一种基于近似估计的路由路径选择方法与流程

本发明涉及互联网通信，尤其涉及一种基于近似估计的路由路径选择方法。

背景技术：

1、路由路径选择方法是互联网网络通信中的重要基础技术之一。具体定义是指在计算机网络中，根据特定的路由选择策略和算法进行路由决策的过程。它主要用于确定数据包从源节点传输到指定目标节点所需要经过的路径，在此路径的指导下，可以实现源节点和目标节点之间的信息通信。合适的路由路径选择方法，可以保证数据资源在网络中传输的高效性和正确性，并使得网络资源在有限时间内得到最大程度的利用。

2、目前随着互联网的不断发展，网络拓扑结构变得愈发庞大和复杂。在路由路径选择问题中，可能会涉及大量的节点和路径的计算问题，导致整体的计算复杂度过高。某些算法可能需要遍历所有可能的路径才能找到最优解，这可能会消耗大量的计算资源和时间，导致网络的传输效率不高。

技术实现思路

1、本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本技术的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

2、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种基于近似估计的路由路径选择方法，主要包括以下步骤：

3、步骤1：自行定义权衡程度；

4、步骤2：选择计算网络中代表节点；

5、步骤3：计算代表节点间最短路由路径；

6、步骤4：任意两个节点间最短路由路径查询方法，包含四种情况；

7、步骤5：设定代表节点间最短路由路径更新策略。

8、上述中代表节点，指从路由网络中通过不同的选择策略，选择出一部分路由节点，并提前构建出此部分路由节点间的最短路径关系，以此加速整个路由路径选择的速度，而这些被选择出的路由节点称为代表节点。

9、作为本发明所述基于近似估计的路由路径选择方法的一种优选方案，其中：所述自行定义权衡程度，即提出基于k值的权衡方法，其中k值是指在整个计算网络中所选出的代表节点数量，在近似估计的路由路径选择方法中，代表节点数目越多，则路由路径平均计算时间越长，路径进行转发所花费的平均代价越小，相反，代表节点数目越少，则路由路径的计算平均时间越短，路径进行转发所花费的平均代价越小，具体的k值选取需要结合应用场景来进行决定。其中近似估计路由路径选择，指通过借助代表节点加速路由路径选择后，所得到的路由路径结果不一定和基于迪杰斯特拉所计算出的最短路由路径相同，是由于将代表节点所构建的代表节点网络近似看作整个路由网络，通过近似计算得到路由路径结果。

10、作为本发明所述基于近似估计的路由路径选择方法的一种优选方案，其中：所述k≥2。

11、作为本发明所述基于近似估计的路由路径选择方法的一种优选方案，其中：步骤2中所述选择计算网络中代表节点，用于避免在路径选择中进行全局最短路由路径的计算，所述代表节点具有多种不同的选择策略。

12、作为本发明所述基于近似估计的路由路径选择方法的一种优选方案，其中：所述选择策略具有三种：

13、第一种：访问次数策略，即将计算网络中频繁进行访问的前k个节点作为计算网络中的代表节点。相较于其他代表节点的选择策略而言，该策略的优点在于，此类代表节点可能是计算网络中的关键节点，有较多的查询所选择的源节点或者目标节点可能被包含在此类代表节点中。当遇到此类查询时，减少了将目标节点或者源节点与代表节点之间建立联系的过程，减少了部分时间的花费。

14、第二种：稳定性优先策略，即将计算网络中变化次数最少的前k个节点作为计算网络中的代表节点。此策略的优点在于，所选择出的代表节点代表了计算网络中变动频率最低的路由节点，此类代表节点具有较好的稳定性。相较于其他代表节点的选择策略而言，该策略的优点在于，可以通过延长代表节点间最短路由路径的更新时间，提高路由路径选择方法的效率。

15、第三种：最广覆盖选择策略，即通过网络的拓扑结构，将自治系统划分为互不相交的m个部分，在m个部分中各自随机选取一个路由节点作为整个计算网络的代表节点。相较于其他代表节点的选择策略而言，此策略的优点在于减少了特殊情况下时间的花费，特殊情况是指，源节点和目标节点距离所选择出的代表节点的距离较远，且在从源节点开始寻找代表节点的过程中未曾遇到目标节点，以及从目标节点开始寻找代表节点的过程中未曾遇到源节点。

16、作为本发明所述基于近似估计的路由路径选择方法的一种优选方案，其中：所述代表节点间最短路由路径的计算方法是利用迪杰斯特拉算法进行计算，同时在计算过程中需要将计算出的最短路由路径信息和通过路由路径进行转发所花费的代价进行保存，所保存的最短路由路径信息在步骤4当中进行利用。

17、作为本发明所述基于近似估计的路由路径选择方法的一种优选方案，其中：所述步骤4中四种情况如下：

18、第一种情况，源节点在代表节点当中，但是目标节点不在代表节点中；

19、第二种情况，源节点不在代表节点当中，但是目标节点在代表节点当中；

20、第三种情况，源节点和目标节点都在代表节点当中；

21、第四种情况，源节点和目标节点都不在代表节点当中；

22、通过以上四种情况对任意两个节点间最短路由路径查询方法进行论述，且四种情况分别在步骤4.1-4.4当中进行论述，具体如下：

23、步骤4.1：首先设置变量spend为正无穷大，设置变量path为保留的路径，设置变量midvar为保存的中间节点，且变量path和midvar均初始化为空；

