專利名稱：光網絡中一種基于貪婪算法的路由算法的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種基于貪婪算法的光網絡波長路由算法，屬于光通信網絡技術領域。
背景技術：
進入二十一世紀以來，伴隨人類進入信息化社會的步伐不斷加快，社會對信息交 流的需求越來越多，各種各樣的信息需要通過通信網絡來傳輸。特別是以IP為代表的數據 通信業(yè)務的爆炸式增長，對通信網絡的傳輸容量和處理能力提出了嚴峻挑戰(zhàn)。這些社會需 求促使電信領域正在進行著持續(xù)不斷的變革，給整個網絡的技術模式和整體框架帶來了深 遠影響。選用較少的波長，盡可能地節(jié)約波長資源是波分復用(WDM)網絡組播傳送問題中 常見的優(yōu)化目標之一。已經證明在WDM網絡中建立一棵滿足波長數和時延要求的路由樹是 NP問題。在以往的研究中，人們通常采用啟發(fā)式算法求滿意解。點著色的方法是常用的一 種方法，這種方法雖然優(yōu)化性能較好，但時間復雜度較高。本文提出基于較少波長數來建立 一棵跳數和阻塞率相對都較低的組播樹的方法，以解決WDM網絡組播傳送問題。

發(fā)明內容
針對背景技術所述，本發(fā)明所涉及的內容屬于光網絡中一種基于貪婪算法的路由 選擇方法。本發(fā)明的目的在于針對光網絡中存在的路由問題，提供一種利用貪婪算法來解 決光網絡路由選擇優(yōu)化方法。用一個帶加權的簡單無向圖G(V，E，W)來表示一個網絡，其中，V = Iv1, V2,..., vn}是網絡節(jié)點集，這里假設網絡上的每個節(jié)點都具有完全波長轉換能力；E= {eiJ}是網絡 鏈路集，鏈路eijt)表示從節(jié)點Vi到Vj的一根光纖。W = Iw1, W2, ... , wk}表示網絡中的可 用波長集，w (e)表示鏈路e上的可用波長集，e e E。對于每條鏈路 ，還有如下參數(1) λ 表示鏈路上的可用波長數；(2) 4 表示鏈路上的總波長數。鄧的值是動態(tài)變 化的，每個節(jié)點都知道它的鄰邊當前的這些參數值。祐表示鏈路的利用率，該值越大， 說明該鏈路的利用率越高。1 一芩/祐表示鏈路的阻塞概率，該值越大，說明其阻塞概率越 大。r(S ；D)表示從源節(jié)點S到目標節(jié)點集D的組播傳送業(yè)務，且Z)￡r-{S}。E(Wi)表
示鏈路可用波長集中含有波長Wi的所有鏈路的集合。ν e V(w)表示鏈路可用波長集中含 有波長二 ‘的所有鏈路的端點集合。如果ν任V(W)，則稱ν被波長w覆蓋。根據上面的波 長與節(jié)點、鏈路的覆蓋關系，可將組播傳送中的較少波長數問題轉換成波長覆蓋問題，即把 我們需要解決的問題變成求一棵滿足要求的組播樹，該樹上的所有節(jié)點或鏈路被較少的波
長所覆蓋。為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用下述的技術方案
首先我們采用一種貪婪算法找出能夠覆蓋所有鏈路且波長數較少的波長集。根據拓撲圖G(V，Ε, W)中波長與節(jié)點、鏈路的關系，可將它進一步表示成k個波長覆蓋圖 G(V(Wi)，E (Wi)，W(Wi))，i = 1，2，…，k。若 G(V(Wi)，E(Wi)，W(Wi))不連通，即覆蓋 波長wi的節(jié)點集和鏈路集所構成的拓撲圖不是連通的，則先將G(V(Wi)，E(Wi)，W(Wi))分成 Cmi個連通圖。Wi e W也根據這Cmi個連通圖分成相應的Cmi個波長。此時，拓撲圖G (V，E，
