一种路由网络及其节点转发能力共享方法
【专利摘要】一种路由网络及其节点转发能力共享方法。本发明提供一种路由网络，包括：互联的多个偏射路由节点，每个所述偏射路由节点存储云路径，所述云路径的长度不超过预设的阈值且每条云路径各自对应该偏射路由节点的唯一输入端口；每个所述偏射路由节点用于在本地有空闲路由资源时对当前偏射数据流进行路由处理，在本地没有空闲路由资源时，根据自身是否为当前偏射数据流所属的云路径的末端节点，阻塞当前偏射数据流，或者将当前偏射数据流直接转发至相应云路径中的下一跳节点。本发明既能支持节点转发能力共享的前提下，又能够避免“活锁现象”，且减少数据时延。
【专利说明】一种路由网络及其节点转发能力共享方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及计算机与通信网络技术以及云计算【技术领域】，具体地说，本发明涉及一种路由网络及其节点转发能力共享方法。
【背景技术】
[0002]随着互联网用户以数千万到数十亿规模的扩张，路由数据传输量呈超线性增长。近年来，云计算技术将IT资源、数据、应用作为服务整合进互联网后，海量的信息传输需求更是对以电互联技术为基础的传统网络在数据交换规模、交换容量、交换速度方面提出了更严峻的考验。当电子设备逐步达到其物理极限时，光网络以其几乎无限的带宽拓展潜力，迅速成为互联网物理层的主流传输技术，然而，光缓存还有关键的技术瓶颈难以解决，这导致自光网络成为数据传输的主流技术以来，网络节点的数据处理能力便一直远落后于节点间的传输能力。进入云计算时代后，各类网络域间、域内的数据交互更是大幅增长，给网络节点的数据处理能力，尤其是路由处理能力带来很大的挑战。
[0003]偏射路由是在无缓存的光网络中发生路由竞争时可采用的解决方案之一，它最早由Baran在上世纪60年代提出，但直至光网络成为支撑技术，传输能力远远超越处理能力后，这一路由算法才有了实用价值。在偏射路由中，当分组在竞争同一端口无法同时进行正确转发时，便将其路由到另一个输出端口，通过其他路径到达目的节点。传统偏射路由也称为“热土豆路由”，当多个数据分组到达某一路由节点，由于出口带宽或节点处理能力受限，当前节点将暂时不能路由处理的分组经任一空闲端口发送至下一个节点，由下一个节点进行路由处理，从而实现 了节点转发能力共享。然而这种方案下，偏射分组将一直在网络中传递，直至得到某个空闲节点的处理。在重负荷网络流量的状态下，如果所有的路由节点都处于忙状态，那么一直得不到处理的偏射分组只能在网络中无限游弋，这一情况称之为“活锁现象”，“活锁现象”可能占用大量的网路资源，恶化网络处理能力。如附图1所示，网络中包括K、R1^ R2> R3> R4> R5> Re等节点，偏射数据流T需要从节点Rtl传输到目的节点Re。而该网络中，节点R1至目的节点R6的只有唯一的线路，这样节点R1至目的节点R6就存在处理和传输瓶颈时，如果采用传统偏射路由技术，网络中所产生的四个偏射数据流T1、T2、T3、T4在到达节点R1时，均难以从节点R1传输至目的节点&，结果只能回到缺省路径上继续游弋，这种偏射数据流在网路内无限游弋将与正常路由流量进行竞争，进一步恶化网络的处理能力。
[0004]在无缓存的光网络如OBS(光突发交换)网络中，某些偏射路由技术针对“活锁现象”做了一些改进，如“次短路径偏射”技术，它对偏射流量的转发次数做了一定限制，能在一定程度上抑制“活锁现象”。然而，这种偏射路径改进方式需要服务器对分组进行“次短路由”查找，“次短路由”查找本身也是一种路由处理，它会显著增加数据的时延，不适用于当前电域交换、处理，光域传输的网络架构。