24、然后，从目标节点进行广度优先遍历，遍历过程中存放进队列中的元素包括两个部分，第一个部分记录从目标节点到当前节点所花费的代价，第二个部分保存遍历到当前节点的路径，当遍历到代表节点中的某一个节点node时，假设弹出的元素为使用(cost,path’)，更新spend为min(spend,cost)，如果spend发生了变化，则同步将path更新为path’，midvar更新为node，另外遍历中需要注意，如果从队列中弹出的元素代价超过spend或者为某一个代表节点，则不继续从此节点进行扩展，遍历时不断从队列中弹出元素，直到队列为空，或者所有的代表节点除源点外均已被访问过为止，最后，从步骤3所保留的信息中找到从源节点到node节点所花费的代价firstspend和路径firstpath；

25、综上，从源节点到目标节点的所花费的代价为firstspend与spend的累加和，从源点到目标节点的路径为firstpath与path的拼接；

26、步骤4.2：此类情况与4.1类似，执行时从源节点开始广度优先遍历；

27、步骤4.3：查询步骤3中所保留的从源点到目标顶点的信息，假设查询得到的从源点到目标顶点花费代价为firstspend，从源点到目标顶点路径为firstpath，则直接将firstpath作为最短路由路径；

28、步骤4.4：首先设置变量spend为正无穷大，设置变量path为保留的路径，设置变量midvar为保存的中间节点，且变量path和midvar均初始化为空；

29、然后，从目标节点和源结点同时进行广度优先遍历，遍历过程中存放进队列中的元素包括两个部分，第一个部分记录从目标节点到当前节点所花费的代价，第二个部分保存遍历到当前节点的路径；

30、在从源结点和目标结点进行广度优先遍历的过程中，需要不断查看两者是否遍历过代表结点node，存在两种不同情况，最后，在两种情况下，不断地更新spend和相应的path信息，同时持续检查是否满足剪枝条件。

31、作为本发明所述基于近似估计的路由路径选择方法的一种优选方案，其中：所述步骤4.4中两种情况具体如下：

32、第一种为遍历过同一个代表节点，在第一种情况下，假设从源节点遍历到node节点的代价为a，路径为firstpath，从node节点到目标节点的代价为b，路径为secondpath，则总体代价为a和b的累加和，路由路径为firstpath和secondpath的拼接；

33、第二种为遍历过不同的代表节点，在第二种情况下，假设从源节点遍历到nodea节点的代价为a，路径为firstpath，从nodea节点到nodeb节点的代价为b，路径为secondpath，从nodeb节点到目标节点的代价为c，路径为threepath。则总体的代价为a和b以及c的累加和，路径为firstpath和secondpath与threepath的拼接。

34、作为本发明所述基于近似估计的路由路径选择方法的一种优选方案，其中：所述步骤4.4中剪枝条件包括两种：

35、第一种剪枝条件是指，当从队列中弹出的元素是代表节点时，不再从该节点继续向后扩展；

36、第二种剪枝条件是指，如果弹出的元素的代价已经超过了所记录的spend，则不再从该节点继续向后扩展，在队列为空或者从源节点和目标节点开始的广度优先遍历均经过了所有的代表节点为止，在结束后返回相应的路由路径以及花费的代价总和。

37、作为本发明所述基于近似估计的路由路径选择方法的一种优选方案，其中：步骤5中所述代表节点间最短路由路径更新流程为：由代表节点的路由器周期性地向其他代表节点发送更新查询，如果检测到与其他代表节点相连接的路径中的某一个链路状态发生改变，则立即从代表节点开始状态更新。通过更新策略能够快速察觉到链路状态是否发生了改变，在改变的情况下及时进行主动的更新以确保网络拓扑的及时性。

38、本发明的有益效果：

39、1)减少计算开销：在复杂的网络拓扑结构中，执行全局的最短路由路径计算方法，需要考虑到所有计算网络中的节点和边，计算复杂度较高，而通过选择部分路由节点作为代表节点，可以降低计算的复杂度，并减少计算开销，采用本发明，需要做的只是维护代表节点之间的最短路由路径即可，然后通过将源节点以及目标节点与代表节点之间构造连接关系，完成路由路径的计算。

40、2)空间效率提升：给定源节点和目标节点的前提下，在全局执行完最短路由路径的计算后，需要存储路径中所涉及到的所有节点和边的信息，同时由于每次查询所涉及到的顶点可能均不相同，多次查询后会占用大量的存储空间，重复的路径可能会多次进行保存，而选择部分路由节点作为代表节点，则可以减少存储所需的空间，代表结点之间的最短路由路径信息只需存储一份即可，而所需要的其他结点与代表节点之间的路径信息，可具体通过步骤4完成，减少了冗余路径的存储。

41、3)适应动态变化：网络拓扑和流量分布往往会发生变化，导致路由路径的选择也需要相应地调整，如果每次都在全局情况下进行最短路由路径的计算以及更新，开销较大，而通过选择部分路由节点作为代表节点，可以更快速地适应网络变化，在具体场景中只需结合更新策略，维护代表结点之间的最短路由路径信息即可，不需要每次查询都进行全局的最短路由路径计算和更新。

42、4)网络分析和优化：选择部分路由节点作为代表节点进行提前的最短路由路径计算，可以更好地理解网络中的关键节点和路径，其中对于代表节点的选择可以考虑节点的重要性、分散性、稳定性等元素。同时，采用不同的选择策略，可以帮助进行网络分析和优化，有助于改善网络的性能、容错能力和可扩展性。