填写并且只包含路由所需的信息。每个节点需要该域的一个实例。
服务器单元维护一个“队列”3，它是当算法结束时要删除的临时队列。
计算网络中所有节点对之间最短路径的算法见图4并且对每个节点n(n＝1…N)包括以下步骤；
●步骤1：将n放入队列。在该节点的“至目标下一个[n]”中写一条停止命令即“-”。
●步骤2：取出队列前面的节点并且如果其所有邻居(其邻居列表中的节点)的“至目标下一个[n]”列表还未被写入，则在该单元中写入其标识。如果该单元已经写入，则不再重写它。
●步骤3：每次访问一个节点并在该节点的“至目标下一个[n]”中写入(仅当写入)时，将被访问节点的标识放入队列。
●步骤4：在访问完该节点的“邻居列表”中的所有节点后，将其从队列中删除。
●步骤5：如果队列为空，节点n结束，否则到步骤2。
●结束
*)图4中，表示“未访问”用于描述其至目标下一个[n]中未被写入的节点，其中n是第一个放在队列中的节点。
内部循环的结果是从所有节点到节点n的最短路径。外部循环的结果是从所有节点到所有其他节点的最短路径。当算法结束和网络更新时，求从节点n1到节点n2的最短路径：
●读节点n1的“至目标下一个”单元[n2]，称之为p。
●到p，然后访问它的“至目标下一个”单元[n2]并以同样的方式继续直到到达节点n2。节点n2的“至目标下一个”单元[n2]是“-”。
当在内部循环时，计算到节点1的最短路径，可能检查是否节点与所有其他节点有连接(它清楚其的存在)。为了这一目的，每次从队列中删除节点时，应该将其放入一个集合。当对节点n实现算法时，减去节点n知道的所有节点集合。得到的结果是断开节点的集合。
图3表示更新所有节点的“至目标下一个”列表后算法的结果。
信息被分布且每个节点只需要保留最少信息(在“至目标下一个”域或列表中)。上述算法的代价是最佳的，与求图中两个节点间的最短路径的Dijkstra算法一样。算法总会终止。
在上述算法中，假设所有相邻节点间的距离是一样的。
链路上的负荷可以解译为两个相邻节点(位于链路两端)间的长度。低负荷被解译为节点间的距离短，反之亦然。
通过根据每个实际节点对之间的距离来假设它们之间的虚节点数就可能认为算法中节点对之间有不同距离。例如如果节点1和节点5之间的距离是3米，则可以假设它们之间有两个虚节点(叫做节点151和节点152)。一旦将所有这些虚节点(表示相邻节点间的距离)放入图中，就可以按一般情况执行算法。唯一的区别是每个节点的“至目标下一个”域必须用距离所记录的虚节点最近的实际节点的标识来更新。当完成数据结构时，它们不知道有关虚节点的任何情况，创建虚节点仅仅是为了计算的目的。
虽然网络通常是双向的，但是可能进行一些修改后甚至对单向图使用该算法。不同之处是单向图中的节点可能不知道哪些节点可直达它。它可能只知道它可直达的节点(上述的“邻居列表”)。
为了克服这个问题，每个节点带有一个叫做“直达我的列表”数组。这个数组包含所有可直达它的节点的标识。如果没有其他原因要保留这个数组，则可以在完成算法之后删除它。数组中的信息可以根据以下算法从网络节点所附带的“邻居列表”中计算出来：
●开始
●步骤1：将一个任意节点放入队列。
●步骤2：取出队列前面的节点(节点n)并将其标识(n)放入所有它可直达的节点(在其“邻居列表”中的节点)的“直达我的列表”中。每次更新一个节点的“直达我的列表”时，检查该节点是否被标记。如果没有，就标记该节点并将其放在队列后面。(如果它已被标记就不放在队列中)。
●步骤3：从队列中删除n，然后如果队列不空就进行到步骤2。
●结束
算法结束后，图中的每个节点将具有可直达它的节点的信息(“直达我的列表”)。一旦计算出图中节点的“直达我的列表”，就可以用双向情况下同样的算法计算单向图中所有节点间的最短路径，但是唯一的区别是不使用双向情况下的“邻居列表”，而必须使用“直达我的列表”。
应该清楚本发明当然不限于具体说明的实施方案，而是可以在附加的权利要求的范围内以多种方式改变。

Claims (12)

1.一种在多个具有唯一标识的节点(1)之间发送消息的通信网络，所述网络包括一个服务器单元，
其特征在于每个节点(1)具有：
存储所述节点的可直达的所有相邻节点列表的第一存储设备，
包含登记一个节点标识的数据域(2)的第二存储设备，以及
服务器单元中提供的、构成临时队列(3)的第三存储设备。
2.根据权利要求1的通信网络，其特征在于
