SE514727C2 - Kommunikationsnät och förfarande för att dirigera meddelanden inom nätet - Google Patents

Description

30 514 727 REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN Ett mål med uppfinningen är att hitta den kortaste vägen från en godtycklig nod till en annan godtycklig nod i ett enkelriktat eller dubbelriktat nät med ett nunimum av information lagrad i varje nod.

LÖSNINGEN För detta ändamål, är kommunikationsnätet enligt uppfinningen kännetecknat därav att varje nod förses med; första lagringsmedel för att lagra en lista över alla noder som bildar grannar till sagda nod, vilka är riktade till den, andra lagringsmedel som innehåller ett datafält för registrering av identiteten av en nod, och att ett tredje lagringsmedel är anordnat i den centrala enheten för att bilda en temporär kö.

I ett speciellt utförande av kommunikationsnätet bildar datafältet för de andra lagringsmedlen en grupp av celler med index för alla noder i nätet, där storleken på sagda grupp är i proportion mot antalet noder i nätet och där varje cell är anordnad att innehålla identiteten för en nod.

Enligt ett fördelaktigt utförande av uppfinningen, är avståndet mellan varje par av noder representerat av ett antal antagna virtuella noder, där sagda antal är proportionellt mot sagda avstånd.

Alternativt, representeras trafiklasten mellan två noder av ett antal antagna virtuella noder, där sagda antal är proportionellt mot sagda trafiklast.

Ett förfarande för att dirigera meddelanden inom ett kommunikationsnät för att sända meddelande mellan ett flertal noder sonl har unika identiteter, för att beräkna den kortaste 10 15 20 25 30 514 727 vägen mellan en första nod och en andra nod, är kännetecknat av stegen att bilda en lista över identiteterna för alla noder som bildar grannar till sagda första nod och till vilken de är dirigerade, lägga identiteten för den andra noden i en kö, skriva ett stoppkommando i ett datafält för att registrera identiteten på den andra noden, lägga identiteten pà noden främst i kön och skriva dess identitet i alla dess grannars datafält, såvida det inte redan finns en post i detta datafält, lägga identiteten på en nod i kön varje gång som post skrivs in i datafältet för denna efter besök av nod, avlägsna identiteten på noden främst i kön, alla noder i listan över alla grann-noder till sagda nod, och repetera steget med att lägga identiteten på noden främst i kön och skriva dess identitet i alla dess grannars datafält, tills den besökta noden är den första noden.

Fördelaktigt undersöks om det finns några noder i nätet som har blivit bortkopplade från en viss nod.

Fördelaktigt innefattar kontrollen stegen att lägga identiteten för sagda nod (n) i kön och markera sagda nod, lägga noden främst i kön och markera dess omarkerade grannar, varje gång som identiteten pà en nod markeras, placeras den i kön, efter besök av alla noder i listan över identiteter' pà alla noder soni bildar grannar till sagda nod främst i kön, avlägsnas sagda nod från kön och lägges i en grupp, repetera steget med att lägga noden främst i kön och markera dess omarkerade grannar tills kön är tom och subtrahera den resulterande gruppen ifrån gruppen med alla noder som sagda nod känner till, där resultatet är gruppen av noder som är bortkopplade ifrån den tidigare nämnda noden.

Ett förfarande för att dirigera meddelanden inom ett kommunika- tionsnät för sändande av meddelanden mellan ett flertal noder som har unika identiteter, för att beräkna den kortaste vägen mellan 10 20 25 30 514 727 4 alla nodparen i nätet kännetecknas av stegen att; bilda en lista över identiteterna på alla noder som bildar grannar till en nod och till vilken de riktas, lägga identiteten för noden i kö, skriva ett stoppkommando för denna nod i ett gruppdatafält med index för registrering av identiteten på alla noder i nätet, ta identiteten för noden längst fram i kön och skriva dess identitet i alla dess grannars datafält, om där inte redan finns en post i respektive datafält, lägga identiteten för den besökta noden i kön varje gång som en post skrivs in i datafältet för en nod, avlägsna identiteten på noden längst fram i kön, från kön, efter besök av alla noder i listan över alla grann~noder till sagda nod, repetera steget med att ta identiteten på noden främst i kön och skriva dess identitet i datafältet för alla dess grannar, ända tills kön är tom och repetera ovanstående steg för alla noder i nätet.

