[发明专利]最短路径树与生成树结合的节能路由方法

说明书

技术领域

绿色网络

背景技术

绿色网络是当今网络研究的一个重要方向，互联网的巨大能耗问题以及低效能量使用问题日益凸显。为了更加有效的利用能源，减少能量浪费，利用链路休眠机制实现网络节能的研究正在得到学术界和工业界越来越多的关注。在一般Internet Service Provider(ISP)网络中，为了应对流量巅峰和潜在链路故障，在网络搭建和升级时期，网络运营商通常会部署冗余链路和增大冗余链路带宽，而实际日常网络中大部分的时候网络负载不高，导致链路平均利用率偏低，而路由器功耗相比全负荷运行状态并无减小。这些因素都会造成网络中的能量浪费问题。

链路状态路由协议是现在常用的域内路由协议，该协议的路由器计算的路径为最短路径，由于该协议设计之初并没有考虑到能耗等因素，导致了ISP网络上链路的利用率低，大量的能量浪费的问题。本发明的目的在于改进传统的标准链路状态路由，采用生成树（ST：spanning tree）和最短路径树（SPT：shortest path tree）结合的节能机制，把流量聚集到尽可能少的链路上，其余链路进入空闲休眠状态来达到节能。

发明内容

本发明的目的在于用两种不同的路径最短路径和生成树路径构造一个新型的节能路状态路由方法，把流量聚集到生成树上，使得更多链路进入休眠状态，实现节能目的的同时，提高平均链路利用率，减少能量浪费。

本发明的特征在于：

1.网络拓扑上依次按以下步骤实现：

步骤(1)，网络拓扑初始化：在标准链路状态路由协议的基础上，对其中各个路由器节点连接的每条链路上增加休眠状态；

步骤(2)，每个路由器节点周期性地检测所有直连链路的负载情况，使用开放式最短路径优先协议OSPF本身的链路状态通告机制LSA把链路负载信息连同链路状态信息一起洪泛到网络拓扑上，使得所述网络拓扑上的每个路由器节点均拥有完全相同的网络拓扑信息和链路负载信息；

步骤(3)，每个路由器节点根据从步骤(2)得到的结果计算自己到网络拓扑上其他任一路由器节点的最短路径和生成树路径，生成路由表，而且所有路由器节点的计算结果是一致的；

步骤(4)，所述网络拓扑上的每个路由器节点依据数据流经过的路径上链路负载的情况，按目的地址为每一条数据流选择一条合适的路径，选择相应路由表，并把选择结果作为标签添加到数据报文的头部，再按“目的地址+标签”进行转发，根据标签在路由表中决定路由下一跳；

步骤(5)，当下游路由器节点收到由上游路由器转发的带有标签的报文后，根据标签选择下一跳，按“目的地址+标签”的格式进行转发；

步骤(6)，核心路由器节点接收到一个报文后，检查转发端的链路，若转发段端路正常，则按标签正常转发，若发现转发端的链路正处于休眠状态时，需要把该休眠链路唤醒，再将该数据报的标签修改为生成树的标签进行转发，直到到达目的路由器。

2．根据权利要求1所述的最短路径树与生成树结合的节能路由方法，其特征在于，在所述生成树上再构造一个供实际采用的在线子图，其上的每一个路由器节点都在所述生成树的某一个链路上，还要包含最少的数目的边，以防止单链路失效。

本发明所提出的方法的思路在于：在标准链路状态路由协议的基础上，对路由器节点所连接的每条链路增加休眠状态。在给定的网络拓扑上制定一个连通子图，连通子图上的链路始终处于工作状态，连通子图外的其他节点如果持续一段时间没有流量经过则进入休眠状态。路由器通过在连通子图上构建一棵生成树，将流量汇集生成树上，使得进入休眠的链路更多以达到节能的效果。

本发明所提出的方法的优点在于：

1.采用分布式算法，每个入口路由器根据搜集到的链路负载信息独立进行决策；

2.能够快速对网络负载变化作出实时响应，流量在最短路径树和生成树之间快速切换；

3.在网络节能效率和网络负载弹性之间取得良好的平衡。

附图说明

图1. 全局拓扑和生成树/连通子图，

图1.1全局拓扑，

图1.2生成树/连通子图（粗线部分）。

图2．“目的地址+标签”转发示意图。

图3．标签重置示意图。

图4. 路由协议流程图，

图4.1 路径选择流程图，

图4.2 数据包转发流程图。

具体实施方式