專利名稱：優(yōu)化樹形拓?fù)涓采w網(wǎng)絡(luò)路由的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種優(yōu)化路由的方法，具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種優(yōu)化樹形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)覆蓋網(wǎng)絡(luò)路由的方法。
背景技術(shù)：
網(wǎng)絡(luò)層路由算法是比較經(jīng)典的成熟算法，是人們解決數(shù)據(jù)傳輸比較常用的路由算法，但是，將其應(yīng)用在覆蓋網(wǎng)絡(luò)路由技術(shù)中，不僅使覆蓋網(wǎng)絡(luò)路由算法復(fù)雜度和實(shí)現(xiàn)成本加大，而且，還不能體現(xiàn)覆蓋網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)。
樹形拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)作為信息交換的邏輯網(wǎng)絡(luò)，能夠較好的體現(xiàn)社會(huì)部門的實(shí)際組織結(jié)構(gòu)。由于樹形拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)具有網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞娜中畔ⅲ⒙酚筛咝?，所以，樹形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在數(shù)據(jù)共享、電子政務(wù)等領(lǐng)域得到較好的應(yīng)用。樹形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)因其自身具有的易于擴(kuò)展，便于管理，路由算法簡(jiǎn)捷等特點(diǎn)被廣泛地使用于覆蓋網(wǎng)絡(luò)中。
針對(duì)樹形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的覆蓋網(wǎng)絡(luò)，沿用已有的路由技術(shù)即嚴(yán)格用樹形拓?fù)涞倪呥M(jìn)行路由，由于節(jié)點(diǎn)間的路由路徑單一，造成樹形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)覆蓋網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生以下明顯的缺點(diǎn)，如整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載不平衡，高層節(jié)點(diǎn)(如根節(jié)點(diǎn))的負(fù)載過(guò)高，進(jìn)而導(dǎo)致這些節(jié)點(diǎn)有很高的單點(diǎn)失效風(fēng)險(xiǎn)，影響其整棵子樹或整棵樹的信息交換；同時(shí)單一的路由路徑也阻礙了傳輸效率的提高。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述原因，為了解決樹形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)覆蓋網(wǎng)絡(luò)路由路徑單一，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載不平衡，某些節(jié)點(diǎn)單點(diǎn)失效風(fēng)險(xiǎn)高，容易造成網(wǎng)絡(luò)分割以及傳輸效率不夠高的問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種優(yōu)化樹形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)覆蓋網(wǎng)絡(luò)路由的方法。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案一種優(yōu)化樹形拓?fù)涓采w網(wǎng)絡(luò)路由的方法，其特征在于它是在由主干邊組成的覆蓋網(wǎng)絡(luò)中，動(dòng)態(tài)的在不相鄰的節(jié)點(diǎn)間建立傳輸路徑即優(yōu)化邊，使節(jié)點(diǎn)間除原有樹形拓?fù)涞倪呁膺€有可選的路由路徑，減少數(shù)據(jù)傳輸時(shí)在覆蓋網(wǎng)絡(luò)中的轉(zhuǎn)發(fā)跳數(shù)。
所述優(yōu)化邊的建立是依據(jù)計(jì)算出來(lái)的反映優(yōu)化邊效益的util值建立的；定義優(yōu)化邊(u，v)在縮短數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)路徑方面的收益為util(u，v)，計(jì)算公式為
其中，N為整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的數(shù)量，其中Nu和Nv分別表示以u(píng)和v為根的子樹的節(jié)點(diǎn)數(shù)；Su表示以u(píng)為根節(jié)點(diǎn)的子樹的節(jié)點(diǎn)集合，Sv表示以v為根節(jié)點(diǎn)的子樹的節(jié)點(diǎn)集合；D(u，v)為u，v兩點(diǎn)間的在覆蓋網(wǎng)絡(luò)中的距離。我們定義在覆蓋網(wǎng)絡(luò)中相鄰的節(jié)點(diǎn)距離為零，不相鄰的節(jié)點(diǎn)之間的距離為兩點(diǎn)間路徑上節(jié)點(diǎn)的數(shù)量；在建立優(yōu)化邊時(shí)，依據(jù)網(wǎng)絡(luò)中所有潛在的優(yōu)化邊util值的大小，優(yōu)先加入util值大的優(yōu)化邊。
