專利名稱：一種基于層次化ip網(wǎng)絡坐標系統(tǒng)的路由選擇方法
技術領域：
本發(fā)明涉及計算機網(wǎng)絡性能優(yōu)化技術領域，尤其涉及一種基于層次化的IP網(wǎng)絡坐標系統(tǒng)的路由選擇方法。
背景技術：
IP網(wǎng)絡坐標系統(tǒng)能夠利用部分節(jié)點間實測時延，預測出全網(wǎng)任意節(jié)點間的時延， 與傳統(tǒng)的直接測量方式相比(如Ping主動測量)，這種非直接測量的方法能快速獲取網(wǎng)絡時延，時間復雜度從0(N2)降到O(N)；并且可以采用幾何方法相互獨立地對網(wǎng)絡時延進行存儲和計算等操作，極大方便了獲取時延。目前網(wǎng)絡性能測量領域熱點問題是快速獲取時延，因為時延作為反映網(wǎng)絡性能狀況的重要指標，在網(wǎng)絡性能優(yōu)化中發(fā)揮著重要作用，如在 EIGRP(增強網(wǎng)關內(nèi)部路由協(xié)議)中，正是利用時延等進行負載均衡，為數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)提供多條可選路徑，避免網(wǎng)絡擁塞、性能惡化。而如何利用IP網(wǎng)絡坐標系統(tǒng)所具有的時延預測能力，為數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)提供基于網(wǎng)絡位置感知的路由決策，能夠?qū)?yōu)化網(wǎng)絡應用提供新思路。但是目前，傳統(tǒng)的IP網(wǎng)絡坐標系統(tǒng)僅具有時延預測能力，缺乏對其它網(wǎng)絡性能信息的了解，如節(jié)點間路由跳數(shù)，對全網(wǎng)拓撲狀況認識存在局限性，導致應用受限，表現(xiàn)為僅僅利用IP網(wǎng)絡坐標系統(tǒng)所提供的時延信息，而節(jié)點并不了解相互鄰接關系等缺陷，導致在為數(shù)據(jù)包進行路由轉(zhuǎn)發(fā)過程中，節(jié)點并不知道數(shù)據(jù)包的下一跳出口地址，所以難以形成有效的路由轉(zhuǎn)發(fā)路徑。因此，傳統(tǒng)IP網(wǎng)絡坐標系統(tǒng)無法為數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)生成有效路徑、難以實際優(yōu)化網(wǎng)絡應用。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述現(xiàn)有技術，本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種改善傳統(tǒng)IP網(wǎng)絡坐標系統(tǒng)僅能預測時延，難以提供更多網(wǎng)絡性能信息，導致對數(shù)據(jù)包路由轉(zhuǎn)發(fā)效率低下的基于層次化IP網(wǎng)絡坐標系統(tǒng)的路由選擇方法。為了解決上述技術問題，本發(fā)明采用如下技術方案一種基于層次化IP網(wǎng)絡坐標系統(tǒng)的路由選擇方法，其特征在于，包括以下步驟
①構建具有上下層次關系的全局坐標系統(tǒng)和局部坐標系統(tǒng)；
②坐標信息共享
節(jié)點通過集中式方法或分布式方法共享彼此的全局坐標和局部坐標信息，在共享坐標信息時，節(jié)點通過IP數(shù)據(jù)報文中的TTL字段來獲取路由跳數(shù)，路由選擇表根據(jù)節(jié)點全局坐標系統(tǒng)信息和節(jié)點局部坐標系統(tǒng)信息形成反映全網(wǎng)拓撲結構的無向加權圖，所述全網(wǎng)拓撲結構中包括節(jié)點間方向性關系、相對位置排序、路由跳數(shù)及節(jié)點間時延大?。?br> ③IP數(shù)據(jù)包的路由轉(zhuǎn)發(fā)
