專利名稱：一種基于負(fù)載均衡的多徑路由分配方法
一種基于負(fù)載均衡的多徑路由分配方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明為一種集中式的多徑路由分配方法，可以應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)層的帶寬資源分配與 路由建立過(guò)程。應(yīng)用本發(fā)明可在各種復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，將業(yè)務(wù)流平均分配在網(wǎng)絡(luò)各條鏈路 之上，從而充分利用網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，解決現(xiàn)有路由方法易擁塞、吞吐量低的缺點(diǎn)，擴(kuò)展網(wǎng) 絡(luò)的吞吐量和連通性，改善網(wǎng)絡(luò)的端到端延時(shí)等性能。在無(wú)線自組織網(wǎng)等負(fù)載嚴(yán)重不均衡 的環(huán)境下，應(yīng)用本發(fā)明可以顯著提高網(wǎng)絡(luò)的帶寬利用效率，減少擁塞并降低端到端延時(shí)。背景技術(shù)：
路由是網(wǎng)絡(luò)層的主要功能，即為信源到信宿的業(yè)務(wù)提供傳輸路徑，并進(jìn)行數(shù)據(jù)的 傳輸。因網(wǎng)絡(luò)環(huán)境(有線網(wǎng)、無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)等)和優(yōu)化目標(biāo)不同(最大化網(wǎng)絡(luò)吞吐率、最 小化端到端延時(shí)、最小路由跳數(shù)等)，會(huì)使用不同的路由協(xié)議。路由協(xié)議常采用單徑的路由方式，如RIP、A0DV和OSPF等，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浞绞桨?照最小跳數(shù)、最小化可用帶寬的倒數(shù)之和等準(zhǔn)則通過(guò)集中式的計(jì)算選擇一條最優(yōu)的路由路 徑。使用單徑路由的最大優(yōu)點(diǎn)是路由算法相對(duì)簡(jiǎn)單，亂序和同步等問(wèn)題不嚴(yán)重，但容易帶來(lái) 擁塞問(wèn)題(如圖IA和IB所示)。在噴泉碼和網(wǎng)絡(luò)編碼等領(lǐng)域的研究取得極大進(jìn)展后，在降 低負(fù)載，提高網(wǎng)絡(luò)吞吐率，降低擁塞方面表現(xiàn)更優(yōu)的多路徑路由得以實(shí)際應(yīng)用，其中最常用 的算法就是負(fù)載均衡算法，即最小化各鏈路負(fù)載占用率的最大值。4個(gè)節(jié)點(diǎn)的雙向網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹⒏麈溌穾捳加寐嗜鐖DIA和IB所示，鏈路帶寬均為1 單位，由A到D發(fā)送兩個(gè)流量為1單位的業(yè)務(wù)，在單徑路由和負(fù)載均衡路由下，兩業(yè)務(wù)的路 由分配結(jié)果如表1所示。表1分別應(yīng)用單徑方法與負(fù)載均衡方法的路由分配結(jié)果
權(quán)利要求
1.多徑路由分配方法，其特征在于包括根據(jù)總帶寬資源(C)和已用帶寬資源(TM)，計(jì)算從源節(jié)點(diǎn)⑶到信宿節(jié)點(diǎn)(R)的業(yè)務(wù) 的路由分配矩陣(D)，使得網(wǎng)絡(luò)所有鏈路的負(fù)載占用率盡量小，其中當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中有N個(gè)節(jié)點(diǎn)時(shí)，所述總帶寬資源矩陣C是一個(gè)NXN矩陣，其中第i，j個(gè) 矩陣元(Cij)為從節(jié)點(diǎn)i到節(jié)點(diǎn)j的直達(dá)鏈路Iinkij總帶寬。所述已用帶寬資源矩陣TM是一個(gè)NXN矩陣，其中第i，j個(gè)矩陣元Umij)為鏈路Iinkij 的已用帶寬。所述源節(jié)點(diǎn)矢量S是一個(gè)N維矢量，其第i個(gè)分量Si表示節(jié)點(diǎn)i作為源節(jié)點(diǎn)的業(yè)務(wù)流出量。所述宿節(jié)點(diǎn)矢量R是一個(gè)N維矢量，其第i個(gè)分量ri表示節(jié)點(diǎn)i作為宿節(jié)點(diǎn)的業(yè)務(wù)流入量。所述路由分配矩陣D是一個(gè)NXN矩陣，其中第i，j個(gè)矩陣元(Clij)為鏈路Iinkij上的 分配帶寬。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于進(jìn)一步包括 在每次業(yè)務(wù)的分配前，分配中心獲得當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的總帶寬資源矩陣(Ctl),所述總帶寬資源矩陣(Ctl)是一個(gè)NXN矩陣，其第i， j個(gè)矩陣元(Clij)為從節(jié)點(diǎn)i到節(jié)點(diǎn)j的直達(dá)鏈路Iinkij上的業(yè)務(wù)分配，其中矩陣元(Ctlij) 表示鏈路Iinkij的總帶寬，已用帶寬資源矩陣(TMtl)，所述已用帶寬資源矩陣(TMtl)是一個(gè)NXN矩陣，其矩陣元 (tm0iJ)為鏈路Iinkij的已用帶寬，源節(jié)點(diǎn)矢量(Stl)，所述源節(jié)點(diǎn)矢量(Stl)是一個(gè)N維矢量，其第i個(gè)分量(Stli)表示節(jié)點(diǎn) i作為源節(jié)點(diǎn)的業(yè)務(wù)流出量，宿節(jié)點(diǎn)矢量00，所述宿節(jié)點(diǎn)矢量(Rtl)是一個(gè)N維矢量，其第i個(gè)分量(rj表示節(jié)點(diǎn) i作為宿節(jié)點(diǎn)的業(yè)務(wù)流入量。