专利名称：一种基于负载均衡的多径路由分配方法
一种基于负载均衡的多径路由分配方法
技术领域：
本发明为一种集中式的多径路由分配方法，可以应用于网络层的带宽资源分配与 路由建立过程。应用本发明可在各种复杂网络环境下，将业务流平均分配在网络各条链路 之上，从而充分利用网络的拓扑结构，解决现有路由方法易拥塞、吞吐量低的缺点，扩展网 络的吞吐量和连通性，改善网络的端到端延时等性能。在无线自组织网等负载严重不均衡 的环境下，应用本发明可以显著提高网络的带宽利用效率，减少拥塞并降低端到端延时。背景技术：
路由是网络层的主要功能，即为信源到信宿的业务提供传输路径，并进行数据的 传输。因网络环境(有线网、无线自组织网络等)和优化目标不同(最大化网络吞吐率、最 小化端到端延时、最小路由跳数等)，会使用不同的路由协议。路由协议常采用单径的路由方式，如RIP、A0DV和OSPF等，根据网络的拓扑方式按 照最小跳数、最小化可用带宽的倒数之和等准则通过集中式的计算选择一条最优的路由路 径。使用单径路由的最大优点是路由算法相对简单，乱序和同步等问题不严重，但容易带来 拥塞问题(如图IA和IB所示)。在喷泉码和网络编码等领域的研究取得极大进展后，在降 低负载，提高网络吞吐率，降低拥塞方面表现更优的多路径路由得以实际应用，其中最常用 的算法就是负载均衡算法，即最小化各链路负载占用率的最大值。4个节点的双向网络拓扑、各链路带宽占用率如图IA和IB所示，链路带宽均为1 单位，由A到D发送两个流量为1单位的业务，在单径路由和负载均衡路由下，两业务的路 由分配结果如表1所示。表1分别应用单径方法与负载均衡方法的路由分配结果
权利要求
1.多径路由分配方法，其特征在于包括根据总带宽资源(C)和已用带宽资源(TM)，计算从源节点⑶到信宿节点(R)的业务 的路由分配矩阵(D)，使得网络所有链路的负载占用率尽量小，其中当网络中有N个节点时，所述总带宽资源矩阵C是一个NXN矩阵，其中第i，j个 矩阵元(Cij)为从节点i到节点j的直达链路Iinkij总带宽。所述已用带宽资源矩阵TM是一个NXN矩阵，其中第i，j个矩阵元Umij)为链路Iinkij 的已用带宽。所述源节点矢量S是一个N维矢量，其第i个分量Si表示节点i作为源节点的业务流出量。所述宿节点矢量R是一个N维矢量，其第i个分量ri表示节点i作为宿节点的业务流入量。所述路由分配矩阵D是一个NXN矩阵，其中第i，j个矩阵元(Clij)为链路Iinkij上的 分配带宽。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于进一步包括 在每次业务的分配前，分配中心获得当前网络的总带宽资源矩阵(Ctl),所述总带宽资源矩阵(Ctl)是一个NXN矩阵，其第i， j个矩阵元(Clij)为从节点i到节点j的直达链路Iinkij上的业务分配，其中矩阵元(Ctlij) 表示链路Iinkij的总带宽，已用带宽资源矩阵(TMtl)，所述已用带宽资源矩阵(TMtl)是一个NXN矩阵，其矩阵元 (tm0iJ)为链路Iinkij的已用带宽，源节点矢量(Stl)，所述源节点矢量(Stl)是一个N维矢量，其第i个分量(Stli)表示节点 i作为源节点的业务流出量，宿节点矢量00，所述宿节点矢量(Rtl)是一个N维矢量，其第i个分量(rj表示节点 i作为宿节点的业务流入量。
3.根据权利要求2的方法，其特征在于进一步包括输出路由建立结果矩阵(Dtl)，所述路由建立结果矩阵(Dtl)是一个NXN矩阵，其第i，j 个矩阵元(Clciu)表示链路Iinku上的分配带宽。
4.根据权利要求3的方法，其特征在于中间变量包括瓶颈链路矩阵(DX)，所述瓶颈链路矩阵(DX)是一个NXN矩阵，其第i， j个矩阵元(dXu)表示链路Iinku上的瓶颈带宽。
5.根据权利要求2的方法，其特征在于把所述总带宽资源矩阵(Ctl)、已用带宽资源矩阵(TMtl)、源节点矢量(Stl)和宿节点矢量 (R0)分别作为网络总带宽资源、已用带宽资源、源节点、宿节点代入负载均衡算法，计算是 否存在可行解，若不存在解，则返回“分配方案不存在”并结束分配流程。
6.根据权利要求5的方法，其特征在于所述负载均衡算法输出路由分配矩阵(D)和最小化后的各链路负载占用率最大值 (rmin)，将达到所述各链路负载占用率最大值(rmin)的所有链路(link)定义为瓶颈链路集 合㈧，所述方法进一步包括以所述总带宽资源(C)、所述已用带宽资源(TM)、源节点矢量⑶、宿节点矢量(R)分别 作为网络总带宽资源、已用带宽资源、源节点和宿节点，依次对所述瓶颈链路集合(A)中的 每条链路分别用限制瓶颈链路流量的负载均衡算法(见1. 4节)进行处理，当存在可行解且各链路占用率最大值的最小值rM。k<rmin时，将该链路从所述瓶颈链 路集合㈧中删除。
7.根据权利要求5的方法，其特征在于所述负载均衡算法包括根据所述总带宽资源(C)和已用带宽资源(TM)，计算从源节点⑶到信宿节点(R)的 业务的路由分配矩阵(D)，其中路由分配矩阵⑶的矩阵元(Clij)表示链路(Iinkij)上的分 配带宽，最小化所有链路的负载占用率的最大值，即 rmin = min r 其中“. ·d.. + tm.Vz，7，(最小负载占用率约束)
8.根据权利要求7的方法，其特征在于使用改进的算法 \^mm = minν y J 其中0 < α << 1，其余约束式不变。
9.根据权利要求6的方法，其特征在于所述限制瓶颈链路流量的负载均衡算法包括 对于一条瓶颈链路，确定相应的限制瓶颈的负载均衡算法为rmin = min r 其中“. .<4 + tmHVz，7，^gr (最小负载占用率约束)
全文摘要
本发明为一种集中式的多径路由分配方法，利用基于线性规划的负载均衡技术，结合网络的链路状态，为业务需求提供路由分配方案，可以应用于网络层的带宽资源分配与路由建立过程。应用本发明可在各种复杂网络环境下，将业务流平均分配在网络各条链路之上，从而充分利用网络的拓扑结构，解决现有路由方法易拥塞、吞吐量低的缺点，扩展网络的吞吐量和连通性，改善网络的端到端延时等性能。在无线自组织网等负载严重不均衡的环境下，应用本发明可以显著提高网络的带宽利用效率，减少拥塞并降低端到端延时。
文档编号H04L12/56GK102055675SQ201110024418
公开日2011年5月11日 申请日期2011年1月21日 优先权日2011年1月21日
发明者刘鹏飞, 梅顺良, 王鹏, 谷源涛 申请人:清华大学