本發(fā)明在依據(jù)計(jì)算出來(lái)的反映優(yōu)化邊效益的util值建立優(yōu)化邊之前，也就是在節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時(shí)，服務(wù)器就要收集交換過(guò)數(shù)據(jù)的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)作為潛在優(yōu)化邊目標(biāo)節(jié)點(diǎn)，直到數(shù)據(jù)交換次數(shù)達(dá)到設(shè)定的閾值，然后，依據(jù)計(jì)算出來(lái)的反映優(yōu)化邊效益的util值建立優(yōu)化邊，其步驟如下A、對(duì)于每一個(gè)潛在的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)，進(jìn)行util值的計(jì)算；B、將潛在目標(biāo)節(jié)點(diǎn)按util值由大到小排序；C、按照util值由大到小的順序依次建立優(yōu)化邊，將信息存入路由表；D、當(dāng)建立的優(yōu)化邊數(shù)量達(dá)到預(yù)先設(shè)定的上限時(shí)結(jié)束。
本發(fā)明優(yōu)化樹形拓?fù)涓采w網(wǎng)絡(luò)路由方法還包括對(duì)已建立的優(yōu)化邊進(jìn)行更新的步驟；網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)需周期性的更新自己記錄的優(yōu)化邊信息，對(duì)于不再可用的優(yōu)化邊或其util值為0的優(yōu)化邊予以刪除，所述更新優(yōu)化邊的步驟如下A、節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時(shí)，數(shù)據(jù)交換次數(shù)不斷累加，當(dāng)達(dá)到設(shè)定閾值時(shí)開始一輪更新過(guò)程；B、依次更新路由表中所有記錄，重新測(cè)試優(yōu)化邊的連通性，若該優(yōu)化邊不再可用或其util值為0則刪除此條信息；C、重復(fù)步驟B直到所有記錄都被更新完畢。
由于本發(fā)明通過(guò)向樹形拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中不斷地添加、更新優(yōu)化邊，增加可選的、最佳的數(shù)據(jù)路由路徑，所以，本發(fā)明大大降低了高層節(jié)點(diǎn)的負(fù)載，有效地改善了網(wǎng)絡(luò)負(fù)載不平衡的狀況；進(jìn)而降低了網(wǎng)絡(luò)中高層節(jié)點(diǎn)單點(diǎn)失效風(fēng)險(xiǎn)；同時(shí)，還降低了網(wǎng)絡(luò)的平均時(shí)延，提高了數(shù)據(jù)傳輸效率。


圖1為本發(fā)明含有主干邊和優(yōu)化邊的樹形覆蓋網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；圖2顯示了一個(gè)深度為4，節(jié)點(diǎn)數(shù)量為70的樹形拓?fù)涓采w網(wǎng)絡(luò)分別采用隨機(jī)建立優(yōu)化邊和依據(jù)util值添加優(yōu)化邊兩種方法時(shí)，各層節(jié)點(diǎn)平均負(fù)載降低的情況；圖3顯示了一個(gè)深度為4，節(jié)點(diǎn)數(shù)量為70的樹形拓?fù)涓采w網(wǎng)絡(luò)分別采用隨機(jī)建立優(yōu)化邊和依據(jù)util值添加優(yōu)化邊兩種方法時(shí)，網(wǎng)絡(luò)整體平均時(shí)延降低的情況；圖4為本發(fā)明子節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)的流程圖；圖5為本發(fā)明子節(jié)點(diǎn)退出網(wǎng)絡(luò)的流程圖；圖6為本發(fā)明具體實(shí)施例中篩選、建立優(yōu)化邊流程圖；圖7為本發(fā)明具體實(shí)施例中對(duì)已建立好的優(yōu)化邊進(jìn)行更新流程圖；圖8為本發(fā)明具體實(shí)施例中在加入了優(yōu)化邊后路由選擇流程圖；圖9為加入優(yōu)化邊功能模塊后樹形拓?fù)涓采w網(wǎng)絡(luò)調(diào)用路由功能模塊的流程圖。
具體實(shí)施例方式
為了解決樹形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)覆蓋網(wǎng)絡(luò)路由路徑單一，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載不平衡，某些節(jié)點(diǎn)單點(diǎn)失效風(fēng)險(xiǎn)高，容易造成網(wǎng)絡(luò)分割以及傳輸效率不夠高的問(wèn)題，本發(fā)明在由主干邊組成的覆蓋網(wǎng)絡(luò)中，動(dòng)態(tài)的在不相鄰的節(jié)點(diǎn)間建立傳輸路徑即優(yōu)化邊，使節(jié)點(diǎn)間除原有樹形拓?fù)涞倪呁膺€有可選的路由路徑，減少數(shù)據(jù)傳輸時(shí)在覆蓋網(wǎng)絡(luò)中的轉(zhuǎn)發(fā)跳數(shù)。下面以圖1為例說(shuō)明本發(fā)明通過(guò)建立優(yōu)化邊，減少數(shù)據(jù)傳輸時(shí)在覆蓋網(wǎng)絡(luò)中的轉(zhuǎn)發(fā)跳數(shù)，從而，解決整個(gè)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載不平衡，某些節(jié)點(diǎn)單點(diǎn)失效風(fēng)險(xiǎn)高，容易造成網(wǎng)絡(luò)分割的問(wèn)題，并提高數(shù)據(jù)傳輸效率。