Företrädesvis undersöks nätet för att se om en nod är förbunden med alla andra noder.

Företrädesvis innefattar kontrollen stegen att lägga identiteten på sagda nod i kön och markera sagda nod, ta noden främst i kön och markera dess omarkerade grannar, varje gång som identiteten på en ny nod markeras, placera den i kön, efter besök av alla noder i listan över identiteter för alla noder som bildar grannar till sagda nod främst i kön, avlägsna sagda nod från kön och lägga den i en grupp, repetera steget med att ta noden främst i kön och markera dess omarkerade grannar tills kön är tom, och subtrahera den resulterande gruppen ifrån gruppen med alla noder som sagda till, där gruppen av noder som är nod känner resultatet är bortkopplade noder. 10 l5 20 25 30 514 727 KORTFATTAD FIGURBESKRIVNING Uppfinningen kommer i det följande att ytterligare beskrivas på ett icke begränsande sätt under hänvisning till bifogade figurer i vilka: Pig. 1 schematiskt illustrerar den beräknade kortaste vägen från en nod till en annan nod, i enlighet med uppfinningen, Fig. 2 visar en kö som används under beräkningen av vägen i enlighet med Fig. 1, Fig. 3 schematiskt illustrerar den beräknade kortaste vägen mellan alla nodpar, och Fig. 4 är ett flödesdiagram som illustrerar algorithmen för att beräkna den kortaste vägen från alla noder i nätet till en speciell nod n.

DETALJERAD BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN Ändamålet är att hitta den kortaste vägen ifrån en godtycklig nod nl till en annan godtycklig nod n2 i ett dubbelriktat nät.

Varje nod skall innehålla följande information: 0 En "GrannLista" över alla grannar till en nod l. Denna lista inges till algorithmen. En instans krävs för varje nod. 0 Ett "Nästa Mot Mål" datafält 2 för registrering av identiteten på en nod. Detta fält kommer att fyllas av algorithmen och kommer att innehålla den information som behövs för dirigering.

En instans av detta fält krävs för varje nod.

En serverenhet håller en "Kö" 3 som är en temporär kö som kommer att tas bort när algorithmen har fullbordats. Algorithmen för att beräkna den kortaste vägen från nod nl till nod n2 inkluderar följande steg; (inte nl) i kön 3. 0 Steg l: Lägg n2 dvs. "-" i "Nästa Mot Mål" för nod n2.

Skriv ett stoppkommando, 10 15 20 25 30 514 727 0 Steg 2: Ta noden främst i kön och skriv dess identitet i "Nästa Mot Mål" listan för alla dess grannar (noder i dess GrannLista) om cellen inte redan är skriven. Om cellen redan är skriven i, skriv inte över den. Om den besökta noden är nod nl, är algorithmen genomförd. Om kön är ton1 men nod nl besökt, inte blivit betyder det att nod nl inte är ansluten till nod n2. 0 Steg 3: Varje gång du skriver (bara om man skriver) i "Nästa Mot Mål" för en nod, lägg noden i kön 3. 0 Steg 4: Efter besök av alla noder i "GrannListan" för noden (främst i kön), ta bort den ifrån kön. 0 Steg 5: Gå till steg 2. 0 SLUT Efter att algorithmen har avslutats, för att gå igenom den kortaste vägen från nod nl till nod n2: 0 Gå till nod l som pekas ut av "Nästa Mot Mål" 2 för nod nl. 0 Fortsätt på samma sätt tills man när nod n2.

Ovan beskrivna algorithm transformerar i själva verket graf- representationen över nätet till en träd-modell med destinations- noden som rot, där detta träd är det grundaste till. rig. (kortaste) trädet son1 grafen kan transformeras 1 visar resultatet av algorithmen efter beräkning av den kortaste vägen från nod l till nod 8. Fig. 2 visar kön som används i förfarandet för att finna sagda kortaste väg.