[0005]因此，当前迫切需要一种既能避免“活锁现象”，又能减少数据时延的偏射路由方法。
【发明内容】
[0006]本发明的任务是提供一种既能支持节点转发能力共享，又能避免“活锁现象”且减少数据时延的路由解决方案。
[0007]本发明提供了一种路由网络，包括:互联的多个偏射路由节点，每个所述偏射路由节点存储云路径，所述云路径的长度不超过预设的阈值且每条云路径各自对应该偏射路由节点的唯一输入端口；
[0008]每个所述偏射路由节点用于在本地有空闲路由资源时对当前偏射数据流进行路由处理，在本地没有空闲路由资源时，判断自身是否为当前偏射数据流所属的云路径的末端节点，如果是，则阻塞当前偏射数据流，如果否，则将当前偏射数据流直接转发至相应云路径中的下一跳节点。
[0009]其中，所述偏射路由节点还用于在其当前的路由处理能力低于当前的路由数据流的入口流量时，将部分路由数据流调制为偏射数据流并将其转发至相应云路径中的下一跳节点。
[0010]其中，所述偏射路由节点用于根据偏射数据流所对应的输入端口，确定哪条云路径是该偏射数据流所属的云路径。
[0011]本发明还提供了一种基于上述路由网络的节点转发能力共享方法，对于每个偏射路由节点，执行:偏射路由节点在本地有空闲路由资源时，对当前的偏射数据流进行路由处理，在本地没有空闲路由资源时，判断自身是否为当前偏射数据流所属的云路径的末端节点，如果是，则阻塞当前偏射数据流，如果否，则将当前偏射数据流直接转发至相应云路径中的下一跳节点。
[0012]其中，所述当前的偏射数据流包括从前一跳节点接收的偏射数据流和/或本地生成的偏射数据流，本地生成偏射数据流的方法包括:在本地当前的路由处理能力低于当前的路由数据流的入口流量时，将部分路由数据流调制为偏射数据流。
[0013]其中，一个新路由节点R加入所述偏射路由网络时，执行下列步骤:
[0014]I)对各出入端口的流量数据进行吞吐量统计，对于每个输入端口，设统计周期内该输入端口 Ii端口到各输出端口的流量分布为[!\、T2,……、Tn]，若Tj = max(T1, T2、…Tn)，并设输出端口指向的路由节点为Kp此时R节点选择本地或者节点&所存储的一条包含Kj的云路径lj，根据该包含Kj的云路径Ij建立一条对应于所述输入端口 Ii的新的云路径。
[0015]其中，所述步骤I)之后还包括步骤:
[0016]2)Kj节点新增一条与输出端口 Oj对应的Kj节点输入端口的云路径[R，Ij]。
[0017]其中，一个新路由节点R加入所述偏射路由网络时，如某个输出端口 Oi指向为边缘网络，且存在对应的输入端口 Ii,其流量流经输出端口 Oi的概率最大，则路由节点R将输入端口 Ii进行第一类末端宣告，并将该宣告发往与输入端口 Ii相邻的偏射路由节点Ki，同时在本地增加一条对应于输入端口 Ii的末端云路径[Ki, R]。
[0018]其中，在更新云路径时，优先选择包含第一类末端节点的云路径。
[0019]其中，各偏射路由节点对各出入端口的流量数据进行吞吐量统计，并根据统计结果更新每个输入端口所对应的云路径。[0020]其中，当某个偏射路由节点的云路径变更导致其长度超出预设的阈值时，取长度超出预设的阈值的云路径中的一个中间节点作为该云路径的新末端节点，并更新该云路径，同时通知所述中间节点进行第二类末端节点宣告，与所述中间节点相关的其它偏射路由节点根据所述第二类末端节点宣告更新各自的云路径。
[0021]与现有技术相比，本发明具有下列技术效果:
[0022]1、本发明在支持节点转发能力共享的前提下，既能够避免“活锁现象”，又能减少数据时延。
[0023]2、本发明能对偏射路由流量的转发路径进行动态调整，改变了传统偏射技术的随机性，大大提高了偏射转发的准确性，抵消了传统偏射路由中流量由于传输路径增长，在网络时延上带来的负面影响。
[0024]3、本发明能够取得更好的资源利用效率，从而改善网络的整体性能。
[0025]4、本发明特别适合用于光网络或光电混合网络(光域传输电域处理)。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]以下，结合附图来详细说明本发明的实施例，其中:
[0027]图1示出了现有技术的偏射网络存在处理或传输瓶颈时偏射数据传输的示意图；
[0028]图2示出了一个偏射路由网络拓扑结构的实例；
[0029]图3示出了本发明一个实施例中云路径的生成演化过程的时序图；
[0030]图4示出了本发明一个实施例中新节点接入后云路径的初始化及后续更新的总体流程图。
【具体实施方式】
[0031]根据本发明的一个实施例，提供了一种路由网络，包括:互联的多个偏射路由节点，每个所述偏射路由节点存储云路径，所述云路径的长度不超过预设的阈值且每条云路径各自对应该偏射路由节点的唯一输入端口 ；每个所述偏射路由节点用于在本地有空闲路由资源时对当前偏射数据流进行路由处理，在本地没有空闲路由资源时，判断自身是否为当前偏射数据流所属的云路径的末端节点，如果是，则阻塞当前偏射数据流，如果否，则将当前偏射数据流直接转发至相应云路径中的下一跳节点。偏射路由节点还能够在其当前的路由处理能力低于当前的路由数据流的入口流量时，将部分路由数据流调制为偏射数据流并将其转发至相应云路径中的下一跳节点。
[0032]本实施例中，云路径是网络中的一组具有流量转发和交互能力节点构成的有限长度的路径。路由网络中，对偏射路由建立了有限路径长度约束的机制，偏射流量在任何中间节点都无需进行路由处理，它沿一条事先通过协商定义的有限长路径即云路径进行透明转发，直至在该路径上被空闲节点处理。如果网络处于重负载状态，偏射流量一直到达路径终点仍没有得到处理，则该偏射流量由路径终端节点进行阻塞丢弃。这种有限路径长度约束的方案可成功避免偏射路由的“活锁问题”，且无需进行“次短路由”查找。在实际应用中，云路径可采用电域建立，光域使用的方式。这样，偏射流量在处理前只会产生一次偏射流量的传输时延(该时延远小于路由处理的时延)和N段传播时延(由于传播速度为光速，所以该时延可忽略不计)，其中N为配置的路径段数。[0033]在一个实施例中，每个偏射路由节点可存储多条云路径，每条云路径对应唯一一个输入端口，这样，根据偏射数据流所对应的输入端口(即判断偏射数据流是从哪个端口输入该偏射路由节点的)，即可确定哪条云路径是该偏射数据流所属的云路径。
[0034]下面介绍云路径的映射规则与存储方式。
[0035]按照偏射流量在云路径上的处理方式，可以将偏射节点分为两类:一类为路径中间节点，一类为末端节点，偏射流量起始于某一个发生拥塞的中间节点，而终止于空闲节点或末端节点。一条云路径上的末端节点，也可以是另一条云路径的中间节点。本实施例中的云路径与节点入口存在一一对应关系，即每一个节点的入口流量，都可沿着一条预配置的路径，通过其相应的出口，不经处理便到达下一个偏射路由节点。需注意的是，该节点转发偏射流量的入口和出口可以和正常的路由流量处理入口和出口为同一端口，也可以是两个分别独立但一一对应的端口。设网络中偏射路由节点R的出入流量端口如表1所示:
[0036]表1
[0037]
【权利要求】