在路由選擇表中，全局坐標從若干候選節(jié)點中，以選取相對位置最近的節(jié)點進行信息交互，并預測源節(jié)點與目的節(jié)點的方向性關系和相對位置排序，指引IP數(shù)據(jù)包的路由轉(zhuǎn)發(fā)方向，局部坐標也沿此方向，通過預測節(jié)點間時延，為IP數(shù)據(jù)包選取最佳下一跳地址，局部坐標還結合路由跳數(shù)所了解的節(jié)點間路徑及連通性，通過一系列局部坐標短距離時延預測累加達到長距離時延預測的目的，預測出至少一條時延代價最小的路徑，IP數(shù)據(jù)包沿該時延代價最小的路徑進行轉(zhuǎn)發(fā)。進一步地，所述全局坐標系統(tǒng)由可擴展性高、冗余通信量小的算法構建，所述局部坐標系統(tǒng)由時延預測精度高的算法構建。進一步地，所述坐標信息共享的集中式方法包括以下步驟 預先選取性能優(yōu)越、網(wǎng)絡帶寬容量大的節(jié)點作為服務節(jié)點；
通過服務節(jié)點維護IP網(wǎng)絡坐標系統(tǒng)信息，普通節(jié)點定期與服務節(jié)點進行信息交互，將其所知坐標信息告訴服務節(jié)點，服務節(jié)點負責整理，了解全網(wǎng)拓撲信息。進一步地，所述坐標信息共享的分布式方法包括以下步驟
節(jié)點定期將所知坐標信息告訴直接相鄰節(jié)點，該相鄰節(jié)點結合已有信息，完善對全網(wǎng)拓撲的認識。進一步地，所述最佳下一跳地址的選取包括沿著以源節(jié)點與目的節(jié)點全局坐標為中心線的方向上，在弧度為R的扇形區(qū)域內(nèi)，選取若干直接相連的鄰居節(jié)點，并從中依據(jù)局部坐標來預測與候選中繼節(jié)點時延值大小，以預測時延值最大、直接相鄰的中繼節(jié)點作為最佳下一跳地址。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下有益效果通過構建具有上下層次關系全局坐標系統(tǒng)和局部坐標系統(tǒng)并共享坐標信息，進一步了解全局拓撲狀況，再相互配合來優(yōu)化路由選擇，即全局坐標預測節(jié)點的方向性和相對位置排序，確定數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的方向，而局部坐標結合路由跳數(shù)，精確預測節(jié)點間時延，找到最佳下一跳地址，搜索路由轉(zhuǎn)發(fā)路徑，從路由選擇表的無向加權圖中預測出至少一條時延代價最小路徑與遠端節(jié)點進行數(shù)據(jù)交互，沿此路徑進行IP數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)以達到優(yōu)化網(wǎng)絡應用的目的。對于到達同一目的節(jié)點的不同IP數(shù)據(jù)包，可以根據(jù)當前網(wǎng)絡狀況(如網(wǎng)絡拓撲變化，導致最佳中繼節(jié)點改變)而選擇不同的路徑進行轉(zhuǎn)發(fā)，此處時延代價最小路徑是全局可行解，在網(wǎng)絡動態(tài)變化、主機頻繁加入或離開網(wǎng)絡時，能夠較好保證IP數(shù)據(jù)包能夠基于層次化IP網(wǎng)絡坐標系統(tǒng)優(yōu)化路由選擇，及時避免擁塞。


圖1為本發(fā)明的結構框圖2為本發(fā)明實施例路由轉(zhuǎn)發(fā)策略示意圖； 圖3為本發(fā)明實施例路由轉(zhuǎn)發(fā)流程圖； 圖4為本發(fā)明實施例選取目的節(jié)點流程圖； 圖5為本發(fā)明實施例選取中繼節(jié)點流程圖。
具體實施例方式下面將結合附圖及具體實施方式