Det är möjligt att söka efter noder som har bortkopplats ifrån en nod n. Varje gång som en nod avlägsnas från kön, kan den inges till en grupp "Besökta Noder": 0 Steg 1: Lägg n i kön 3 och markera noden, 0 Steg 2: Ta noden främst i kön och markera dess omarkerade grannar. 10 15 20 25 30 514 727 0 Steg 3: Varje gång som en ny nod markeras, lägges den i kön.

I Steg 4: "GrannListan" för noden flyttas den ifrån kön till Efter besök av alla noder i (främst i kön) Noder".

"Gruppen Besökta 0 Steg 5: Gå till steg 2 tills kön 3 är tom. 0 SLUT När algorithmen har gàtts igenom, subtrahera "Besökt Grupp" från gruppen med alla noder som n känner till. Resultatet är gruppen bortkopplade noder.

När en nod vill sända ett meddelande till destinationsnoden (nod 8 i Fig. 1) har han bara en väg upp från roten och denna väg är den kortaste. Enligt Fig. 1: Först placeras nod n8 i roten (läggs främst i kön), därpå placeras nod n4 under nod n8, eftersom den enda möjliga första noden n8 är placerad i roten (läggs främst i kön), därpå placeras nod n4 under nod n8, som enda möjliga (den läggs i kön efter nod n8), därpå placeras noderna n9, n6 och n3 under nod n4 (de läggs därpå som nästa i kön), och slutligen, placera nod n7 under nod n6, och nod Således, är den kortaste vägen från nod nl till nod n8: nl till n5 till n3 till n4 till n8. n5 under nod n3 (de kommer som de nästa i kön).

Uppfinningen ger också möjlighet att få nätet med minsta möjliga information finna den kortaste vägen ifrån en godtycklig nod nl till en annan godtycklig nod n2 i ett dubbelriktat nät.

Varje nod skall innehålla följande information: 0 En "Grannlista" över alla grannar till en nod. "GrannListan" för alla noder beskriver tillsammans nättopologin. Denna lista inges till algorithmen. En instans krävs för varje nod. 10 l5 25 30 514 727 0 Ett "Nästa Mot Mål" gruppdatafält 4 med index för registrering av alla noder i nätet. Storleken på gruppen skall vara N. Varje cell 5 i gruppen skall ha plats för identiteten på en nod l (exempelvis ett nummer). Exempel: grupp [1...N] av heltal. datafält att Detta kommer fyllas av algorithmen och kommer att innehålla den enda information som behövs för dirigering. En instans av detta fält krävs för varje nod.

En serverenhet håller en "Kö" 3 som är en temporär kö som kommer att raderas när algorithmen har fullbordats.

Algorithmen för att beräkna den kortaste vägen mellan alla par av noder i nätet illustreras i Fig. 4 och inkluderar följande steg för varje nod n(n=l...N); 0 Steg l: "Nästa Mot Màl[n]".

Lägg n i kön. Skriv ett stoppkommando, dvs. "-" i noden 0 Steg 2: Ta noden främst i kön och skriv dess identitet i "Nästa Mot Mål[n]" listan för alla dess grannar (noder i GrannListan) om cellen inte redan är skriven. Om cellen redan är skriven, skriv inte över den. 0 Steg 3: Varje gång en nod besöks och skrivs (bara vid skrivning) Mål[n]" besökta noden i kön. i "Nästa Mot för denna nod, lägg identiteten pà den 0 Steg 4: Efter besök av alla noder i "GrannListan" för noden, avlägsna den från kön. 0 Steg 5: Om kön är tom, är nod n färdig, annars gå till steg 2. 0 SLUT *) I Fig. 4, har uttrycket "obesökt" använts för att beskriva en nod vars Nästa Mot Màl[n] är oskriven, där n är den första nod som är lagd i kön. 10 15 20 25 30 514 727 Resultatet av den inre slingan är den kortaste vägen från alla noder till nod n. Resultatet av den yttre slingan är den kortaste vägen från alla noder till alla andra noder. När algorithmen har fullbordads och nätverket är uppdaterat, för att ta den kortaste vägen från nod nl till nod n2: 0 Läs "Nästa Mot Mål" cell [n2] för nod nl, kalla det p.