圖1為本發(fā)明含有主干邊和優(yōu)化邊的樹形覆蓋網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖，圖中的實(shí)線表示主干邊，圖中的虛線表示優(yōu)化邊。假設(shè)，要從節(jié)點(diǎn)E到節(jié)點(diǎn)H傳輸數(shù)據(jù)，在沒有建立優(yōu)化邊的樹形拓?fù)涓采w網(wǎng)絡(luò)中，數(shù)據(jù)的傳輸路徑為E→A→R→C→H。如果我們?cè)诠?jié)點(diǎn)A和C之間添加一條輔助邊，則由節(jié)點(diǎn)E到節(jié)點(diǎn)H的數(shù)據(jù)傳輸路徑就變?yōu)镋→A→C→H，數(shù)據(jù)傳輸減少了一跳；同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)中其他節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)傳輸也可從中獲益，以Sx表示以x為根的子樹的節(jié)點(diǎn)集合，則任意u(u∈Sv)與v(v∈Su)之間的距離都減少了1。由此可見，在樹形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的覆蓋網(wǎng)絡(luò)中添加若干輔助邊可以縮短覆蓋網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)傳輸?shù)穆窂剑覀兎Q這些添加的輔助邊為優(yōu)化邊”。
為了保持覆蓋網(wǎng)絡(luò)的樹形結(jié)構(gòu)，同時(shí)又要建立并控制一定數(shù)量的優(yōu)化邊，使得整個(gè)網(wǎng)絡(luò)可以在付出較少優(yōu)化邊建立和維護(hù)開銷的情況下，達(dá)到很好的網(wǎng)絡(luò)負(fù)載平衡和降低時(shí)延的目的，本發(fā)明提出了一種評(píng)價(jià)優(yōu)化邊效益的計(jì)算方法，依據(jù)此計(jì)算方法計(jì)算出的反映優(yōu)化邊效益的util值表征優(yōu)化邊在負(fù)載平衡和降低網(wǎng)絡(luò)時(shí)延方面的貢獻(xiàn)，util值越大，表示該優(yōu)化邊貢獻(xiàn)越大，效益越高。另外，本發(fā)明也是依據(jù)計(jì)算出來(lái)的反映優(yōu)化邊效益的util值，對(duì)優(yōu)化邊進(jìn)行篩選、建立、更新，使優(yōu)化邊數(shù)量控制在一定范圍內(nèi)，以保持覆蓋網(wǎng)絡(luò)的樹形結(jié)構(gòu)特征。
上述的評(píng)價(jià)優(yōu)化邊效益的計(jì)算方法如下定義優(yōu)化邊(u，v)在縮短數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)路徑方面的收益為util(u，v)，計(jì)算公式為 其中，N為整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的數(shù)量，其中Nu和Nv分別表示以u(píng)和v為根的子樹的節(jié)點(diǎn)數(shù)。Su表示以u(píng)為根節(jié)點(diǎn)的子樹的節(jié)點(diǎn)集合，Sv表示以v為根節(jié)點(diǎn)的子樹的節(jié)點(diǎn)集合。D(u，v)為u，v兩點(diǎn)間的在覆蓋網(wǎng)絡(luò)中的距離。我們定義在覆蓋網(wǎng)絡(luò)中相鄰的節(jié)點(diǎn)距離為零，不相鄰的節(jié)點(diǎn)之間的距離為兩點(diǎn)間路徑上節(jié)點(diǎn)的數(shù)量。
本發(fā)明在建立優(yōu)化邊時(shí)，依據(jù)網(wǎng)絡(luò)中所有潛在的優(yōu)化邊util值的大小，優(yōu)先加入util值大的優(yōu)化邊，使得網(wǎng)絡(luò)高層節(jié)點(diǎn)負(fù)載降低和平均時(shí)延下降的速度均大大加快。
圖2顯示了一個(gè)深度為4，節(jié)點(diǎn)數(shù)量為70的樹形拓?fù)涓采w網(wǎng)絡(luò)分別采用隨機(jī)建立優(yōu)化邊和依據(jù)util值的大小優(yōu)先加入優(yōu)化邊兩種方法時(shí)，各層節(jié)點(diǎn)平均負(fù)載降低的情況?？梢钥闯鲆罁?jù)util值的大小優(yōu)先加入優(yōu)化邊的方法使得各層節(jié)點(diǎn)平均負(fù)載降低的速度明顯快于采用隨機(jī)建立優(yōu)化邊的方法。圖3顯示了在上述同樣拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中分別采用隨機(jī)建立優(yōu)化邊和依據(jù)util值的大小優(yōu)先加入優(yōu)化邊兩種方法時(shí)，網(wǎng)絡(luò)整體平均時(shí)延降低的情況?？梢钥闯霭凑誹til值的大小優(yōu)先建立優(yōu)化邊的方法，網(wǎng)絡(luò)平均時(shí)延降低的速度也明顯快于采用隨機(jī)建立優(yōu)化邊的方法。