對本發(fā)明作進一步的描述。參見圖1，一種基于層次化IP網(wǎng)絡坐標系統(tǒng)的路由選擇方法，包括以下步驟 ①構建層次化IP網(wǎng)絡坐標系統(tǒng)通過實測時延樣本，構建具有上下層次關系的全局坐標系統(tǒng)和局部坐標系統(tǒng)；兩者在構建算法、選取參考坐標系策略和時延預測方式均不同。其中，全局坐標系統(tǒng)依據(jù)全網(wǎng)時延，以可擴展性高、冗余通信量低的構建算法構建，確定節(jié)點所處全網(wǎng)位置，表現(xiàn)在能夠預測節(jié)點間的方向性關系和相對位置排序；當節(jié)點計算出全局坐標后，進一步依據(jù)時延預測精度高的構建算法來構建局部坐標系統(tǒng)。②坐標信息共享
節(jié)點通過集中式方法或分布式方法共享彼此的全局坐標和局部坐標信息，在共享坐標信息時，節(jié)點通過IP數(shù)據(jù)報文中的TTL字段(TTL字段指IP數(shù)據(jù)包生存時間)來獲取路由跳數(shù)，并維護下表
. Leval-I表維護節(jié)點全局坐標系統(tǒng)信息；
1 Leval-2表維護節(jié)點局部坐標系統(tǒng)信息； ③路由選擇表arcs;
路由選擇表根據(jù)節(jié)點全局坐標系統(tǒng)信息和節(jié)點局部坐標系統(tǒng)信息形成反映全網(wǎng)拓撲結構的無向加權圖，所述全網(wǎng)拓撲結構中包括節(jié)點間方向性關系、相對位置排序、路由跳數(shù)及節(jié)點間時延大?。?br> 所述集中式方法如下
預先選取性能優(yōu)越、網(wǎng)絡帶寬容量大的節(jié)點作為服務節(jié)點。服務節(jié)點保持與普通節(jié)點間的會話，接收普通節(jié)點所發(fā)送的信息報文，報文中包括節(jié)點坐標信息等。服務節(jié)點整理路由選擇表，表中包括有節(jié)點間方向性關系、相對位置排序、路由跳數(shù)以及節(jié)點間時延值大小等。當普通節(jié)點發(fā)送Request報文到服務節(jié)點，服務節(jié)點將全網(wǎng)拓撲以Respond報文回傳至普通節(jié)點。所述分布式方法如下
節(jié)點定期與直接相鄰節(jié)點進行信息交互，以獲取全網(wǎng)坐標信息和其間路由跳數(shù)等。每個節(jié)點及時更新路由選擇表，以反映全網(wǎng)拓撲及其性能狀況。當與遠端節(jié)點進行數(shù)據(jù)交互時，可直接查詢本地路由選擇表，選取出最佳中繼節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。③IP數(shù)據(jù)包的路由轉(zhuǎn)發(fā)策略
如圖2所示，路由轉(zhuǎn)發(fā)策略是一種分組交換的方式。在路由選擇表中，全局坐標從若干候選節(jié)點中，以選取相對位置最近的節(jié)點進行信息交互，并預測源節(jié)點與目的節(jié)點的方向性關系和相對位置排序，指引IP數(shù)據(jù)包的路由轉(zhuǎn)發(fā)方向。局部坐標根據(jù)全局坐標確定的方向，通過預測節(jié)點間時延確定具體路徑，為IP數(shù)據(jù)包選取最佳下一跳地址，將數(shù)據(jù)包依次從一個節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)到另一個節(jié)點。局部坐標還結合路由跳數(shù)所了解的節(jié)點間路徑及連通性， 通過一系列局部坐標短距離時延預測累加達到長距離時延預測的目的，預測出至少一條時延代價最小的路徑，IP數(shù)據(jù)包沿該時延代價最小的路徑進行轉(zhuǎn)發(fā)。