O Gå till p, besök därpå dess "Nästa Mot Mål" cell [n2] och fortsätt på samma sätt tills nod n2 har nåtts. "Nästa Mot Mål" cell [n2] i nod n2 är "-".

När i den inre slingan den kortaste vägen till en nod 1 beräknas, finns det möjlighet att kontrollera om noden har förbindelse med För detta alla andra noder (existensen av vilka den känner till). ändamål, skall en nod, varje gång sonl den avlägsnas från kön, införas i en grupp. När algorithmen har gjorts för nod n, subtrahera denna grupp från alla noder som den känner till.

Resultatet är gruppen av bortkopplade noder.

Pig. 3 visar resultatet av algorithmen efter uppdatering av "Nästa Mot Mål" listan för alla noder.

Informationen är distribuerad och varje nod behöver bara hålla ett minimum av information (i “Nästa Mot Mål" fältet eller listan).

Kostanden för ovan beskrivna algorithm är optimal, dvs. så mycket som Dijkstra's algorithm för den kortaste vägen mellan två noder i en graf. Algorithmerna kommer alltid att termineras.

I ovan beskrivna algorithms, antas att avståndet mellan alla grann-noder är detsamma.

Last på en länk kan tolkas som längden mellan två grann-noder (belägna på respektive sida av länken). Låg last tolkas som kort avstånd mellan noderna och vice versa. lO l5 20 25 30 514 727 lO Det är möjligt att betrakta olika avstånd mellan nodparen i algorithmen genom att anta ett antal virtuella noder mellan varje av par verkliga noder som beror på avståndet mellan dem. Om exempelvis avståndet mellan en nod 1 och en nod 5 är tre meter, kan man anta tvà virtuella noder (kallad nod 151 och nod 152) mellan dem. När man väl lägger alla dessa virtuella noder som (representerar avståndet mellan grann-noderna) in grafen, kan algorithmen användas på vanligt sätt. Den enda skillnaden är att "Nästa Mot Mål" fälten för varje nod måste uppdateras med identiteten for den närmaste verkliga noden ifrån den noterade virtuella noden. När datastrukturerna har fullbordats, kommer de inte att veta någonting om de virtuella noderna som skapades bara av beräkningsändamål. Även om ett nät normalt är dubbelriktat, är det möjligt att använda algorithmerna även for enkelriktade grafer efter> några modifikationer. Skillnaden är att en nod i. en enkelriktad graf kanske inte känner till vilka noder som är riktade till den. Den känner till de noder som den är riktad mot kanske bara ("GrannListan" som beskrivits ovan).

För att råda bot på detta problem kan en gupp kallad "Riktad Till till grupp identiteten på alla noder som är riktade mot den.

Mig Lista" ansluten varje nod. Denna innehåller Denna grupp kan tas bort efter algorithmen har fullbordats, om det inte finns inte något annat skäl till att behålla den. Informationen i gruppen kan beräknas ifrån "GrannListorna" soul är kopplade till nätnoderna enligt följande algorithm: I BÖRJA 0 Steg 1: Lägg en godtycklig nod i en ko. 0 Steg 2: identitet (n) Hämta noden längst fram i kön (nod n) i "Riktad Till Mig Listan" och lägg dess for alla noder till 10 15 20 514 727 11 vilken den är riktad (noder i dess "GrannLista").