W)中的波長集合變成爐= {Wi，...，Wp}C:TO ，i = l, 2，…，k。該方法分3個階段執(zhí)行第1階段對拓撲圖G(V，E，W)進行簡化，并找出覆蓋源節(jié)點和目標節(jié)點必需的波長。(1)根據G(V，E，W)構造一點覆蓋圖H (W，V，B)。覆蓋圖H (W，V，B)的構造方法是 它的頂點由w和ν構成，如果v」(j = 1,2,…，η) ^ Wi (i = 1,2,…，k)覆蓋，則Vj和Wi間 由邊b相連。這樣連接V點和波長W的所有的邊b構成了覆蓋圖H中邊的集合B。初始化 較少波長集W’和被覆蓋的節(jié)點集V’為空集，設D’ =DU {S}。(2)如果在圖H(W，V，B)中存在一個頂點/ e V，該頂點的度數與波長集中波長個 數相同，即/與所有的波長都有邊相連，則刪去頂點/及與其相連的邊b*，得到一個新的點 覆蓋圖H(W，V，B).(3)如果在圖H(W，V，B)中存在一個頂點/ e D’，該頂點的度為1，即該頂點只與 一個波長點^相連。把^加人集合W’，即W’ = W’ U {V}。然后從圖H(W，V，B)中刪去Z 點及與w*連接的頂點v，VS廠(刊)，并刪去連接與ν點的邊b*。將這些與w*相連的ν點 集合成為一個新的頂點V’，V’ = V’ U V (w*)。將節(jié)點V’加人到V中，并將剩余的波長節(jié)點 中與V’有覆蓋關系的波長節(jié)點用邊與節(jié)點V’相連，這樣就生成一個新的點覆蓋圖H(W，V， B)。(4)重復第(3)步，直到生成的新的點覆蓋圖H(W，V，B)中的集合V中除點V’外 沒有度數為1的ν點。第2階段找出覆蓋源節(jié)點和目標節(jié)點的較少波長。(1)若圖H(W，V，B)中除V’外不包含D’集合中的節(jié)點，則跳到第3階段，否則，在圖 H(W, V,B)中選擇一個頂點Z e W，該頂點覆蓋的點中含有V’點(V’為非空集合點)且包含 最多D’集合中的節(jié)點。如果有兩個這樣的節(jié)點，則選取節(jié)點度數大的波長節(jié)點^。把Z加 人集合W’，，即W’ =WU {V}。然后從圖H(W，V，B)中刪去Z點及頂點集v，VQV(Wi),
并刪去連接Z與ν點的邊b*，將這些與Z相連的ν點集合成為一個新的頂點V’，ν Q V(Wi) 。這樣就生成了一個新的點覆蓋圖H(W，V，B)。(2)重復第(1)步，直到生成的新的點覆蓋圖H(W，V，B)中的集合V中除頂點V’ 外不包含D’集合中的點。第3階段用較少波長構造新的拓撲圖。根據W’中的波長將原先的拓撲圖G (V，E，W)變換成新的拓撲圖G’ (V, E，W’)，即 將圖G(V，E，W)中不包含在集合W’中的這些可用波長刪去，若某條鏈路上的所有可用波長 都不在集合W’中，則刪去該鏈路。此時，W’就是滿足較小波長數的所用波長集。圖G’ (V, E，W’ )為使用較小波長數的網絡拓撲圖。
在WDM網絡的傳輸中，從源節(jié)點到目標節(jié)點所經過的跳數越多，傳輸數據時所花 費的時間相對就越長。而所經過的鏈路的阻塞率越高，數據傳輸成功的可能性就越低。在 保證數據盡可能快速、高效傳輸的情況下，應使數據傳輸過程中所經過的跳數盡可能小，所 經過鏈路的阻塞率盡可能低。我們假設每經過一條鏈路為一跳，設為1。1-辟/碌表示鏈路 eiJ上的阻塞概率，該值越大，其阻塞的概率越大。為了求得一棵跳數和阻塞率都較低的組 播樹，我們?yōu)樵摼W絡的每條鏈路構造一個新的權值<formula>formula see original document page 6</formula>式中，a為一系數，它根據實際情況中對跳數和阻塞率的要求而定，a值越大，對阻 塞率的要求相對就越高。依據上式計算出圖G’(V，E，W’)中每條邊的權值，并采用最短路 徑算法(如采用Dijkstra算法)生成一棵從源節(jié)點到多個目標節(jié)點的組播樹，該樹即為 所求的跳數和阻塞率相對較低的組播樹。本發(fā)明所述的光網絡中一種基于貪婪算法的路由選擇方法可以利用貪婪算法來 達到最優(yōu)化的利用最少的波長來選擇路由算法。


下面結合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步的說明。圖1是描述本發(fā)明所述光網絡中一種基于貪婪算法的路由算法的流程圖。根據網 絡的點和邊以及波長情況的道網絡的拓撲圖，之后可以根據拓撲圖構造一點的覆蓋圖，之 后不斷刪除點覆蓋圖中的點和連接點的邊，可以得到覆蓋預案節(jié)點和目標節(jié)點的較少波長 集。再根據找到的較少波長集尋找覆蓋預案節(jié)點和目標節(jié)點的較少波長，之后可以得到使 用較少波長數的網絡拓撲，再根據網絡跳數和阻塞率的要求給拓撲計算新的權值，最后利 用Dijkstra算法和網絡拓撲計算路由。