第二存储设备的数据域构成一个单元(5)数组(4)，用于索引网络中的所有节点，所述数组大小正比于网络中的节点数，且其中每个单元(5)被安排成包含一个节点的标识。
3.根据权利要求1或2的通信网络，其特征在于
每个节点对之间的距离由多个假设的虚节点表示，其中所述虚节点的数目正比于所述距离。
4.根据权利要求1、2或3的通信网络，其特征在于两个节点间的业务量负荷由多个假设的虚节点来表示，其中所述虚节点的数目正比于所述业务量负荷。
5.一种在多个具有唯一标识的节点(n1，n2，…)间发送消息的通信网络内路由消息的方法，用于计算第一节点(n1)和第二节点(n2)间的最短路径，其特征在于以下步骤：
构成一个所述第一节点的相邻且可直达的所有节点的标识列表，
将第二节点(n2)的标识放入队列(3)，
在登记第二节点(n2)标识的数据域(2)中写一条停止命令，
取出队列前面的节点标识并将其标识写入其所有邻居的数据域，除非在这个数据域中已经有一项，
每次将一项写入一个节点的数据域中时，将此节点标识放入队列，
在访问完所述节点的所有相邻节点列表中的所有节点后，从队列中删除队列前面的节点标识，及
重复取出队列前面的节点标识并将其标识写入其所有邻居的数据域中的步骤，直到被访问节点是第一节点(n1)。
6.根据权利要求5的方法，其特征在于检查网络查看已从某节点(1)断开的节点。
7.根据权利要求6的方法，其特征在于所述检查包括以下步骤：
将所述节点(1)的标识放入队列(3)并标记所述节点，
取出队列前面的节点并标记其未标记的邻居，
每次标记一个新节点的标识时，将其放入队列，
在访问完队列前面所述节点的所有相邻节点标识列表中的所有节点后，就从队列中移去所述节点并将其放入已访问节点集合，
重复取出队列前面的节点并标记其未标记的邻居的步骤，直到队列为空，并
从所述节点(n)知道的所有节点集合中减去得到的已访问节点集合，其中得到的结果是从上面提到的节点(n)断开的节点集合。
8.根据权利要求5-7中任何一个的方法，其特征在于它还包括步骤
-用多个假设的虚节点来表示每个节点对之间的距离和/或业务量负荷，所述数目正比于所述距离和/或业务量负荷。
9.一种在多个具有唯一标识的节点(n1，n2，…)间发送消息的通信网络内路由消息的方法，用于计算网络中所有节点对之间的最短路径，其特征在于以下步骤：
构成一个节点的相邻且可直达的所有节点的标识列表，
将该节点(1)的标识放入队列(3)，
在索引网络中所有节点(1)标识的登记的、数组(4)数据域中被索引为[n]的单元(5)中为此节点写一条停止命令，
取出队列前面的节点标识并将其标识写入其所有邻居的数据域中被索引为[n]的单元(5)中，除非在这个数据域中已经有一项，
每次将一项写入节点(1)的数据域中被索引为[n]的单元(5)中时，将被访问节点的标识放入队列，
在访问完所述节点的所有相邻节点列表中的所有节点后，从队列中删除队列前面的节点标识，
重复取出队列前面的节点标识并将其标识写入其所有邻居的数据域单元中的步骤，直到队列为空，并
对网络中的所有节点重复上述步骤。
10.根据权利要求9的方法，其特征在于检查网络是否节点与所有其他的节点(n1，n2，…)有连接。
11.根据权利要求10的方法，其特征在于所述检查包括以下步骤：
将所述节点(1)的标识放入队列(3)并标记所述节点，
取出队列前面的节点并标记其未标记的邻居，
每次一个新节点的标识被标记时，将其放入队列，
在访问完队列前面所述节点的所有相邻节点标识列表中的所有节点后，就从队列中移去所述节点并将其放入已访问节点集合，
重复取出队列前面的节点并标记其未标记的邻居的步骤，直到队列为空，并
从所述节点(n)知道的所有节点集合中减去得到的已访问节点集合，其中得到的结果是断开节点(n1，n2……)的节点集合。
12.根据权利要求9-11中任何一个的方法，其特征在于它还包括步骤
-用多个假设的虚节点来表示每个节点对之间的距离和/或业务量负荷，所述虚节点的数目与所述距离和/或业务量负荷成正比。
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PB01 Publication
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C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication