一种利用带宽分配简化复杂网络的新型路由算法
【专利摘要】本发明提供了一个全新的基于带宽的流量分配算法—TDBB(Traffic?Distribution?Based?on?Bandwidth)。TDBB算法利用带宽分配，逐步将一个复杂网络简化为一个等效的简单网络，从而进行流量分配，通过将源端的流量按一定比例(此比例由各路径的带宽决定)分成多份，分别分发给多条路径(每条路径的带宽由该路径最小带宽决定)传输，最大限度地利用了网络资源。采用本发明，可以实现三个目的：A.使网络带宽利用率得到最大限度地提高：不会出现资源闲置的情况；B.用最短的时间将流量从源端发送到宿端：将一定量的流量通过多条路径传输，而不是单一路径，传输速率大大提高；C.实现流量均衡：只有当流量超过整个网络资源的总负载时，才会出现拥塞情况。
【专利说明】—种利用带宽分配简化复杂网络的新型路由算法
【技术领域】
[0001]本发明涉及光通信【技术领域】，其中在光分组交换中引入流量工程的思路进行流量分配的均衡化。特别设计一种利用带宽分配简化复杂网络的新型路由算法。
技术背景
[0002]I,光分组交换是指从信源到信宿的过程中，数据包的净荷部分保持在光域中，而依据交换、控制的技术不同，数据包的控制部分(开销)可以在中间交换节点处经过或不经过0/E/0的变换。换句话说，数据包的传输在广域中进行，而路由在电域或者光域中进行。光分组交换目前都使用这种混合的解决方案，传输与交换在光域中实现，路由和转发功能以电的方式实现。
[0003]2，光分组交换的关键技术为:光分组的产生，光分组的同步，解决竞争的方法以及光缓存，光分组的再生。
[0004]3，流量工程的主要实现方法是利用约束路由计算显示路径，再利用显示路径方式建立标签交换路径(LSP)和利用标签交换路径进行流量分配。采用流量工程的好处有:支持显示路由，不受按照目的来转发分组的限制实现路径选择，流量均衡，自愈恢复，路径优先级等。流量工程一般有两种实现方式:在线模式和离线模式。
[0005]引入GMPLS流量工程控制平面，可以简化光分组交换网络中控制信息处理路由选择的过程，同时，GMPLS完善的流量工程机制可以减少网络流量业务拥塞率并且降低丢包率，从而实现负载均衡，以及保护和恢复机制。
【发明内容】
[0006](一 )要解决的技术问题
[0007]传统流量工程的算法是找到网络中的一条最短路径，然后数据就只沿着这条最短路径传输，直到数据传输量达到该路径的最大负载，即造成了该路径的拥塞，才将多余的数据通过其余路径转发。可知，传统流量算法有三个问题:
[0008]A.只通过最短路径传输，其余路径的闲置无疑是对网络资源的一种浪费；
[0009]B.一定量的流量从源端到宿端，若只通过一条路径(即使是最短路径)，和将流量按一定比例分开，分别通过多条路径传输，所用时间必然是前者远远大于后者；
[0010]C.在最短路径出现拥塞后，才考虑将数据通过其他路径转发，而判断某条路径是否拥塞以及对拥塞的处理都会耗费很多不必要的时间。
[0011](二)技术方案
[0012]不同于传统算法的是，本发明提供了一种利用带宽分配，逐步将一个复杂网络简化为一个等效的简单网络，从而进行流量分配的新型路由算法。其特征是按照简化的网络，将源端的流量按一定比例(此比例由各路径的带宽决定)分成η份，分别分发给η条路径(每条路径的带宽由该路径最小带宽决定)传输。具体有以下步骤。
[0013]步骤一、给定一个网络匕=(V，Ε)，有一定的流量需要通过源端Vs发送到宿端Vt ；[0014]步骤二、网络G1的每一条边ei(i，j)有两个属性:
[0015]a.这条边的代价W1 (i，j);
[0016]b.这条边每秒最多可以通过的流量fji，」)，即带宽；
[0017]步骤三、根据每条边的代价W1 (i, j)，用最短路径算法找出源端Vs到宿端Vt的最短路径P!；
[0018]步骤四、在最短路径P1中，找出带宽最小的边，将此边的带宽作为最短路SP1的带宽；于是，这条最短路径简化为一条边ei (S，t)，即这条边的两端是源端Vs和宿端vt，且:
[0019]边ei (s，t)的代价如公式(I)所示
[0020]
【权利要求】
1.一种利用带宽分配，逐步将一个复杂网络简化为一个等效的简单网络，从而进行流量分配的新型路由算法，其特征在于通过将源端的流量按一定比例(此比例由各路径的带宽决定)分成η份，分别分发给η条路径(每条路径的带宽由该路径最小带宽决定)传输，具体有如下步骤: Α:给定一个网络G1 = (V, Ε)，有一定的流量需要通过源端Vs发送到宿端Vt ； B:网络G1的每一条边ei(i，j)有两个属性: a.这条边的代价W1(i, j)； b.这条边每秒最多可以通过的流量Ktj)，即带宽； C:根据每条边的代价W1 (i, j)，用最短路径算法找出源端Vs到宿端Vt的最短路径P1 ；D:在最短路径P1中，找出带宽最小的边，将此边的带宽作为最短路SP1的带宽；于是，这条最短路径简化为一条边ei (S，t)，即这条边的两端是源端Vs和宿端Vt，且: &ei(s，t)的代价如公式⑴所示 VV1 (.V,O = [H,(/, /) e, (/, / ) e Ep(1) aejs，!:)的带宽如公式(2)所示.
