CN1571363A - 大型复杂网络的网络分割方法 - Google Patents

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Abstract

一种大型复杂网络的网络分割方法，用于网络技术领域。本发明包括网络预处理方法、子网的判定方法和网络分割方法三个部分，首先采用网络预处理方法将大型网络的拓扑图改善为一个边连通度不少于2的图，然后进一步结合子网的判定方法和网络分割方法将所述的大型网络分割成为若干个环形子网和扇形子网，其中利用网络分割方法对整个网络进行分割为一个个子网，根据子网的判定方法，将子网分为具有闭合的外环链路的环形子网和具有非闭合的外环链路的扇形子网两种。本发明大型网络以每个子网为单位采用分布式智能恢复策略，可以灵活方便地解决大型复杂网络的所面临的生存性问题，且各子网可以同时并行处理多处故障，为故障恢复赢得了时间。

Description

大型复杂网络的网络分割方法
技术领域
本发明涉及一种通信网络的网络架构分割方法，尤其是涉及一种大型复杂网络的网络分割方法。用于网络技术领域。
背景技术
网络业务的快速增长促使网络技术得到长足的发展，同时随着各种新的交换技术和传输技术的引入，网络的规模和复杂性也在日益增大。这也给相应的网络生存性技术提出了更高的要求。网络的生存性一直是网络技术研究的焦点，网络的生存性技术与网络自身的拓扑特性是密切相关的，由于以往网络规模较小，相关的网络生存性技术大多基于集中式的控制策略，由主控中心对整个网络进行统一管理。网络向更大规模发展的必然趋势，使得集中式的生存性技术有些力不从心。分布式故障恢复技术针对故障的局域性，在局部范围内实施网络资源的优化调配，能实现快速的故障诊断和恢复，从而成为大型复杂网络生存性的主流技术。
经文献检索发现，L.Guangzhi等在2003年国际网络会议上发表的一篇文章“一种有效地应用于MESH网络恢复中的分布式恢复策略”(L.Guangzhi；W.Dongmei，C.Kalmanek，and R.Doverspike.Efficient distributed restoration pathselection for shared mesh restoration[C].IEEE Trans.Networking，11(5)，Oct.2003，761-771.)的文章，就对此问题做了较为全面的简述。在大型复杂网络中实施分布式恢复主要有两方面的工作：一是利用网络的拓扑关系将大型网络分割成为便于分布式恢复的子网。二是在子网内或是子网间实施合理的故障诊断和恢复算法。很显然，一种快速有效的网络分割方法是实现分布式恢复策略的前提和基础。目前，大都采用信息广播的方式进行分布式控制，其明显缺点是网络资源占用大，信息互动机制差，目前国内外还没有一种合适有效的网络分割方法，这一直制约着分布式管理与控制的发展。
发明内容
本发明的目的在于针对前述设计方案的不足，提供一种合适有效的大型复杂网络的网络分割方法，使之能适用于大型复杂网络的分布式管理与控制。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明方法包括网络预处理方法、子网的判定方法和网络分割方法三个部分，首先采用网络预处理方法将大型网络的拓扑图改善为一个边连通度不少于2的图，然后进一步结合子网的判定方法和网络分割方法将所述的大型网络分割成为若干个环形子网和扇形子网，其中利用网络分割方法对整个网络进行分割为一个个子网，根据子网的判定方法，将子网分为具有闭合的外环链路的环形子网和具有非闭合的外环链路的扇形子网两种。
经过所述的网络预处理，大型网络的拓扑图成为一个边连通度为3的图，具体的，对于度为1的节点，即悬挂顶点，直接从拓扑中去除，对于度为2的节点，在拓扑中用边将此类节点的两个相邻节点进行直连，对于单边割集，即只有一条边的割集，将所述的单边及其两个相邻节点合并为一个新节点。
以下对本发明作进一步的说明：
所述的子网的判定方法包括以下步骤：
1)从网络中找出节点相邻的所有节点，并按连接顺序将节点n的所有相邻节点按顺序列为一个集合S(n)；
2)对集合S(n)中的节点按从头至尾按顺序，两两组成一对节点对，如按其前后序号按列为(1，2)，(2，3)……，对每一对节点在原有的大型网络中采用单源最短路算法求解最短路径，每对节点之间都可以找出一条最短路径首尾相接就可以构成一条轨迹；