本發(fā)明是對(duì)原有樹形拓?fù)涓采w網(wǎng)絡(luò)路由技術(shù)的改進(jìn)與優(yōu)化，是建立在原有路由技術(shù)之上的，本發(fā)明只是在不相鄰的節(jié)點(diǎn)間建立動(dòng)態(tài)的數(shù)據(jù)傳輸路徑即優(yōu)化邊，故，本發(fā)明網(wǎng)絡(luò)建立的基本過(guò)程與原路由方法采用的網(wǎng)絡(luò)建立過(guò)程大致相同，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)地址的分配與配置與原路由技術(shù)一致，網(wǎng)絡(luò)由根節(jié)點(diǎn)向葉子節(jié)點(diǎn)逐層建立，只是本發(fā)明要求每個(gè)節(jié)點(diǎn)記錄自己子樹的節(jié)點(diǎn)數(shù)量，當(dāng)有子節(jié)點(diǎn)加入或者退出網(wǎng)絡(luò)時(shí)，須向其父節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，父節(jié)點(diǎn)將調(diào)整子樹節(jié)點(diǎn)數(shù)量。如圖4所示，當(dāng)有節(jié)點(diǎn)加入時(shí)1.加入的節(jié)點(diǎn)向其父節(jié)點(diǎn)發(fā)出通知消息；2.父節(jié)點(diǎn)將本地記錄的子樹節(jié)點(diǎn)數(shù)量加一；3.節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)。
如圖5所示，當(dāng)節(jié)點(diǎn)退出時(shí)1.退出的節(jié)點(diǎn)向其父節(jié)點(diǎn)發(fā)出通知信息；
2.父節(jié)點(diǎn)將本地記錄的子樹節(jié)點(diǎn)數(shù)量減一；3.節(jié)點(diǎn)退出網(wǎng)絡(luò)。
本發(fā)明在依據(jù)計(jì)算出來(lái)的反映優(yōu)化邊效益的util值建立優(yōu)化邊之前，也就是在節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時(shí)，服務(wù)器就要收集交換過(guò)數(shù)據(jù)的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)作為潛在優(yōu)化邊目標(biāo)節(jié)點(diǎn)，直到數(shù)據(jù)交換次數(shù)達(dá)到設(shè)定的閾值，然后，依據(jù)計(jì)算出來(lái)的反映優(yōu)化邊效益的util值建立優(yōu)化邊，其主要步驟如下A、對(duì)于每一個(gè)潛在的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)，進(jìn)行util值的計(jì)算；B、將潛在目標(biāo)節(jié)點(diǎn)按util值由大到小排序；C、按照util值由大到小的順序依次建立優(yōu)化邊，將信息存入路由表；D、當(dāng)建立的優(yōu)化邊數(shù)量達(dá)到預(yù)先設(shè)定的上限時(shí)結(jié)束。
圖6是本發(fā)明建立優(yōu)化邊具體實(shí)施例流程圖。該實(shí)施例是在北京航空航天大學(xué)計(jì)算機(jī)新技術(shù)實(shí)驗(yàn)室“黑龍江電子政務(wù)數(shù)據(jù)交換平臺(tái)”項(xiàng)目中，通過(guò)在原有路由拓?fù)渲刑砑雍途S護(hù)一些優(yōu)化邊的方法，對(duì)原有路由技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化。其具體實(shí)現(xiàn)方案如下在建立優(yōu)化邊之前，系統(tǒng)服務(wù)器需要作一些約定，如1、每個(gè)節(jié)點(diǎn)需要記錄自己子樹的節(jié)點(diǎn)數(shù)量，用以與其它節(jié)點(diǎn)交換此信息并用來(lái)計(jì)算util值。
2、每個(gè)節(jié)點(diǎn)預(yù)先設(shè)定的自己可建立的優(yōu)化邊數(shù)量的上限，實(shí)施例中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)的優(yōu)化邊數(shù)量上限設(shè)為N×N/10。
3、優(yōu)化邊建立統(tǒng)計(jì)值，是指為觸發(fā)優(yōu)化邊建立流程而統(tǒng)計(jì)的自上次優(yōu)化邊建立過(guò)程結(jié)束后累計(jì)的系統(tǒng)數(shù)據(jù)交換次數(shù)。每次優(yōu)化邊建立流程執(zhí)行時(shí)被重置為0。
4、優(yōu)化邊建立統(tǒng)計(jì)閾值，是指預(yù)先設(shè)定的觸發(fā)優(yōu)化邊建立流程統(tǒng)計(jì)值的臨界值。閾值根據(jù)假定的網(wǎng)絡(luò)狀況在系統(tǒng)啟動(dòng)前設(shè)定。
5、優(yōu)化邊更新統(tǒng)計(jì)值，是指為觸發(fā)優(yōu)化邊更新流程而統(tǒng)計(jì)的自上次優(yōu)化邊更新過(guò)程結(jié)束后累計(jì)的系統(tǒng)數(shù)據(jù)交換次數(shù)。每次優(yōu)化邊更新流程執(zhí)行時(shí)被重置為0。
6、優(yōu)化邊更新統(tǒng)計(jì)閾值，是指預(yù)先設(shè)定的觸發(fā)優(yōu)化邊更新流程統(tǒng)計(jì)值的臨界值。閾值根據(jù)假定的網(wǎng)絡(luò)狀況在系統(tǒng)啟動(dòng)前設(shè)定，應(yīng)小于優(yōu)化邊建立統(tǒng)計(jì)閾值。