具體實施例方式為實現(xiàn)發(fā)明目的，本發(fā)明采用下述的技術方案一種基于貪婪算法的路由選擇方法，其特征在于包括以下步驟(1)根據G(V，E，W)構造一點覆蓋圖H (W，V，B)。覆蓋圖H (W，V，B)的構造方法是 它的頂點由w和ν構成，如果v」(j = 1,2,…，η) ^ Wi (i = 1,2,…，k)覆蓋，則Vj和Wi間 由邊b相連。這樣連接V點和波長W的所有的邊b構成了覆蓋圖H中邊的集合B。初始化 較少波長集W’和被覆蓋的節(jié)點集V’為空集，設D’ =DU {S}。(2)如果在圖H(W，V，B)中存在一個頂點/ e V，該頂點的度數與波長集中波長個 數相同，即/與所有的波長都有邊相連，則刪去頂點/及與其相連的邊b*，得到一個新的點 覆蓋圖H(W，V，B).(3)如果在圖H(W，V，B)中存在一個頂點/ e D’，該頂點的度為1，即該頂點只與 一個波長點^相連。把^加人集合W’，即W’ = W’ U {V}。然后從圖H(W，V，B)中刪去Z
點及與^連接的頂點v，V￡廠(巧)，并刪去連接Z與ν點的邊b*。將這些與Z相連的ν
點集合成為一個新的頂點V’，V’ = V’ U V (w*)。將節(jié)點V’加人到V中，并將剩余的波長節(jié) 點中與V’有覆蓋關系的波長節(jié)點用邊與節(jié)點V’相連，這樣就生成一個新的點覆蓋圖H(W，V，B)。(4)重復第(3)步，直到生成的新的點覆蓋圖H(W，V，B)中的集合V中除點V’外 沒有度數為1的ν點。(5)若圖H(W，V，B)中除V’外不包含D’集合中的節(jié)點，則跳到第3階段，否則，在圖 H(W, V,B)中選擇一個頂點Z e W，該頂點覆蓋的點中含有V’點(V’為非空集合點)且包含 最多D’集合中的節(jié)點。如果有兩個這樣的節(jié)點，則選取節(jié)點度數大的波長節(jié)點^。把Z加 人集合W’，，即W’ = W’ U {V}。然后從圖H(W，V，B)中刪去Z點及頂點集v，VQV(W1), 并刪去連接w*與ν點的邊b*，將這些與w*相連的ν點集合成為一個新的頂點V’，ν e Viwi) 。這樣就生成了一個新的點覆蓋圖H(W，V，B)。(6)重復第(5)步，直到生成的新的點覆蓋圖H(W，V，B)中的集合V中除頂點V’ 外不包含D’集合中的點。(7)根據W’中的波長將原先的拓撲圖G(V，E，W)變換成新的拓撲圖G’(V，E，W’)， 即將圖G(V，E，W)中不包含在集合W’中的這些可用波長刪去，若某條鏈路上的所有可用波 長都不在集合W’中，則刪去該鏈路。此時，W’就是滿足較小波長數的所用波長集。圖G’(V， E，W’ )為使用較小波長數的網絡拓撲圖。(8)為該網絡的每條鏈路構造一個新的權值wij=\ + a{\-Xljl^j) = \ + a- αλ Ιλ、，式中，a為一系數，它根據實際情況中對跳數和阻塞率的要求而定，a值越大，對阻 塞率的要求相對就越高。依據上式計算出圖G’(V，E，W’)中每條邊的權值，并采用最短路 徑算法(如采用Dijkstra算法)計算從源節(jié)點到目的節(jié)點的路由。在本發(fā)明中，采用了 Dijkstra算法，如何使用Dijkstra算法是光通信網絡領域的 一般技術人員都很熟悉的常規(guī)技術，在此就不贅述了。本發(fā)明所述的貪婪算法的路由選擇方法具有以下優(yōu)點和效果采用不同的路由選 擇方法，用最少的光網絡波長實現(xiàn)了路由，使得網絡資源得到了最優(yōu)的利用。上面對本發(fā)明所述的智能自感知網路中的一種基于網絡狀態(tài)感知的路由選擇方 法進行了詳細的說明，但本發(fā)明的具體實現(xiàn)形式并不局限于此。對于本技術領域的一般技 術人員來說，在不背離本發(fā)明所述方法的精神和權利要求范圍的情況下對它進行的各種顯 而易見的改變都在本發(fā)明的保護范圍之內。