去除所述的轨迹中所有链路，再利用单源最短路算法求解S(n)中的首节点与尾节点之间的最短路径，若无解则可以判定以所述的节点n为中心节点，并以所述的轨迹作为外环链路就能够构成一个扇形子网，若S(n)中的首节点与尾节点之间存在最短路径，但S(n)中任意一对节点对之间的最短路径大于所述的轨迹与S(n)中的首节点与尾节点之间的最短路径之和的一半，则也可以判定以所述的节点n为中心节点，并以所述的轨迹就外环链路能够构成一个扇形子网，若所述的S(n)中的首节点与尾节点之间存在最短路径且S(n)中任意一对节点对之间的最短路径都不大于所述的轨迹与S(n)中的首节点与尾节点之间的最短路径之和的一半，则可以判定以所述的节点n为中心节点，并以所述的轨迹和S(n)中的首节点与尾节点之间的最短路作为外环链路能够构成一个环形子网；
所述的网络分割方法包括以下步骤：
A.以网络中一个节点为顶点对整个网络进行广度优先遍历，从而可以得到整个网络的广度优先遍历生成树；
B.搜索上一步中得到的所述的广度优化遍历生成树，利用子网的判定方法，找出一个环形子网的中心节点，并从所述的广度优化遍历生成树中去除此环形子网中心节点，以及此环形子网的中心节点的外环链路上的所有节点；
C.继续按步骤B的方法对所述的广度优化遍历生成树进行搜索，其搜索顺序为从父节点至子节点，从左节点至右节点，直至搜索完整个所述的广度优化遍历生成树，以找出所有的环形子网的中心节点；
D.在网络中去除所有完全使用节点，完全使用节点是指此节点的每一条相邻链路至少被一个环形子网使用，这样就是得到一个剩余网络；
E.在剩余网络中选择连接节点数目最多的一个节点作为一个扇形节点的中心节点，并在剩余网络中去除此扇形子网的中心节点，以及此扇形子网的中心节点的外环链路上的所有节点；
F.继续按步骤E的方法对所述的剩余网络进行搜索，直至搜索完整个所述的剩余网络，以找出所有的扇形子网的中心节点。
至此，已找到所有的环形子网的中心节点和所有的扇形子网的中心节点，以所述的环形子网的中心及其相应的外环链路即可构成一个环形子网，以所述的扇形子网的中心及其相应的外环链路即可构成一个扇形子网，整个网络分割结束。
本发明与前面所述的已有方案相比效果是积极且明显的，相比有如下特点：所提出的子网分割策略能够有效地分割大型网络，进而采用分布式智能恢复策略，可以灵活方便地解决大型复杂网络的所面临的生存性问题，且在此分割算法基础之上，各子网可以同时并行处理多处故障，为故障恢复赢得了时间。
附图说明
图1为一个大型复杂网络的实例
图2为大型复杂网络预处理后的网络拓扑结构
图3为预处理后的网络的广度优选遍历生成树
图4为此大型复杂网络利用本发明方法分割之后的子网列表
具体实施方式：
以图1、图2、图3和图4为例详细说明本发明的实现过程，其具体的实施过程如下所述：
第一步是网络预处理，所述的网络预处理方法是将大型网络的拓扑图，具体的，将所述的大型网络的拓扑图成为一个边连通度为3的图，对于度为1的节点，即悬挂顶点，直接从拓扑中去除，对于度为2的节点，在拓扑中用边将此类节点的两个相邻节点进行直连，对于单边割集，即只有一条边的割集，将所述的单边及其两个相邻节点合并为一个新节点，图1所示网络经过预处理后的网络拓扑如图2所示。
图2所示的网络进一步采用发明的分割策略的分割过程如下所述：以网络中节点1为顶点对整个网络进行广度优先遍历，从而可以得到整个网络的广度优先遍历生成树；实施例中相应的广度优先遍历生成树如图3所示；搜索上一步中得到的所述的广度优化遍历生成树，利用本发明的子网的判定方法，找出第一个环形子网的中心节点，节点5，并从所述的广度优化遍历生成树中去节点5，以及节点5的外环链路上的所有节点；继续按步骤B的方法对所述的广度优化遍历生成树进行搜索，其搜索顺序为从父节点至子节点，从左节点至右节点，直至搜索完整个所述的广度优化遍历生成树，以找出所有的环形子网的中心节点，其集合为{5，7，18，21}；在网络中去除所有完全使用节点，完全使用节点是指此节点的每一条相邻链路至少被一个环形子网使用，这样就是得到一个剩余网络；在剩余网络中选择连接节点数目最多的一个节点，节点15作为扇形节点的中心节点，节点15和其外环链路就构成了一个扇形子网，至此，整个网络分割结束，具体的子网情况如图4所示。
利用本发明可以方便地将大型复杂通信网络分割为一个个具有独立恢复能力的子网，从而可以利用子网的分布式管理机制可实现分布式智能恢复策略，可以灵活方便地解决大型复杂网络的所面临的生存性问题，且利用本发明，各子网可以同时并行处理多处故障，为故障恢复赢得了时间。