2.如权利要求1中所述的网络的两个属性:代价和带宽，其特征在于:所述步骤B中的“带宽”，是指这条链路每秒最多可以传输的流量，其中考虑了路由器的对数据的处理的时间，所以并不是单纯的带宽；但为了方便讨论，这里暂且将其看作带宽:比如说，A到B之间每秒最多可以传输80M/s，这个数据是综合考虑了链路的带宽以及路由A和B对数据处理的时间等因素得出的，也可以说是在实际传输中，A到B每秒可以传输的最大流量，是一个可以测量的值；决定代价和“带宽”的因素，有些是共同的，甚至两者之间也会有影响，但是并不需要具体知道他们之间是怎么影响的，因为，代价这个参数的作用只是寻找在原网络基础上不断生成的新网络的最短路径(包括原网络)；同时，还需说明的一点是，并不是说代价越高，“带宽”就一定越小，因为两者之间并不是正反比的关系。
3.如权利要求1中的将最短路径简化为一条边，其特征在于:所述步骤D中的边，端点是源端Vs和宿端vt，这条简化的边的代价是这条最短路径的各边代价之和；这条简化的边的带宽是这条最短路径上，带宽最小的边的带宽。
4.如权利要求1中的由原有网络得到的新网络，其特征在于:所述步骤E中的新生成的网络，是原网络的某些边改变带宽值后得到的；这些边是最短路径上的边，其新的带宽值是原有带宽减去了这条最短路径上最小的带宽得到的，这样就得到了新的网络，新网络中必然有些边的带宽值变为了 O，可以去掉这些带宽为O的边。
5.如权利要求1中的在新网络的基础上，寻找新网络的最短路径，按照之前相似的步骤，新的最短路径又可以简化成一条端点是源端Vs和宿端Vt的边，然后依据新的最短路径对新网络进行”改造“，便生成了一个更新的网络，这样，一直重复下去，直到新的网络是“残存”的网络为止；“残存”的网络的特征是:所述步骤H中的“残存”的网络没有路径可以使Vs到达vt。
6.如权利要求1中所述，原有网络会简化成一个很简单的网络，其特征是:所述步骤I的简化后的网络只有Vs和Vt两个端点，且这两个端点之间有η条边相连:ei (s，t)，e2(s，t),......en(s, t) ο
7.如权利要求1中将源端的流量分成η份，分别通过η条路径传输，每条路径传输的数据量之间是有比例的，其特征是:所述步骤J的每条路径Pi上应该分配的流量值是
8.如权利要求1中最后得到的三个数据(传输速率、传输时间及网络带宽利用率)，其特征是:这三个数据是在流量按照步骤J分配后得到的，和传统算法相比，有更快的传输速率，更短的传输时间和更高的网络带宽利用率。
【文档编号】H04L12/803GK104009915SQ201410252449
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2014年6月9日 优先权日:2014年6月9日
【发明者】张丽佳, 忻向军, 刘博 , 张琦, 王拥军, 尹霄丽, 郝靖鹏, 李博文, 田清华 申请人:北京邮电大学