[发明专利]一种使用拓扑分散短路径集的网络路由方法

说明书

一种使用拓扑分散短路径集的网络路由方法，依次执行如下过程：过程一、收集网络的拓扑信息；过程二、预先为网络中的每一对节点o、d，计算并存储节点o到节点d的拓扑分散短路径集PS_o,d，其中PS_o,d是指包含一条或多条节点o到节点d的长度较短且彼此间拓扑重叠较少路径的集合；过程三、对于每个待传输的网络数据包Φ，为Φ从它的起始节点到目的节点的拓扑分散短路径集中选出一条估计传输时延最小的路径P作为路由路径。本发明提出的网络路由方法，能综合利用网络的拓扑及传输状况信息，为计算机通信网络中的网络数据包快速确定可尽量避开网络中拥塞区域的路由路径，有效提升网络的整体传输性能。

技术领域

本发明涉及网络科学和计算机通信网络领域，特别是指一种使用拓扑分散短路径集的网络路由方法。

背景技术

计算机通信网络是支撑现代信息社会的重要基础设施，这类网络通过运行一定的路由协议将携带信息的网络数据包从网络的一个起始节点传输至一个目的节点。在计算机通信网络中，应用高效的路由方法，能保证网络具备优良的传输性能，即网络不易发生拥堵，网络数据包能快速抵达目的节点。当前，在现有计算机通信网络中，大量应用成熟的商用路由协议栈，如OSPF协议、BGP v4协议等。这类路由协议的一个重要理论基础是经典的最短路径路由方法。

计算机通信网络是典型的复杂网络，可以使用拓扑网络来进行描述，拓扑网络的节点即通信网络中的各类节点，如计算机终端、路由器等网络设备；若现实中两个节点间存在一条直达的物理通信链路，如光纤、无线信道等，则在拓扑网络中它们间存在连边。近年来，伴随着网络科学理论及应用研究的兴起与发展，网络路由方法的研究有了新的进展。相关方面，科研人员提出了多种新的路由方法，它们大致可分为两类：(1)固定路由方法：预先为网络的所有起始、目的节点对计算好路由路径，在网络数据包传输时直接使用这些路径进行路由传输；(2)动态路由方法：在网络数据包传输过程中实时动态计算路由路径。可以看出，经典的最短路径路由方法属于固定路由方法的范畴。

固定路由方法和动态路由方法有各自的优缺点。对于固定路由方法，路由路径预先已计算，因此在传输阶段将可以快速确定路由路径，但其环境适应能力不够理想，若传输环境发生变化，如交通流的OD需求分布改变或部分节点故障等，它们将可能无法保证网络的高效传输；对于动态路由方法，由于路由路径在网络数据包传输过程中动态计算，因此它们可根据传输环境确定高效的路由路径，但路由路径的动态计算需要耗费一定的计算资源(包括运算时间和存储空间)，这可能会给系统带来较大的传输延时和运行负担。

考虑到在现有技术中，计算机通信网络往往会进行冗余配置，即在网络中会设置一些环状子图结构来确保系统运行的稳定性，这使得网络中一对节点间往往可能存在多条彼此间重叠较少的路径，本发明提出一种新的网络路由方法，称为一种使用拓扑分散短路径集的网络路由方法。该路由方法结合固定路由方法与动态路由方法的优点，预先为网络中每一对起始、目的节点计算并存储一条或多条长度较短且彼此间拓扑重叠较少的路径；在网络进入传输工作状态后，根据网络的传输状况信息，快速为待传输的网络数据包从已存储的多条路径中选择一条估计传输时延最小的路径作为路由路径。理论上，该方法能为网络数据包快速指派可尽量避开网络拥塞区域的路由路径，保证网络优良的传输性能。

在介绍本发明的具体内容之前，首先对计算机通信网络中网络数据包的传输过程进行简单的介绍：网络中的各个节点都有一个网络数据包发送队列，该队列一般来说是一个先进先出FIFO(First In First Out)的队列，一段时间内节点能按照自身的传输速率将网络数据包发送队列中位于队首的一个或多个网络数据包转发。当一个网络数据包在一个节点上生成，即节点为网络数据包的起始节点时，节点将按照一定的规则为它选择一条路由路径；当一个网络数据包在起始节点中生成或抵达某一中继节点时，它将首先被放入节点的网络数据包发送队列，直到上升至队列的队首时被转发至其路由路径的下一跳节点；当一个网络数据包抵达目的节点时，网络数据包完成传输，其传输生命周期结束，从网络中被移除。