如圖6所示，在該具體實(shí)施例中建立優(yōu)化邊的具體實(shí)現(xiàn)步驟如下1.將優(yōu)化邊建立統(tǒng)計(jì)值重置為0；2.從根節(jié)點(diǎn)獲取全局網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)量；3.重新設(shè)定優(yōu)化邊數(shù)量上限；4.逐個(gè)取出已記錄的數(shù)據(jù)交換目的節(jié)點(diǎn)作為潛在的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)；5.對(duì)于每一個(gè)潛在的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)重復(fù)如下操作步驟
a)向潛在目標(biāo)節(jié)點(diǎn)發(fā)送節(jié)點(diǎn)信息請(qǐng)求，獲得其子樹節(jié)點(diǎn)數(shù)量；b)若收到響應(yīng)，則根據(jù)公式計(jì)算util值；c)若未收到響應(yīng)，則設(shè)其util值為0；6.將所有潛在目標(biāo)節(jié)點(diǎn)按其util值從大到小排序，舍去util值為0的潛在目標(biāo)節(jié)點(diǎn)；7.按排好的順序依次將到潛在目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的優(yōu)化邊信息加入路由表；8.當(dāng)加入的優(yōu)化邊信息數(shù)量達(dá)到優(yōu)化邊數(shù)量上限時(shí)停止加入；9.清空所有記錄的潛在目標(biāo)節(jié)點(diǎn)。
網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)需周期性的更新自己記錄的優(yōu)化邊信息，對(duì)于不再可用的優(yōu)化邊或其util值為0的優(yōu)化邊予以刪除，更新優(yōu)化邊的主要步驟如下A、節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時(shí)，數(shù)據(jù)交換次數(shù)不斷累加，當(dāng)達(dá)到設(shè)定閾值時(shí)開始一輪更新過(guò)程；B、依次更新路由表中所有記錄，重新測(cè)試優(yōu)化邊的連通性，若該優(yōu)化邊不再可用或其util值為0則刪除此條信息；C、重復(fù)步驟B直到所有記錄都被更新完畢。
圖7是本發(fā)明具體實(shí)施例中，對(duì)已建立好的優(yōu)化邊進(jìn)行篩選、更新的具體實(shí)現(xiàn)步驟1.將優(yōu)化邊更新統(tǒng)計(jì)值重置為0；2.從根節(jié)點(diǎn)獲得當(dāng)前全局網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)；3.依次取出路由表中每條優(yōu)化邊信息；4.對(duì)于每一條記錄的優(yōu)化邊重復(fù)如下操作步驟a)向優(yōu)化邊目的節(jié)點(diǎn)發(fā)送節(jié)點(diǎn)信息請(qǐng)求，獲得其子樹節(jié)點(diǎn)數(shù)量；b)若收到響應(yīng)，則重新計(jì)算util值；若沒有響應(yīng)，則刪除該條記錄；c)若重新計(jì)算所得util值為0，則將該條記錄刪除；否則保留原記錄，繼續(xù)更新下一條記錄；5.直到所有優(yōu)化邊信息都被更新，停止。
在加入優(yōu)化邊后，網(wǎng)絡(luò)中的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間的路徑不再唯一。其路由算法需要相應(yīng)調(diào)整，首先應(yīng)尋找可用的優(yōu)化邊，在無(wú)優(yōu)化邊可用的情況下仍然使用原樹形拓?fù)涞穆酚伤惴?。其主要步驟如下A、以目的節(jié)點(diǎn)為當(dāng)前目標(biāo)節(jié)點(diǎn)，查詢路由表，看是否存在到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)直連的優(yōu)化邊，如果存在，則返回當(dāng)前目標(biāo)節(jié)點(diǎn)作為路由結(jié)果；B、如果不存在，則以目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的父結(jié)點(diǎn)為當(dāng)前目標(biāo)節(jié)點(diǎn)繼續(xù)查找，直到父結(jié)點(diǎn)為整棵樹的根節(jié)點(diǎn)停止；C、如果整個(gè)過(guò)程都未找到可用的優(yōu)化邊，則以原樹形拓?fù)渎酚伤惴ǖ慕Y(jié)果作為路由結(jié)果。
圖8是本發(fā)明具體實(shí)施例中，在加入了優(yōu)化邊后路由選擇流程圖。路由選擇的具體步驟如下1.設(shè)目的節(jié)點(diǎn)為當(dāng)前的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)；2.檢查當(dāng)前目標(biāo)節(jié)點(diǎn)是否為整棵樹的根節(jié)點(diǎn)？3.如果步驟2的結(jié)果為是，則a)按照原樹形拓?fù)渎酚煞椒ǖ玫较乱惶?jié)點(diǎn)；b)返回下一跳節(jié)點(diǎn)；4.如果步驟2的結(jié)果為否，則查找路由表，看是否存在到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的優(yōu)化邊？5.如果步驟4的結(jié)果為是，則a)當(dāng)前目標(biāo)節(jié)點(diǎn)為下一跳節(jié)點(diǎn)，b)返回當(dāng)前目標(biāo)節(jié)點(diǎn)；6.如果步驟4的結(jié)果為否，則a)設(shè)當(dāng)前目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的父節(jié)點(diǎn)為當(dāng)前目標(biāo)節(jié)點(diǎn)b)轉(zhuǎn)步驟2。