所述最佳下一跳地址的選取方法具體地為沿全局坐標確定的源節(jié)點和目的節(jié)點為中心線的方向上，在弧度為R的扇形區(qū)域內(nèi)(R值大小為經(jīng)驗值)，在圖中由省略號形成扇形區(qū)域，選取若干直接相鄰節(jié)點， 并從中依據(jù)局部坐標來預測與候選中繼節(jié)點時延值大小，以預測時延值最大、直接相鄰的中繼節(jié)點作為最佳下一跳地址。所選的最佳中繼節(jié)點在接收到IP數(shù)據(jù)包后，繼續(xù)負責選擇后續(xù)最佳節(jié)點，其選擇原則與源節(jié)點的一致，而這一轉(zhuǎn)發(fā)過程將持續(xù)到達目的節(jié)點為止。綜上，路由轉(zhuǎn)發(fā)的流程圖如圖3所示，先由全局坐標系統(tǒng)選取目的節(jié)點，確定轉(zhuǎn)發(fā)方向，再由局部坐標系統(tǒng)選取最佳中繼節(jié)點將數(shù)據(jù)信息進行轉(zhuǎn)發(fā)，如果到達目的節(jié)點，則數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)結束，如果沒有達到目的節(jié)點，則從該中繼節(jié)點繼續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)，直到數(shù)據(jù)到達目的節(jié)點。根據(jù)上述描述，如圖4、圖5，從源節(jié)點開始、持續(xù)到目的節(jié)點的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)過程如下
(1).鄰接矩陣護全局坐標，N為候選節(jié)點個數(shù)，arcs_g[i][j]為路徑〈Uj〉 的全局坐標時延預測值。當j<N，并且依據(jù)約束條件MIN{arcs_g[i] [j] }，即目的節(jié)點有源節(jié)點所需信息、且與源節(jié)點相對位置最近，那么此時arcS_g[i] [j]對應的節(jié)點j即為目的節(jié)點，arcs_j [i] [j]就為路徑<NU Vj)間路由跳數(shù)。(2). arcs_l來維護局部坐標，arcs_l [χ] [y]表示為路徑〈V” Vj)上的局部坐標時延預測值，M為相鄰節(jié)點的個數(shù)。(3).由arcS_g的無向加權圖確定路徑〈V” Vj)中心線方向，在所形成的弧度為R 的扇形區(qū)域內(nèi)，源節(jié)點ViWarcsJ中，選取arcs_j[i][j]值為一的節(jié)點(即直接相鄰節(jié)點)，并隨后在arcs_l中，依據(jù)約束條件MIN {arcs_l [χ] [y] }，選擇與源節(jié)點Vi時延預測值最大中繼節(jié)點Vx作為最佳中繼節(jié)點，并作為IP數(shù)據(jù)包的下一跳地址進行轉(zhuǎn)發(fā)。最佳中繼節(jié)點Vx繼續(xù)對IP數(shù)據(jù)包進行轉(zhuǎn)發(fā)，其選取準則如步驟(3)所示；當數(shù)據(jù)包到達目的節(jié)點、時，路由轉(zhuǎn)發(fā)過程結束。
權利要求
1.一種基于層次化IP網(wǎng)絡坐標系統(tǒng)的路由選擇方法，其特征在于，包括以下步驟①構建具有上下層次關系的全局坐標系統(tǒng)和局部坐標系統(tǒng)；②坐標信息共享節(jié)點通過集中式方法或分布式方法共享彼此的全局坐標和局部坐標信息，在共享坐標信息時，節(jié)點通過IP數(shù)據(jù)報文中的TTL字段來獲取路由跳數(shù)，路由選擇表根據(jù)節(jié)點全局坐標系統(tǒng)信息和節(jié)點局部坐標系統(tǒng)信息形成反映全網(wǎng)拓撲結構的無向加權圖，所述全網(wǎng)拓撲結構中包括節(jié)點間方向性關系、相對位置排序、路由跳數(shù)及節(jié)點間時延大小；③IP數(shù)據(jù)包