權利要求
光網絡中一種基于貪婪算法的路由選擇方法，其特征在于包括以下步驟步驟一根據G(V，E，W)構造一點覆蓋圖H(W，V，B)。覆蓋圖H(W，V，B)的構造方法是它的頂點由w和v構成，如果vj(j＝1，2，…，n)被wi(i＝1，2，…，k)覆蓋，則vj和wi間由邊b相連。這樣連接V點和波長W的所有的邊b構成了覆蓋圖H中邊的集合B。初始化較少波長集W’和被覆蓋的節(jié)點集V’為空集，設D’＝D∪{S}。步驟二如果在圖H(W，V，B)中存在一個頂點v*∈V，該頂點的度數與波長集中波長個數相同，即v*與所有的波長都有邊相連，則刪去頂點v*及與其相連的邊b*，得到一個新的點覆蓋圖H(W，V，B)。步驟三如果在圖H(W，V，B)中存在一個頂點v*∈D’，該頂點的度為1，即該頂點只與一個波長點w*相連。把w*加人集合W’，即W’＝W’U{w*}。然后從圖H(W，V，B)中刪去w*點及與w*連接的頂點v，，并刪去連接w*與v點的邊b*。將這些與w*相連的v點集合成為一個新的頂點V’，V’＝V’∪V(w*)。將節(jié)點V’加人到V中，并將剩余的波長節(jié)點中與V’有覆蓋關系的波長節(jié)點用邊與節(jié)點V’相連，這樣就生成一個新的點覆蓋圖H(W，V，B)。步驟四重復第三步，直到生成的新的點覆蓋圖H(W，V，B)中的集合V中除點V’外沒有度數為1的v點。步驟五若圖H(W，V，B)中除V’外不包含D’集合中的節(jié)點，則跳到第3階段，否則，在圖H(W，V，B)中選擇一個頂點w*∈W，該頂點覆蓋的點中含有V’點(V’為非空集合點)且包含最多D’集合中的節(jié)點。如果有兩個這樣的節(jié)點，則選取節(jié)點度數大的波長節(jié)點w*。把w*加人集合W’，，即W’＝W’∪{w*}。然后從圖H(W，V，B)中刪去w*點及頂點集v，，并刪去連接w*與v點的邊b*，將這些與w*相連的v點集合成為一個新的頂點V’，。這樣就生成了一個新的點覆蓋圖H(W，V，B)。步驟六重復第五步，直到生成的新的點覆蓋圖H(W，V，B)中的集合V中除頂點V’外不包含D’集合中的點。步驟七根據W’中的波長將原先的拓撲圖G(V，E，W)變換成新的拓撲圖G’(V，E，W’)，即將圖G(V，E，W)中不包含在集合W’中的這些可用波長刪去，若某條鏈路上的所有可用波長都不在集合W’中，則刪去該鏈路。此時，W’就是滿足較小波長數的所用波長集。圖G’(V，E，W’)為使用較小波長數的網絡拓撲圖。步驟八為該網絡的每條鏈路構造一個新的權值 <mrow><msub> <mi>w</mi> <mi>ij</mi></msub><mo>=</mo><mn>1</mn><mo>+</mo><mi>a</mi><mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>-</mo> <msubsup><mi>&lambda;</mi><mi>ij</mi><mi>a</mi> </msubsup> <mo>/</mo> <msubsup><mi>&lambda;</mi><mi>ij</mi><mi>T</mi> </msubsup> <mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mn>1</mn><mo>+</mo><mi>a</mi><mo>-</mo><mi>a</mi><msubsup> <mi>&lambda;</mi> <mi>ij</mi> <mi>a</mi></msubsup><mo>/</mo><msubsup> <mi>&lambda;</mi> <mi>ij</mi> <mi>T</mi></msubsup><mo>,</mo> </mrow>式中，a為一系數，它根據實際情況中對跳數和阻塞率的要求而定，a值越大，對阻塞率的要求相對就越高。依據上式計算出圖G’(V，E，W’)中每條邊的權值，并采用最短路徑算法(如采用Dijkstra算法)計算從源節(jié)點到目的節(jié)點的路由。F2009100782309C0000011.tif,F2009100782309C0000012.tif,F2009100782309C0000013.tif