圖9為加入優(yōu)化邊功能模塊后樹形拓?fù)涓采w網(wǎng)絡(luò)調(diào)用路由功能模塊的流程圖。如圖所示，本發(fā)明將優(yōu)化邊功能模塊加入到覆蓋網(wǎng)絡(luò)原有的路由模塊中，由路由功能模塊觸發(fā)優(yōu)化邊功能模塊。優(yōu)化邊功能模塊又分為優(yōu)化邊建立模塊和優(yōu)化邊更新模塊兩部分。執(zhí)行路由功能的過(guò)程和執(zhí)行優(yōu)化邊功能的過(guò)程由不同線程完成。模塊之間相互調(diào)用步驟如下1.數(shù)據(jù)發(fā)送主線程調(diào)用路由功能模塊；2.路由流程開始；3.記錄當(dāng)前發(fā)送的目的節(jié)點(diǎn)作為優(yōu)化邊建立的潛在目標(biāo)節(jié)點(diǎn)；4.分別更新優(yōu)化邊建立和優(yōu)化邊更新的兩個(gè)統(tǒng)計(jì)值；5.根據(jù)相應(yīng)統(tǒng)計(jì)值進(jìn)行優(yōu)化邊建立或更新線程的觸發(fā)；具體觸發(fā)方式如下a)首先檢查優(yōu)化邊建立統(tǒng)計(jì)值是否達(dá)到閾值？b)如果步驟a)的結(jié)果為是，則觸發(fā)新線程執(zhí)行優(yōu)化邊建立流程，并返回路由模塊流程，步驟6；c)如果步驟a)的結(jié)果為否，則繼續(xù)檢查優(yōu)化邊更新統(tǒng)計(jì)值是否達(dá)到閾值？d)如果步驟c)的結(jié)果為是，則觸發(fā)新線程執(zhí)行優(yōu)化邊更新流程，并返回路由流程，步驟6；如果步驟c)的結(jié)果為否，則執(zhí)行路由模塊流程，步驟6；6.路由模塊執(zhí)行其路由選擇流程；
7.路由模塊返回?cái)?shù)據(jù)發(fā)送主流程。
在本發(fā)明的具體實(shí)施例中，存放路由信息的路由表結(jié)構(gòu)是以XML Schema形式定義的，具體定義如下<？xml version＝″1.0″e(cuò)ncoding＝″UTF-8″？>
<schema xmlns＝″http://www.w3.org/2001/XMLSchema″targetNamespace＝″http://act.buaa.edu.cn/InfoXP/RouteTable″xmlns:tns＝″http://act.buaa.edu.cn/InfoxP/RouteTable″>
<element name＝″RouteTable″type＝″tns:RouteTableType″＞＜/element>
<element name＝″RouteItem″type＝″tns:RouteItemType″＞＜/element>
<complexType name＝″RouteTableType″>
<sequence>
<element name＝″RouteItem″type＝″tns:RouteItemType″minOccurs＝″O″maxOccurs＝″unbounded″>
</element>
</sequence>
</complexType>
<complexType name＝″RouteItemType″>
<sequence>
<element name＝″Code″type＝″string″></element>
<element name＝″Util″type＝″string″＞＜/element>
</sequence>
</complexType>
</schema>
根據(jù)上述定義的路由表結(jié)構(gòu)表示一個(gè)路由表元素的方式如下<？xml version＝″1.0″e(cuò)ncoding＝″UTF-8″？>
<tns:RouteTable xmlns:tns＝″http://act.buaa.edu.cn/InfoXp/RouteTable″xmlns:xsi＝″http://www.w3.org/2001/XMLSchema--instance″xsi:schemaLocation＝″http://act.buaa.edu.cn/InfoXP/RouteTableRouteTable.xsd″>
<RouteItem>
<Code>001.000.003.005</Code>
<Util>0.0856</Util>
</RouteItem>
<RouteItem>
<Code>xxx.xxx.xxx.xxx</Code>
<Util>x.xxx</Util>
</RouteItem>
<RouteItem>
<Code>xxx.xxx.xxx.xxx</Code>
<Util>x.xxx</Util>
</RouteItem>
</tns:RouteTable>
在本發(fā)明的具體實(shí)施例中，目標(biāo)節(jié)點(diǎn)獲取節(jié)點(diǎn)信息請(qǐng)求報(bào)文示例如下
<？xml version＝″1.0″e(cuò)ncoding＝″UTF-8″？>
<SOAP-ENV:Envelope SOAP-ENV:encodingStyle＝″http://schemas.xmlsoap.org/soap/encoding/″xmlns:SOAP-ENV＝″http://schemas.xmlsoap.org/soap/envelope/″xmlns:soapenc ＝″http://schemas.xmlsoap.org/soap/encoding/″xmlns:xsd＝″http://www.w3.org/2001/xMLSchema″xmlns:xsi＝″http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance″>
<SOAP-ENV:Body>
<receiveMessage>
<NI Query>
<Code>xxx.xxx.xxx.xxx</Code>