"Riktad TILL Mig Listan" Varje gång som för en nod uppdateras, kontrollera om noden är omarkerad. Om ej, markera noden och lägg den längst bak i kön. (Lägg den inte i kon om den var markerad). 0 Steg 3: avlägsna n ifrån kön och gå då därpå till steg 2 om kön inte är tom. 0 SLUT Efter att algorithmen har fullbordats, kommer varje nod i grafen ("Riktad för noderna i att ha information om vilka noder som är riktade till den Till Mig Lista"). När väl "Riktad Till Mig Lista" grafen är beräknade, kommer den kortaste vägen mellan alla noderna i den enkelriktade grafen att beräknas med samma algorithmer som den som användes för det dubbelriktade fallet, men med den enda skillnaden att istället för i det dubbelriktade fallet, måste "Riktad Till Mig Lista" användas.

"GrannListan" Det skall vara klart att uppfinningen givetvis inte är begränsad till de speciellt illustrerade utföringsformerna, utan att den kan varieras på ett antal sätt inom ramen för de vidhängande patentkraven.

Claims (11)

10 *J Lfl 20 25 30 514 727 /2 PATENTKRAV

1. l. Ett kommunikationsnät för sändande av meddelanden mellan ett flertal noder (l) med unika identiteter, där sagda nät innefattar en serverenhet, k ä n n e t e c k n a t d ä r a v att varje nod (1) är försedd med; första lagringsmedel för att lagra en lista över alla noder som bildar grannar till sagda nod, och som är riktade till den, andra lagringsmedel innehållande ett datafält (2) för 2) registrering av identiteten på en nod där sagda datafält ,-\ bildar en grupp (4) av celler (5) med index för alla noder i nätet, där sagda grupp har en storlek sonl är i. proportion mot antalet noder" i nätet och där varje cell (5) är anordnad att innehålla identiteten för en nod, och att ett anordnat i (3), i tredje bilda en lagringsmedel är serverenheten för att temporär kö vilken identiteten för en andra nod (n2) lägges till vilken ett meddelande skall sändas från en först nod (1), varpå ett stoppkommando skrives i sagda datafält (2) för att registrera identiteten på sagda andra nod (n2), varvid identiteten på noden främst i kön tages och dess identitet skrives i datafältet (2) för alla till inskrivet i datafältet, grannar noden såvida det inte redan finns något varvid identiteten för en nod läggs i kön varje gàng något skrivs in i denna nods datafält, identiteten på noden främst i kön avlägsnas från kön, efter besök av alla noder i listan och alla grann-noder till sagda och dess tills den nod, varvid identiteten pà noden främst i kön tas identitet skrives i datafältet för alla dess grannar, 10 20 25 (30 514 727 /3 så att den kortaste vägen (n2) besökta noden är sagda första nod (1) mellan varje nod (1) och en andra nod kan beräknas.

2. Ett kommunikationsnät enligt patentkrav l, k ä n n e t e c k n a t d ä r a v att avståndet mellan varje par av noder representeras av ett antal antagna virtuella noder, där sagda antal är proportionellt mot sagda avstånd.

3. Ett kommunikationsnät enligt patentkrav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a t noder representeras av ett antal antagna virtuella noder, där sagda antal är proportionellt mot sagda trafiklast.

4. Ett förfarande för att dirigera meddelanden inom ett kommunikationsnät för sändande av meddelanden mellan ett flertal noder (nl, n2,...) med unika identiteter, för- beräkning av den kortaste vägen mellan en första nod (nl) och en andra nod (n2), K ä n n e t e c k n a t av stegen att; bilda en lista med identiteten på alla noder som bildar grannar till sagda första nod och som är riktad till den, (n2) skriva ett stoppkommande i ett datafält (2) lägga identiteten för en andra nod i en kö (3), för registre- ring av identiteten på den andra noden (n2), ta identiteten på nöden främst i kön och skriva dess identitet i alla dess grannars datafält, om det inte redan finns något redan inskrivet i dess datafält, lägga identiteten för en nod i kön varje gång något skrivs in i denna nods datafält, avlägsna identiteten på nöden främst i kön från kön, efter besök av alla noder i listan och alla grann-noder till sagda nod, och d ä r a v att trafiklasten mellan två . 10 l5 20 25 30 514 727 /lv repetera steget med att ta identiteten på nöden främst kön och skriva dess identitet i datafältet för alla dess grannar, tills den besökta nöden är den första noden (nl).

