CN1910876A - 多路径路由中的通信量分配的优化 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于利用多路径路由来优化通信网中的通信量分配的方法。针对通信网的节点(j)，该节点(j)通过多条替换链路或引出的链路可供到一个目标的路由使用，引入分配权重(w(j，k1，D)，w(j，k2，D)，w(j，k3，D))。分配权重(w(j，k1，D)，w(j，k2，D)，w(j，k3，D))按照引出的链路的通信量加载彼此相对变化，以便被将分配到加有较高负载的链路上的通信量减少或将被分配到加有较少负载的链路上的通信量提高。由此实现通信网中的均匀的通信量分配。

Description

多路径路由中的通信量分配的优化

本发明涉及一种用于利用多路径路由来改进利用多个节点和多条链路构成的通信网中的通信量分配的方法。

本发明主题对于网络技术领域、尤其是因特网技术领域和交换技术领域具有重大意义。

首先在基于分组的网络中，诸如在IP(网际协议)网络中，所谓的多路径路由起着越来越重要的作用。多路径路由意味着，到一个目标的通信量被分配到多个路由或多条路径上并且这样被传送给该目标。多路径路由具有很低的易受干扰性的优点并且经常允许较好的通信量分配。

用于基于分组的网络中的多路径路由的目前最广泛流行的方法是在OSPF(单条最短路径路由(Single Shortest Path Routing))协议上建立的ECMP(等价多径(Equal Cost Multi Path))方法。在该方法的范围中，对一个目标确定多条在度量标准的意义上等效的路径并且将一节点上的通信量平均地分配到导向该目标的输出链路上。

本发明的任务是，给出一种用于利用多路径路由来优化通信网中的通信量分配的方法。

所述任务通过权利要求1来解决。

本发明基于以下思想，即针对将通信量分配到指向一个目标的多条路径上而引入分配权重，并且在最佳的通信量分配的意义上匹配所述分配权重。在此，分配权重是相对通信量负载的量度，所述相对通信量负载通过给其分配有分配权重的链路来传输。在此，该分配权重由利用多个节点和多条链路构成的通信网随着多路径路由输出。在此，多路径路由意味着，通信网的节点具有多条引出的链路，这些链路表示针对路由到固定目标的不同的可能性。例如，目标通过一个地址或者多个地址来确定，其中，在多个地址中，通信网内的路由对于这些地址是相同的。例如，目标可以通过边缘节点或者边缘路由器来给出，这些带有某一地址的所有通信量或者所有数据包被路由到该边缘节点或者边缘路由器。通信网在原理上可以是固定网或者移动网。

根据本发明，通信量的分配的分配权重按照负载或者单条链路的可支配性被匹配到对于路由到该目标可应用的链路上。该负载或可支配性可通过一参数来说明，并且根据针对链路的参数值具有哪些值来将该链路的分配权重相对于其它分配权重提高或者降低。该参数例如可以是绝对通信量负载、也涉及链路带宽的相对通信量负载、大约在链路使用时产生的取决于通信量的费用、链路可支配性、通信量在各条链路上的经过时间或者各条链路的端点的承载能力。

分配权重的匹配这样来进行，以致具有较高参数值的链路的分配权重相对于其它链路的分配权重被降低。如果例如该参数通过各条链路上的通信量负载来给出，则将与其它链路相比负载更重的链路的分配权重降低，也就是说，更少的通信量被分配到该链路上。结果是将通信量从加有负载的链路再分配到加有较少负载的链路。作为分配权重的匹配或变化的参考点可采用该参数的平均值。根据链路的参数是正偏离平均值还是负偏离平均值，可降低或提高所属的分配权重。分配权重的提高或降低与各条链路的参数距平均值的距离成比例地来执行。

根据扩展方案，迭代地执行分配权重的匹配，其中在每个步骤中进行分配权重的匹配。所述迭代过程可以如下进行：

·利用起始值来初始化分配权重。

·执行固定数量的迭代。

·多次迭代之后得到的分配权重被用于通信网中到目标的路由。

有意义的是，在所述迭代方法中，在改变分配权重时应用取决于迭代的次数的衰减量，所述衰减量引起分配权重的变化随着迭代次数的增加而减小。通过所述衰减量防止一些情况，诸如防止分配权重在两个值之间振荡。