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其特征在于進(jìn)一步包括輸出路由建立結(jié)果矩陣(Dtl)，所述路由建立結(jié)果矩陣(Dtl)是一個(gè)NXN矩陣，其第i，j 個(gè)矩陣元(Clciu)表示鏈路Iinku上的分配帶寬。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其特征在于中間變量包括瓶頸鏈路矩陣(DX)，所述瓶頸鏈路矩陣(DX)是一個(gè)NXN矩陣，其第i， j個(gè)矩陣元(dXu)表示鏈路Iinku上的瓶頸帶寬。
5.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其特征在于把所述總帶寬資源矩陣(Ctl)、已用帶寬資源矩陣(TMtl)、源節(jié)點(diǎn)矢量(Stl)和宿節(jié)點(diǎn)矢量 (R0)分別作為網(wǎng)絡(luò)總帶寬資源、已用帶寬資源、源節(jié)點(diǎn)、宿節(jié)點(diǎn)代入負(fù)載均衡算法，計(jì)算是 否存在可行解，若不存在解，則返回“分配方案不存在”并結(jié)束分配流程。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其特征在于所述負(fù)載均衡算法輸出路由分配矩陣(D)和最小化后的各鏈路負(fù)載占用率最大值 (rmin)，將達(dá)到所述各鏈路負(fù)載占用率最大值(rmin)的所有鏈路(link)定義為瓶頸鏈路集 合㈧，所述方法進(jìn)一步包括以所述總帶寬資源(C)、所述已用帶寬資源(TM)、源節(jié)點(diǎn)矢量⑶、宿節(jié)點(diǎn)矢量(R)分別 作為網(wǎng)絡(luò)總帶寬資源、已用帶寬資源、源節(jié)點(diǎn)和宿節(jié)點(diǎn)，依次對(duì)所述瓶頸鏈路集合(A)中的 每條鏈路分別用限制瓶頸鏈路流量的負(fù)載均衡算法(見(jiàn)1. 4節(jié))進(jìn)行處理，當(dāng)存在可行解且各鏈路占用率最大值的最小值rM。k<rmin時(shí)，將該鏈路從所述瓶頸鏈 路集合㈧中刪除。
7.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其特征在于所述負(fù)載均衡算法包括根據(jù)所述總帶寬資源(C)和已用帶寬資源(TM)，計(jì)算從源節(jié)點(diǎn)⑶到信宿節(jié)點(diǎn)(R)的 業(yè)務(wù)的路由分配矩陣(D)，其中路由分配矩陣⑶的矩陣元(Clij)表示鏈路(Iinkij)上的分 配帶寬，最小化所有鏈路的負(fù)載占用率的最大值，即 rmin = min r 其中“. ·d.. + tm.Vz，7，(最小負(fù)載占用率約束)
8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其特征在于使用改進(jìn)的算法 \^mm = minν y J 其中0 < α << 1，其余約束式不變。
9.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其特征在于所述限制瓶頸鏈路流量的負(fù)載均衡算法包括 對(duì)于一條瓶頸鏈路，確定相應(yīng)的限制瓶頸的負(fù)載均衡算法為rmin = min r 其中“. .<4 + tmHVz，7，^gr (最小負(fù)載占用率約束)
全文摘要
本發(fā)明為一種集中式的多徑路由分配方法，利用基于線性規(guī)劃的負(fù)載均衡技術(shù)，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)的鏈路狀態(tài)，為業(yè)務(wù)需求提供路由分配方案，可以應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)層的帶寬資源分配與路由建立過(guò)程。應(yīng)用本發(fā)明可在各種復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，將業(yè)務(wù)流平均分配在網(wǎng)絡(luò)各條鏈路之上，從而充分利用網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，解決現(xiàn)有路由方法易擁塞、吞吐量低的缺點(diǎn)，擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)的吞吐量和連通性，改善網(wǎng)絡(luò)的端到端延時(shí)等性能。在無(wú)線自組織網(wǎng)等負(fù)載嚴(yán)重不均衡的環(huán)境下，應(yīng)用本發(fā)明可以顯著提高網(wǎng)絡(luò)的帶寬利用效率，減少擁塞并降低端到端延時(shí)。
文檔編號(hào)H04L12/56GK102055675SQ201110024418
公開(kāi)日2011年5月11日 申請(qǐng)日期2011年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月21日
發(fā)明者劉鵬飛, 梅順良, 王鵬, 谷源濤 申請(qǐng)人:清華大學(xué)