5. Ett förfarande enligt patentkrav 4, k ä n n e t e c k n a t av att kontrollera nätet för att se vilka noder för vilka förbindelsen till en viss nod (l) upphört.

6. Ett förfarande enligt patentkrav 5, k ä n n e t e c k n a t d ä r a v att sagda kontroll innefattar följande steg; lagga identiteten för sagda nod (1) i kön (3) och markera sagda nod, ta noden främst i kön och markera dess omarkerade grannar, varje gång identiteten på en ny nod markeras, placera den i kön, efter besök av alla noder i listan över identiteter på alla noder som bildar grannar till sagda nod främst i kön, flytta sagda nod från kön och lägga den i en grupp med besökta noder, repetera steget med att ta nöden främst i kön och markera dess omarkerade grannar tills kön är tom, och gruppen ifrån gruppen med alla noder som sagda nod (n) subtrahera den resulterande med besökta noder är medveten om, där resultatet är gruppen av noder som är bortkopplade ifrån ovannämnda nod (n).

7. Ett förfarande enligt patentkrav 4,5 eller 6, k ä n n e t e c k n a t d ä r a v att det dessutom innefattar stegen att: låta avståndet och/eller trafiklasten mellan varje nodpar representeras av ett antal antagna virtuella noder, där antalet är proportionellt mot sagda avstånd och/eller trafiklast. 10 15 20 25 30 514 727 /5

8. Ett förfarande för att dirigera meddelanden inom ett kommunikationsnät för sändande av meddelande mellan ett flertal (nl, n2,...) kortaste vägen mellan alla par av noder i nätet, noder med unika identiteter, för' beräkning av den k ä n n e t e c k n a t genom stegen att: bilda en lista över identiteterna på alla noder som bildar grannar till en nod och som den är riktad till, lägga identiteten under nod (1) i en kö (3), skriva ett stoppkommande för denna nod i en cell (5) är indexerad [n] i ett gruppdatafält (4) indexerat för registrering av identiteten på alla noder (1) i nätet, ta identiteten på noden främst i kön och skriva dess identitet i cellen (5) som är indexerad [n] i datafält för alla dess såvida det inte redan finns en post ,pà detta datafält, grannar, lägga identiteten för den besökta noden i kön varje gång en post skrivs in i cellen (5) som är indexerad [n] i datafältet (1), avlägsna för en nod identiteten på noden främst i kön från kön, efter besök av alla noder i listan över alla noder som bildar grann-noder till denna nod, repetera steget med att ta identiteten på noden främst i kön och skriva dess identitet i datafält cellen för alla dess och grannar, tills kön är tom, repetera ovanstående steg för alla noder i nätet.

9. Ett förfarande enligt patentkrav 8, k ä n n e t e c k n a t av att kontrollera nätet för att se om en nod har förbindelse med alla andra noder (nl, n2...).

10. Ett förfarande enligt patentkrav 9, SOm ' 10 20 514 727 /6 k a n n e t e c k n a t d ä r a v att sagda kontroll innefattar följande steg: lägga identiteten för sagda nod (1) i en kö (3) och markera sagda nod, ta noden främst i kön och markera dess omarkerade grannar, varje gång identiteten på en ny nod markeras, placera den i kön, efter besök av alla noder i listan över identiteter på alla noder som bildar grannar till sagda nod främst i kön, flytta sagda nod ifrån kön och lägga den i en grupp med besökta noder, repetera steget med att ta noden främst i kön och markera dess omarkerade grannar tills kön är tom, och subtrahera den resulterande gruppen med besökta noder från gruppen med alla noder som sagda nod (n) känner till, dar resultatet är gruppen av noder som är bortkopplade noder (nl, n2...).

11. ll. Ett förfarande enligt patentkrav 8,9 eller 10, k a n n e t e c k n a t d ä r a v att det dessutom innefattar stegen att: låta avståndet och/eller trafiklasten mellan varje nodpar representeras av ett antal antagna virtuella noder, där antalet ar proportionellt mot sagda avstånd och/eller trafiklast.