所述迭代过程的扩展方案由此给出，即通过被再分配的通信量来考虑随后的节点的加载。如果通过绝对通信量负载或者涉及带宽的相对通信量负载来给出第一次迭代时的参数，则在每次迭代之后可以通过改变所述参数的值来针对随后的迭代实现这种情况。然后，所述参数的值以一种方式来变化，所述方式考虑将通信量再分配到随后的节点或链路的作用。例如，这种变化可以发生，其方式是为此将一值加到所述参数，该值通过与一因数相乘的、通过所观察的链路被传输到该目标的通信量来给出。通过所述措施引起，已经通过各条链路被传输到该目标的通信量被考虑。该措施抵制该份额的过度提高。如果例如整个通过一条链路所引导的通信量相对小，被引导到目标的通信量相反形成高份额，则参数的变化通过成比例地增加通过该链路被引导到目标的通信量的量来引起，该参数针对该值更快地向平均值收敛并且因而更少的通信量被再分配到该链路上(平均值在此必须在每次改变参数之后重新被计算)。考虑到跟随该链路的节点或链路，更少的通信量被再分配到该链路上有意义的，跟随该链路的节点或链路的整个的通信量加载不必要与所观察的链路的通信量加载一样低。

根据本发明的方法可以针对通信网的在其上进行通信量分配的所有节点来执行，以致在整个通信网中改进通信量分配。同样，有意义的是，不仅针对到一个目标的路径而且还针对所有对于路由在网络内不同的目标执行该方法。“在网络内不同的目标”在此意味着，这些目标不必一对一地对应于被用于通信量的路由的目标信息。例如在因特网中存在非常高数量的地址，在构成因特网的子网的通信网中，从这些地址引导出多个该通信网内的路由，这些路由是相同的，也就是说这些路由具有相同的输入节点和输出节点。针对这些多个地址的路由在该方法的范围中被解释为唯一的目标。

如果该参数是通信量加载的量度，那么应该在该方法开始时知道相应的通信量加载。网络内的通信量数额(Verkehrsaufkommen)例如被测量或者借助于所谓的通信量矩阵来计算，该通信量矩阵说明多少通信量应在源节点和目标节点之间被运送。网络内的通信量数额的重新确定(以及因此链路的通信量加载的重新确定)可以在该方法中在不同的阶段进行并且被用于进一步执行该方法。

·在迭代过程中，可以在每次改变分配权重的迭代之后进行通信量数额的重新确定。

·在确定一节点的链路费用之后，在进行下一节点的链路费用的相应确定之前，可以进行通信量数额的重新确定。

·在针对到一个目标的所有路由已实施根据本发明的链路费用的匹配之后，进行通信量数额的重新确定。

·有意义的是，在结束该方法和确定所有链路费用之后进行通信量数额的重新确定和计算网络中的最终的通信量分配。

在什么位置和是否在该方法期间执行通信量分配的重新计算以及将其用于该方法取决于通信网、该通信网的拓扑并且也取决于可供使用的计算能力。该方法可以在路由器上被实施为软件，例如能考虑支持等价多径(ECMP)的因特网路由器。

根据本发明的方法在下面在实施例的范围中借助一幅附图来进一步解释。

在该实施例中，从IP网和ECMP多路径路由出发。开始借助ECMP协议或OSPF协议，根据度量标准针对网络内的路由计算最小费用(Least-Cost)路径。如在ECMP方法中所规定的那样，对于具有到一个目标的两条或更多条在度量标准的意义上等效的最小费用路径的节点，所有或者至少部分该最小费用路径被用于该路由。在多条可替换的最小费用路径中能限制所应用的路径的数量，以便在该网络内设法获得较均匀的条件。在计算路径之后，引入分配权重并利用最初的值来覆盖。这个最初的分配权重如此被确定，以致进行在所有可能的路径上平均分配。以有意义的方式，在该方法的范围中，分配权重被标准化为1，以致一节点处的分配权重的起始值等于1/n，该节点针对一个目标具有n条路径替换方案。