2.根據權利要求1所述光網絡中基于貪婪算法的路由算法，其特征在于步驟一中根 據G(V，Ε, W)構造一點覆蓋圖H(W，V，B)。覆蓋圖H(W，V，B)的構造方法是它的頂點由w 和ν構成，如果ν」(j = 1,2,…，η) ^ Wi (i = 1,2,…，k)覆蓋，則Vj和Wi間由邊b相連。 這樣連接V點和波長W的所有的邊b構成了覆蓋圖H中邊的集合B。；
3.根據權利要求1所述光網絡中基于貪婪算法的路由算法，其特征在于步驟二中如果在圖H(W，V，B)中存在一個頂點/ e V，該頂點的度數與波長集中波長個數相同，即/與 所有的波長都有邊相連，則刪去頂點/及與其相連的邊b*，得到一個新的點覆蓋圖H(W，V， B)；
4.根據權利要求1所述光網絡中基于貪婪算法的路由算法，其特征在于步驟三中如 果在圖H(W，V，B)中存在一個頂點/eD’，該頂點的度為1，即該頂點只與一個波長點Z相 連。把^加人集合W’，即W’ =WU {V}。然后從圖H(W，V，B)中刪去Z點及與Z連接 的頂點v，veRvv,·)，并刪去連接Z與ν點的邊b*。將這些與Z相連的ν點集合成為一個 新的頂點V’，V’ = V’ U V(w*)。將節(jié)點V’加人到V中，并將剩余的波長節(jié)點中與V’有覆 蓋關系的波長節(jié)點用邊與節(jié)點V’相連，這樣就生成一個新的點覆蓋圖H(W，V，B)。；
5.根據權利要求1所述光網絡中基于貪婪算法的路由算法，其特征在于步驟五中若 圖H(W，V，B)中除V’外不包含D’集合中的節(jié)點，則跳到第3階段，否則，在圖H(W，V，B)中 選擇一個頂點w* e W，該頂點覆蓋的點中含有V’點(V’為非空集合點)且包含最多D’集合 中的節(jié)點。如果有兩個這樣的節(jié)點，則選取節(jié)點度數大的波長節(jié)點W。把^加人集合W’，， 即W’ =ψ υ {V}。然后從圖H(W，V，B)中刪去Z點及頂點集v，VQF(Wi),并刪去連接Z與ν點的邊b*，將這些與Z相連的ν點集合成為一個新的頂點V’，VQV(Wi)0這樣就生 成了一個新的點覆蓋圖H(W，V，B)；
6.根據權利要求1所述光網絡中基于貪婪算法的路由算法，其特征在于步驟七中根 據W’中的波長將原先的拓撲圖G(V，E，W)變換成新的拓撲圖G’(V，E，W’)，即將圖G(V，E， W)中不包含在集合W’中的這些可用波長刪去，若某條鏈路上的所有可用波長都不在集合 W’中，則刪去該鏈路。此時，W’就是滿足較小波長數的所用波長集。圖G’(V，E，W’)為使 用較小波長數的網絡拓撲7.根據權利要求1所述光網絡中基于貪婪算法的路由算法，其特征在于步驟八中為 該網絡的每條鏈路構造一個新的權值wij=1+a(1-λaij/λTij)=1+a-aλaij/λTij式中，a為一系數，它根據實際情況中對跳數和阻塞率的要求而定，a值越大，對阻塞率 的要求相對就越高。
全文摘要
本發(fā)明公開了光網絡中基于貪婪算法的路由算法，針對光網絡中路由最優(yōu)化的問題，提供一種利用貪婪算法的特性光網絡路由選擇優(yōu)化方法。在光網絡中，由于每條鏈路上的光纖數和波長數是有限的，如果每個業(yè)務都盡可能采用較少的波長數，這會使網絡資源的使用更加集中，也會節(jié)約網絡資源。本文提出的算法是在使用較少波長的基礎上，綜合考慮跳數和阻塞率兩方面對服務質量的影響，建立一條基于較小波長數、跳數和阻塞率相對較低的源節(jié)點到目的節(jié)點的路徑。而且可以根據業(yè)務對服務質量要求的不同，設計不同的權值，從而使業(yè)務能夠在有限的波長范圍內得到較好的實現(xiàn)。
文檔編號H04Q11/00GK101815230SQ200910078230
公開日2010年8月25日 申請日期2009年2月23日 優(yōu)先權日2009年2月23日
發(fā)明者洪民火 申請人:洪民火