的路由轉(zhuǎn)發(fā)在路由選擇表中，全局坐標從若干候選節(jié)點中，以選取相對位置最近的節(jié)點進行信息交互，并預測源節(jié)點與目的節(jié)點的方向性關系和相對位置排序，指引IP數(shù)據(jù)包的路由轉(zhuǎn)發(fā)方向，局部坐標也沿此方向，通過預測節(jié)點間時延，為IP數(shù)據(jù)包選取最佳下一跳地址，局部坐標還結合路由跳數(shù)所了解的節(jié)點間路徑及連通性，通過一系列局部坐標短距離時延預測累加達到長距離時延預測的目的，預測出至少一條時延代價最小的路徑，IP數(shù)據(jù)包沿該時延代價最小的路徑進行轉(zhuǎn)發(fā)。
2.根據(jù)權利要求1所述的基于層次化IP網(wǎng)絡坐標系統(tǒng)的路由選擇方法，其特征在于 所述全局坐標系統(tǒng)由可擴展性高、冗余通信量小的算法構建，所述局部坐標系統(tǒng)由時延預測精度高的算法構建。
3.根據(jù)權利要求1所述的基于層次化IP網(wǎng)絡坐標系統(tǒng)的路由選擇方法，其特征在于， 所述坐標信息共享的集中式方法包括以下步驟預先選取性能優(yōu)越、網(wǎng)絡帶寬容量大的節(jié)點作為服務節(jié)點；通過服務節(jié)點維護IP網(wǎng)絡坐標系統(tǒng)信息，普通節(jié)點定期與服務節(jié)點進行信息交互，將其所知坐標信息告訴服務節(jié)點，服務節(jié)點負責整理，了解全網(wǎng)拓撲信息。
4.根據(jù)權利要求1所述的基于層次化IP網(wǎng)絡坐標系統(tǒng)的路由選擇方法，其特征在于， 所述坐標信息共享的分布式方法包括以下步驟 節(jié)點定期將所知坐標信息告訴直接相鄰節(jié)點，該相鄰節(jié)點結合已有信息，完善對全網(wǎng)拓撲的認識。
5.根據(jù)權利要求廣4任一項所述的基于層次化IP網(wǎng)絡坐標系統(tǒng)的路由選擇方法，其特征在于所述最佳下一跳地址的選取包括沿著以源節(jié)點與目的節(jié)點全局坐標為中心線的方向上，在弧度為R的扇形區(qū)域內(nèi)，選取若干直接相連的鄰居節(jié)點，并從中依據(jù)局部坐標來預測與候選中繼節(jié)點時延值大小，以預測時延值最大、直接相鄰的中繼節(jié)點作為最佳下一跳地址。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于層次化IP網(wǎng)絡坐標系統(tǒng)的路由選擇方法，涉及計算機網(wǎng)絡性能優(yōu)化領域，旨在提供一種改善傳統(tǒng)IP網(wǎng)絡坐標系統(tǒng)僅能預測時延，難以提供更多網(wǎng)絡性能信息，導致對數(shù)據(jù)包路由轉(zhuǎn)發(fā)效率低下的路由選擇方法；該方法包括如下步驟，節(jié)點首先構建出全局坐標和局部坐標；并在共享坐標信息時，通過IP數(shù)據(jù)報文中的TTL(生存時間)字段來獲取路由跳數(shù)信息，來了解到達遠端節(jié)點的路徑；最后，全局坐標與局部坐標相互配合，即全局坐標預測節(jié)點的方向性和相對位置排序，確定數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的方向，而局部坐標結合路由跳數(shù)，精確預測節(jié)點間時延，最終預測出一條和/或幾條時延代價最小路徑，數(shù)據(jù)包將沿此路徑進行轉(zhuǎn)發(fā)，以此提高網(wǎng)絡利用率。
文檔編號H04L12/56GK102291312SQ20111025885
公開日2011年12月21日 申請日期2011年9月5日 優(yōu)先權日2011年9月5日
發(fā)明者周亮, 張敏, 王文琳, 陽小龍 申請人:電子科技大學