在该实施例的范围中经过三个回路：最外面的回路经过网络内的路由的所有可能目标。第二个、取决于目标的回路经过在路由时对于各个目标所含有的全部节点。第三个回路对应于某一节点和某一目标的分配权重的迭代变化。这个迭代的次数例如为10到100。作为这些迭代的输入应用网络内的单条链路上的通信量数额。这可例如被计算或根据已知的、在网络边界上进出的通信量借助通信量矩阵被计算。分配权重的迭代匹配根据该图被进一步描述。在该图中示出节点J以及链路，到某一目标的其它节点K1、K2和K3的通信量被分配到这些链路上。这个分配按照分配权重W(J，K1，D)、...、W(J，K3，D)来实现。这个分配权重附加地取决于相应的目标D(D代表目的地)(最外面的回路)。分配权重的匹配取决于整个的、通过各条链路所输送的通信量。这个通信量利用TRAF(K1)、...、TRAF(K3)(在该附图中未示出)来表示。通过链路被输送到节点K1至K3的通信量的平均值利用TRAF_AV来表示。在每次迭代时，现在如下针对K∈{K1，K2，K3}计算新的分配权重：

W(J，K，D)_新＝W(J，K，D)_旧-(TRAF(K)-TRAF_AV)/TRAF_AV×DELTA在此，DELTA是等于1:n_IT的适当选择的调整量或衰减量，其中，n_IT等于迭代的次数。DELTA具有以下效应，在较高的迭代时衰减分配权重的变化并且这样避免振荡。在上面的公式中，索引K为值K1至K3，也就是说，到该目标的在节点J中向外扩展的链路的分配权重被匹配。在迭代中得到值，即W(J，K，D)_新＜0，则W(J，K，D)＝0。如果W(J，K，D)_新＞1，则W(J，K，D)＝1。紧接着W(J，K，D)如此被标准化，以致其总和为1。通过上面的公式，引起到节点K1至K3的链路之间的通信量再分配，减轻具有高通信量数额的链路的负载并且给具有低通信量数额的链路加有更重的负载。在该实施例的范围中，不同的链路带宽也可被考虑。接着，代替绝对通信量值、也即涉及链路带宽的通信量值，在链路上应用相对通信量负载。由此能以简单的方式来考虑不同的链路带宽。在上面的公式中，接着取代TRAF(K)而应用涉及带宽B(K)的相对值TRAF(K)/B(K)，并且得出TRAF_AF作为关于这些相对值的总和。

根据扩展方案也可以如下方式考虑随后的节点的加载。为此，针对每次迭代计算TRAF(K)的新的值，其方式是设置

TRAF(K)_新＝TRAF(K)_旧+ALPHA×T(K)，K∈{K1，K2，K3}。在此，Alpha是0.5与2之间的因数，而T(K)是到该目标的节点K的已经存在的通信量。值TRAF(K)_新接着在旧值的位置上被用于下一次迭代。值TRAF(K)_新的平均值必须同样针对下一次迭代被计算。通过该扩展方案，随后的节点K1至K3的加载通过再分配来考虑，以便避免节点J中的通信量分配通过通信量再分配的局部优化使节点K1至K3之一处于困境。也就是说，单个节点在目标方向上的通信量被考虑。该扩展方案范围中的修改促使，在目标方向上给节点加载小的整个通信量加载而不加载太多的新的通信量，该新的通信量必须由随后的节点继续分配。该变化因此抵制，到一个目标的通信量收敛到一条链路上，该链路与其它链路相比承载更少的、可能明显更少的整个通信量负载。

Claims (16)

1.用于利用多路径路由来改进利用多个节点(j，k1，k2，k3)和多条链路构成的通信网中的通信量分配的方法，其中所述通信网的节点(j)具有多条引出的链路，所述链路对应于到一个目标的路由的路径替换方案并且到该目标的通信量可被分配到所述链路上，据此