<SubtreeNumber×/SubtreeNumber>
</NIQuery>
</receiveMessage>
</SOAP-ENV:Body>
</SOAP-ENV:Envelope>
在本發(fā)明的具體實(shí)施例中，目標(biāo)節(jié)點(diǎn)獲取節(jié)點(diǎn)信息響應(yīng)報(bào)文示例如下<？xml version ＝″1.0″e(cuò)ncoding＝″UTF-8″？>
<SOAP-ENV:Envelope SOAP-ENV:encodingstyle＝″http://schemas.xmlsoap.org/soap/encoding/″xmlns:SOAP-ENV＝″http://schemas.xmlsoap.org/soap/envelope/″xmlns:soapenc＝″http://schemas.xmlsoap.org/soap/encoding/″xmlns:xsd＝″http://www.w3.org/2001/XMLSchema″xmlns:xsi＝″http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance″>
<SOAP-ENV:Body>
<receiveMessage>
<NIResponse>
<Code>xxx.xxx.xxx.xxx</Code>
<SubtreeNumber>20</SubtreeNumber>
</NIResponse>
</receiveMessage>
</SOAP-ENV:Body>
</SOAP-ENV:Envelope>
本發(fā)明的有益效果是1、采用了優(yōu)化樹路由技術(shù)之后，樹形結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的高層節(jié)點(diǎn)負(fù)載明顯降低，取得良好的負(fù)載平衡效果。
2、采用了優(yōu)化樹路由技術(shù)之后，樹形結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中的平均時(shí)延大大降低，提高了數(shù)據(jù)傳輸效率。
3、采用了優(yōu)化樹路由技術(shù)之后，樹形結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中高層節(jié)點(diǎn)的單點(diǎn)實(shí)效風(fēng)險(xiǎn)大大降低，網(wǎng)絡(luò)分隔可以得到有效的恢復(fù)。
4、優(yōu)化邊評(píng)價(jià)指標(biāo)計(jì)算方法簡(jiǎn)單，每個(gè)節(jié)點(diǎn)只需從目標(biāo)節(jié)點(diǎn)獲取對(duì)方子樹的節(jié)點(diǎn)數(shù)量信息即可進(jìn)行本地計(jì)算，不需其他網(wǎng)絡(luò)開銷。
5、優(yōu)化算法不影響原有的路由策略，不需改變?cè)械穆酚蓤?bào)文結(jié)構(gòu)，可以單獨(dú)作為原有路由策略的補(bǔ)充以供選擇。
6、路由選擇算法不需要大量查表操作，最大查找次數(shù)為目的節(jié)點(diǎn)所在的層數(shù)-1，算法時(shí)間復(fù)雜度是O(N)。
縱上所述，本發(fā)明依據(jù)建立優(yōu)化邊的思想，對(duì)樹型拓?fù)涓采w網(wǎng)絡(luò)的建立和數(shù)據(jù)路由提出了完整的優(yōu)化技術(shù)方案。
權(quán)利要求
1.一種優(yōu)化樹形拓?fù)涓采w網(wǎng)絡(luò)路由的方法，其特征在于它是在由主干邊組成的覆蓋網(wǎng)絡(luò)中，動(dòng)態(tài)的在不相鄰的節(jié)點(diǎn)間建立傳輸路徑即優(yōu)化邊，使節(jié)點(diǎn)間除原有樹形拓?fù)涞倪呁膺€有可選的路由路徑，減少數(shù)據(jù)傳輸時(shí)在覆蓋網(wǎng)絡(luò)中的轉(zhuǎn)發(fā)跳數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種優(yōu)化樹形拓?fù)涓采w網(wǎng)絡(luò)路由的方法，其特征在于所述優(yōu)化邊的建立是依據(jù)計(jì)算出來(lái)的反映優(yōu)化邊效益的util值建立的；定義優(yōu)化邊(u，v)在縮短數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)路徑方面的收益為util(u，v)，計(jì)算公式為 其中，N為整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的數(shù)量，其中Nu和Nv分別表示以u(píng)和v為根的子樹的節(jié)點(diǎn)數(shù)；Su表示以u(píng)為根節(jié)點(diǎn)的子樹的節(jié)點(diǎn)集合，Sv表示以v為根節(jié)點(diǎn)的子樹的節(jié)點(diǎn)集合；D(u，v)為u，v兩點(diǎn)間的在覆蓋網(wǎng)絡(luò)中的距離。我們定義在覆蓋網(wǎng)絡(luò)中相鄰的節(jié)點(diǎn)距離為零，不相鄰的節(jié)點(diǎn)之間的距離為兩點(diǎn)間路徑上節(jié)點(diǎn)的數(shù)量；在建立優(yōu)化邊時(shí)，依據(jù)網(wǎng)絡(luò)中所有潛在的優(yōu)化邊util值的大小，優(yōu)先加入util值大的優(yōu)化邊。