1.一种路由网络，包括:互联的多个偏射路由节点，每个所述偏射路由节点存储云路径，所述云路径的长度不超过预设的阈值且每条云路径各自对应该偏射路由节点的唯一输入端口 ； 每个所述偏射路由节点用于在本地有空闲路由资源时对当前偏射数据流进行路由处理，在本地没有空闲路由资源时，根据自身是否为当前偏射数据流所属的云路径的末端节点，阻塞当前偏射数据流，或者将当前偏射数据流直接转发至相应云路径中的下一跳节点。
2.根据权利要求1所述的路由网络，其特征在于，所述偏射路由节点还用于在其当前的路由处理能力低于当前的路由数据流的入口流量时，将部分路由数据流调制为偏射数据流并将其转发至相应云路径中的下一跳节点。
3.根据权利要求1所述的路由网络，其特征在于，所述偏射路由节点用于根据偏射数据流所对应的输入端口，确定哪条云路径是该偏射数据流所属的云路径。
4.一种基于权利要求1所述的路由网络的节点转发能力共享方法，其特征在于，每个偏射路由节点均执行:偏射路由节点在本地有空闲路由资源时，对当前的偏射数据流进行路由处理，在本地没有空闲路由资源时，根据自身是否为当前偏射数据流所属的云路径的末端节点，阻塞当前偏射数据流，或者将当前偏射数据流直接转发至相应云路径中的下一跳节点。
5.根据权利要求4所述的节点转发能力共享方法，其特征在于，所述当前的偏射数据流包括从前一跳节点接收的偏射数据流和/或本地生成的偏射数据流，本地生成偏射数据流的方法包括:在本地当前的路由处理能力低于当前的路由数据流的入口流量时，将部分路由数据流调制为偏射数据流。
6.根据权利要求5所述的节点转发能力共享方法，其特征在于，所述路由网络中，加入一个新路由节点R时，所述共享方法执行下列步骤: 1)对R节点的各出入端口的流量数据进行吞吐量统计，对于每个输入端口，设统计周期内该输入端口 Ii端口到各输出端口的流量分布为[?\、Τ2、……、Tn]，若Tj = max (1\、T2>…Tn)，并设输出端口(^_指向的路由节点为Kp此时R节点选择本地或者节点&所存储的一条包含Kj的云路径lj，根据该包含Kj的云路径Ij建立一条对应于所述输入端口 Ii的新的云路径。
7.根据权利要求6所述的节点转发能力共享方法，其特征在于，所述步骤I)之后还包括步骤: 2)Kj节点新增一条与输出端口(^_对应的&节点输入端口的云路径[R，Ij]。
8.根据权利要求6所述的节点转发能力共享方法,其特征在于,一个新路由节点R加入所述偏射路由网络时，如某个输出端口 Oi指向为边缘网络，且存在对应的输入端口 Ii，其流量流经输出端口 Oi的概率最大，则路由节点R将输入端口 Ii进行第一类末端宣告，并将该宣告发往与输入端口 Ii相邻的偏射路由节点Ki,同时在本地增加一条对应于输入端口 Ii的末端z?路径[Ki, R]。
9.根据权利要求8所述的节点转发能力共享方法，其特征在于，在更新云路径时，优先选择包含第一类末端节 点的云路径。
10.根据权利要求4所述的节点转发能力共享方法，其特征在于，各偏射路由节点对各出入端口的流量数据进行吞吐量统计，并根据统计结果更新每个输入端口所对应的云路径。
11.根据权利要求4所述的节点转发能力共享方法，其特征在于，当某个偏射路由节点的云路径变更导致其长度超出预设的阈值时，取长度超出预设的阈值的云路径中的一个中间节点作为该云路径的新末端节点，并更新该云路径，同时通知所述中间节点进行第二类末端节点宣告，与所述中间节点相关的其它偏射路由节点根据所述第二类末端节点宣告更新各自的 云路径。
【文档编号】H04L12/701GK104009914SQ201410242787
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2014年6月4日 优先权日:2014年6月4日
【发明者】李彦君, 张国清 申请人:中国科学院计算技术研究所