-到该目标的通信量的分配的分配权重(w(j，k1，D)，w(j，k2，D)，w(j，k3，D))被分配给所述引出的链路，以及

-所述分配权重(w(j，k1，D)，w(j，k2，D)，w(j，k3，D))按照涉及单条链路的负载或者可支配性的参数来匹配，其中在具有不同参数值的两条链路中相对于其它链路的分配权重降低所述链路的分配权重。

2.根据权利要求1所述的方法，

其特征在于，

所述分配权重(w(j，k1，D)，w(j，k2，D)，w(j，k3，D))按照针对各条链路的所述参数的值与通过多条引出的链路得到的参数的平均值的偏差来匹配。

3.根据权利要求2所述的方法，

其特征在于，

对于其参数值偏离平均值的多条链路的所有链路，所述分配权重(w(j，k1，D)，w(j，k2，D)，w(j，k3，D))被匹配，其中，其参数值位于平均值之上的链路的分配权重被降低，而其参数值位于平均值之上的链路的分配权重被提高。

4.根据权利要求3所述的方法，

其特征在于，

所述分配权重(w(j，k1，D)，w(j，k2，D)，w(j，k3，D))的提高或降低与各条链路的参数值距平均值的距离成比例地来执行。

5.根据前述权利要求之一所述的方法，

其特征在于，

-所述分配权重(w(j，k1，D)，w(j，k2，D)，w(j，k3，D))迭代地被匹配，其中在每一步中都执行该分配权重(w(j，k1，D)，w(j，k2，D)，w(j，k3，D))的匹配。

6.根据权利要求5所述的方法，

其特征在于，

-所述分配权重(w(j，k1，D)，w(j，k2，D)，w(j，k3，D))利用起始值来初始化，

-多次迭代被执行，以及

-在多次迭代之后得到的分配权重被用于通信网中的到所述目标的路由。

7.根据权利要求5或6所述的方法，

其特征在于，

在分配权重变化时应用取决于迭代次数的衰减量，该衰减量引起分配权重(w(j，k1，D)，w(j，k2，D)，w(j，k3，D))的变化随着迭代次数的增加而减小。

8.根据权利要求5至7之一所述的方法，

其特征在于，

-所述参数在第一次迭代时通过绝对通信量负载或者涉及链路带宽的相对通信量负载来给出，

-所述参数的数值在针对下一次迭代的迭代中改变，其中，该变化考虑到通过所述链路被传输到所述目标的通信量。

9.根据权利要求8所述的方法，

其特征在于，

-所述变化通过增加与一因数相乘的、通过所述链路被传输到所述目标的通信量来实现。

10.根据前述权利要求之一所述的方法，

其特征在于，

借助得到的分配权重(w(j，k1，D)，w(j，k2，D)，w(j，k3，D))来执行通信网中的通信量分配的重新计算。

11.根据前述权利要求之一所述的方法，

其特征在于，

所述方法针对通信网的在其上进行通信量分配的多个节点被执行。

12.根据前述权利要求之一所述的方法，

其特征在于，

所述方法针对多个在通信网内的路由的进程中不同的目标被执行。

13.根据前述权利要求之一所述的方法，

其特征在于，

所述参数通过绝对通信量负载、涉及链路带宽的相对通信量负载、在链路使用时产生的取决于通信量的费用、链路可支配性、各条链路的经过时间或者各条链路的端点的承载能力来给出。

14.根据前述权利要求之一所述的方法，

其特征在于，

到一个目标的节点的分配权重(w(j，k1，D)，w(j，k2，D)，w(j，k3，D))被标准化，并且在发生变化时保持该标准化。

15.根据前述权利要求之一所述的方法，

其特征在于，

所述分配权重(w(j，k1，D)，w(j，k2，D)，w(j，k3，D))针对ECMP(等价多径)方法的范围中的多路径路由来匹配。

16.路由器，其具有用于执行按照权利要求1至15之一所述的方法的计算机程序。

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