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種優(yōu)化樹形拓?fù)涓采w網(wǎng)絡(luò)路由的方法，其特征在于本發(fā)明在依據(jù)計(jì)算出來(lái)的反映優(yōu)化邊效益的util值建立優(yōu)化邊之前，也就是在節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時(shí)，服務(wù)器就要收集交換過(guò)數(shù)據(jù)的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)作為潛在優(yōu)化邊目標(biāo)節(jié)點(diǎn)，直到數(shù)據(jù)交換次數(shù)達(dá)到設(shè)定的閾值，然后，依據(jù)計(jì)算出來(lái)的反映優(yōu)化邊效益的util值建立優(yōu)化邊，其步驟如下A、對(duì)于每一個(gè)潛在的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)，進(jìn)行util值的計(jì)算；B、將潛在目標(biāo)節(jié)點(diǎn)按util值由大到小排序；C、按照util值由大到小的順序依次建立優(yōu)化邊，將信息存入路由表；D、當(dāng)建立的優(yōu)化邊數(shù)量達(dá)到預(yù)先設(shè)定的上限時(shí)結(jié)束。
4.根據(jù)權(quán)利要求1～3之一所述的一種優(yōu)化樹形拓?fù)涓采w網(wǎng)絡(luò)路由的方法，其特征在于該優(yōu)化樹形拓?fù)涓采w網(wǎng)絡(luò)路由方法還包括對(duì)已建立的優(yōu)化邊進(jìn)行更新的步驟；網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)需周期性的更新自己記錄的優(yōu)化邊信息，對(duì)于不再可用的優(yōu)化邊或其util值為0的優(yōu)化邊予以刪除，所述更新優(yōu)化邊的步驟如下A、節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時(shí)，數(shù)據(jù)交換次數(shù)不斷累加，當(dāng)達(dá)到設(shè)定閾值時(shí)開始一輪更新過(guò)程；B、依次更新路由表中所有記錄，重新測(cè)試優(yōu)化邊的連通性，若該優(yōu)化邊不再可用或其util值為0則刪除此條信息；C、重復(fù)步驟B直到所有記錄都被更新完畢。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種優(yōu)化樹形拓?fù)涓采w網(wǎng)絡(luò)路由的方法，其特征在于在加入優(yōu)化邊后，網(wǎng)絡(luò)中的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間的路徑不再唯一，其路由算法是首先尋找可用的優(yōu)化邊，在無(wú)優(yōu)化邊可用的情況下使用樹形拓?fù)涞穆酚伤惴?；其步驟如下A、以目的節(jié)點(diǎn)為當(dāng)前目標(biāo)節(jié)點(diǎn)，查詢路由表，看是否存在到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)直連的優(yōu)化邊，如果存在，則返回當(dāng)前目標(biāo)節(jié)點(diǎn)作為路由結(jié)果；B、如果不存在，則以目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的父結(jié)點(diǎn)為當(dāng)前目標(biāo)節(jié)點(diǎn)繼續(xù)查找，直到父結(jié)點(diǎn)為整棵樹的根節(jié)點(diǎn)停止；C、如果整個(gè)過(guò)程都未找到可用的優(yōu)化邊，則以原樹形拓?fù)渎酚伤惴ǖ慕Y(jié)果作為路由結(jié)果。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種優(yōu)化樹形拓?fù)涓采w網(wǎng)絡(luò)路由的方法，它是在由主干邊組成的覆蓋網(wǎng)絡(luò)中，動(dòng)態(tài)的在不相鄰的節(jié)點(diǎn)間建立傳輸路徑即優(yōu)化邊，使節(jié)點(diǎn)間除原有樹形拓?fù)涞倪呁膺€有可選的路由路徑，減少數(shù)據(jù)傳輸時(shí)在覆蓋網(wǎng)絡(luò)中的轉(zhuǎn)發(fā)跳數(shù)。具體地說(shuō)，本發(fā)明依據(jù)計(jì)算出來(lái)的反映優(yōu)化邊效益的util值建立優(yōu)化邊，對(duì)優(yōu)化邊進(jìn)行更新，使優(yōu)化邊數(shù)量保持在一定數(shù)量?jī)?nèi)，以保持覆蓋網(wǎng)絡(luò)的樹形結(jié)構(gòu)。由于本發(fā)明通過(guò)向樹形拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中不斷地添加、更新優(yōu)化邊，增加可選的、最佳的數(shù)據(jù)路由路徑，所以，本發(fā)明大大降低了高層節(jié)點(diǎn)的負(fù)載，有效地改善了網(wǎng)絡(luò)負(fù)載不平衡的狀況；進(jìn)而降低了網(wǎng)絡(luò)中高層節(jié)點(diǎn)單點(diǎn)失效風(fēng)險(xiǎn)；同時(shí)，還降低了網(wǎng)絡(luò)的平均時(shí)延，提高了數(shù)據(jù)傳輸效率。
文檔編號(hào)H04L12/56GK101013993SQ20071006384
公開日2007年8月8日 申請(qǐng)日期2007年2月12日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月12日
發(fā)明者劉旭東, 程煒, 林學(xué)練, 劉誠(chéng)忠, 王斌 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)