Claims (6)

1、一种大型复杂网络的网络分割方法，其特征在于，包括网络预处理方法、子网的判定方法和网络分割方法，首先采用网络预处理方法将大型网络的拓扑图改善为一个边连通度等于或大于2的图，然后进一步结合子网的判定方法和网络分割方法将大型网络分割成为若干个环形子网和扇形子网，其中利用网络分割方法对整个网络进行分割为一个个子网，根据子网的判定方法，将子网分为具有闭合的外环链路的环形子网和具有非闭合的外环链路的扇形子网两种。
2、如权利要求1所述的大型复杂网络的网络分割方法，其特征是，所述的子网的判定方法包括以下步骤：
1)从网络中找出节点、相邻的所有节点，并按连接顺序将节点n的所有相邻节点按顺序列为一个集合S(n)；
2)对集合S(n)中的节点按从头至尾按顺序，两两组成一对节点对，如按其前后序号按列为(1，2)，(2，3)......，对每一对节点在原有的大型网络中采用最短路算法求解最短路径，每对节点之间找出一条最短路径首尾相接构成一条轨迹；
3)去除所述的轨迹中所有链路，再利用最短路算法求解S(n)中的首节点与尾节点之间的最短路径，若无解则判定以所述的节点n为中心节点，并以所述的轨迹作为外环链路就能够构成一个扇形子网，若S(n)中的首节点与尾节点之间存在最短路径，但S(n)中任意一对节点对之间的最短路径大于所述的轨迹与S(n)中的首节点与尾节点之间的最短路径之和的一半，则也可以判定以所述的节点n为中心节点，并以所述的轨迹就外环链路能够构成一个扇形子网，若所述的S(n)中的首节点与尾节点之间存在最短路径且S(n)中任意一对节点对之间的最短路径都小于或者等于所述的轨迹与S(n)中的首节点与尾节点之间的最短路径之和的一半，则判定以所述的节点n为中心节点，并以所述的轨迹和S(n)中的首节点与尾节点之间的最短路作为外环链路能够构成一个环形子网。
3、如权利要求2所述的大型复杂网络的网络分割方法，其特征在是，所述的最短路算法采用的是单源最短路算法。
4、如权利要求1所述的大型复杂网络的网络分割方法，其特征是，所述的网络分割方法包括以下步骤：
A.以网络中一个节点为顶点对整个网络进行广度优先遍历，从而得到整个网络的广度优先遍历生成树；
B.搜索上一步中得到的所述的广度优化遍历生成树，利用子网的判定方法，找出一个环形子网的中心节点，并从所述的广度优化遍历生成树中去除此环形子网中心节点，以及此环形子网的中心节点的外环链路上的所有节点；
C.继续按步骤B的方法对所述的广度优化遍历生成树进行搜索，直至搜索完整个所述的广度优化遍历生成树，以找出所有的环形子网的中心节点；
D.在网络中去除所有完全使用节点，完全使用节点是指此节点的每一条相邻链路至少被一个环形子网使用，这样就得到一个剩余网络；
E.在剩余网络中选择连接节点数目最多的一个节点作为一个扇形节点的中心节点，并在剩余网络中去除此扇形子网的中心节点，以及此扇形子网的中心节点的外环链路上的所有节点；
F.继续按步骤E的方法对所述的剩余网络进行搜索，直至搜索完整个所述的剩余网络，以找出所有的扇形子网的中心节点。
5、如权利要求4所述的大型复杂网络的网络分割方法，其特征在是，在所述的广度优化遍历生成树中寻找环形子网中心节点的搜索顺序为从父节点至子节点，从左节点至右节点。
6、如权利要求1所述的大型复杂网络的网络分割方法，其特征是，经过所述的网络预处理，所述的大型网络的拓扑图成为一个边连通度为3的图，具体的，对于度为1的节点，即悬挂顶点，直接从拓扑中去除，对于度为2的节点，在拓扑中用边将此类节点的两个相邻节点进行直连，对于单边割集，即只有一条边的割集，将所述的单边及其两个相邻节点合并为一个新节点。
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