專利名稱：一種基于最小搜索信息的路由方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種涉及復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)路由領(lǐng)域，尤其是在WWW網(wǎng)、因特網(wǎng)、城市交通網(wǎng)等對傳輸性能要求較高的大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)路由策略設(shè)計領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
現(xiàn)實世界中復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)無處不在，它們由各種實體以及實體間錯綜復(fù)雜的關(guān)系所構(gòu)成。其存在形式既可以是有形的，也可以是無形的。近年來，伴隨著諸如因特網(wǎng)等諸多大規(guī)模復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的相繼出現(xiàn)，現(xiàn)代社會對網(wǎng)絡(luò)的依賴性不斷增強。如何在復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中實現(xiàn)負(fù)載的高效傳遞和快速獲取已成為一個重要的研究領(lǐng)域。過去，對網(wǎng)絡(luò)負(fù)載流的研究均是建立在網(wǎng)絡(luò)同構(gòu)的假設(shè)之上。然而，Barabdsi與Albert劃時代的研究結(jié)果表明現(xiàn)實世界復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)通常都是異構(gòu)的，且其節(jié)點的度分布具有無標(biāo)度的統(tǒng)計學(xué)特性。此后該領(lǐng)域的研究工作則基本圍繞著兩個方面展開，一是研究異構(gòu)結(jié)構(gòu)對網(wǎng)絡(luò)負(fù)載流的影響。如Moreno等人率 先提出了基于BA無標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)的相繼故障模型，分析了節(jié)點負(fù)荷與網(wǎng)絡(luò)相繼故障規(guī)模之間的關(guān)系以及由于邊的擁塞所引發(fā)的相繼故障問題；Holme等人研究了網(wǎng)絡(luò)增長過程中相繼故障的產(chǎn)生條件；CrUCitti等人同時考慮了網(wǎng)絡(luò)節(jié)點和邊對網(wǎng)絡(luò)負(fù)載傳遞的影響；Zhao等人采用動態(tài)最短路由策略對異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的承載能力進(jìn)行了理論分析。Kinney等人對成指數(shù)規(guī)律分布的北美電力網(wǎng)絡(luò)的傳輸性能進(jìn)行了研究。二是研究如何提高異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載傳輸能力。如Yin等人提出了一種所謂的次臨近節(jié)點路徑搜索策略;Macrid等人采用動態(tài)負(fù)載緩和機制減小了無標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)的阻塞壓力；Wang等人提出了一種基于優(yōu)先選擇機制的動態(tài)路由策略；Yan等人提出了一種基于路徑節(jié)點度和最小化原則的“效率路由”策略。該策略通過減小網(wǎng)絡(luò)核心節(jié)點的負(fù)載量，實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)負(fù)載在不同度值節(jié)點間的均衡分配。但與上述其它啟發(fā)式路由策略相同，該策略的提出也缺少相應(yīng)的理論依據(jù)。有文獻(xiàn)指出在節(jié)點的負(fù)載傳輸能力非均勻的條件下，隨機路由策略具有明顯的優(yōu)勢。近一步，對隨機行走過程的研究表明，單個粒子通過某條特定路徑的時間正比于該路徑上所有節(jié)點度的連乘積。受此啟發(fā)，本項目在上述研究的基礎(chǔ)上，針對復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的本質(zhì)特性提出了一種新的基于節(jié)點度積最小原則的“優(yōu)化路由”策略。該策略將源節(jié)點和目標(biāo)節(jié)點之間所有可能路徑中途經(jīng)節(jié)點度的連乘積最小者作為負(fù)載的最佳傳送路徑。在節(jié)點處理能力與節(jié)點度成正比的前提條件下，較之于最短路由策略和有效路由策略，優(yōu)化路由策略能夠最大限度地提高網(wǎng)絡(luò)的承載能力，且其平均路徑長度較之有效路由策略大大縮短，基本接近于最短路由策略。這使得網(wǎng)絡(luò)具有較小的平均負(fù)載投遞時間和較低的單位負(fù)載傳遞成本。分析其中原因，一方面，相比于最短路由策略，優(yōu)化路由策略不會盲目地選擇最短路徑，因為在無標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)中最短路徑通常會經(jīng)過節(jié)點度較高的核心節(jié)點，甚至可能在一條最短路徑上含有多個核心節(jié)點，這勢必會造成核心節(jié)點的擁塞，進(jìn)而降低網(wǎng)絡(luò)的承載能力 ’另一方面，相比于有效路由策略，優(yōu)化路由策略也不會一味地選擇節(jié)點度較低的邊緣節(jié)點，這樣勢必強制繞開度較高的核心節(jié)點，從而增加路徑長度，同時使得核心節(jié)點的負(fù)載處理能力無法得到充分利用。由此可見，優(yōu)化路由策略在路徑長度和路徑節(jié)點度值之間進(jìn)行了折中，既避免了路徑長度的不合理的增加，又避免了對高度值核心節(jié)點的過分依賴，從而在不增加或者是略增加路徑長度的前提下實現(xiàn)了負(fù)載在不同度值節(jié)點間的合理分配，克服了最短路由策略以及有效路由策略兩者的缺陷，獲得了優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)負(fù)載傳輸能力的滿意效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于最小搜索信息的路由方法，在保證較小的路徑延展前提下，可以使網(wǎng)絡(luò)的傳輸能力獲得較大幅度提升。
本發(fā)明為實現(xiàn)上述發(fā)明目的采用如下技術(shù)方案一種基于最小搜索信息的路由方法，通過選取節(jié)點Vi到節(jié)點Vj之間所有路徑中，途經(jīng)節(jié)點度的連乘積 最小者作為負(fù)載傳輸?shù)淖罴崖窂?，設(shè)Vi = VojVijL= Vj為
節(jié)點Vi到節(jié)點Vj的任意路徑，則優(yōu)化路徑p_可通過P(i — j) = minfxt)求得；如果源
M=O
節(jié)點和目標(biāo)節(jié)點間存在多條優(yōu)化路徑，則從中隨機選取一條作為最佳路徑。進(jìn)一步的，本發(fā)明的基于最小搜索信息的路由方法，具體包括如下步驟步驟A，設(shè)V為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點集，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模為N，deg為網(wǎng)絡(luò)鄰接矩陣，若邊<Vi，Vj>存在,則deg[i, j]等于節(jié)點Vj的度kj,反之為;其中Vp Vj分別代表網(wǎng)絡(luò)節(jié)點；步驟B,設(shè)D初始值為空,令pdt[i] = kn gdeg[n, i],其中Vi G V-{vn}，kn表示節(jié)點vn的數(shù)據(jù)包傳送的選擇次數(shù)，D表示已經(jīng)找到的以節(jié)點Vn為原點的路由路徑的終點集，pdt[i]表示節(jié)點Vn到節(jié)點Vi路由路徑上節(jié)點度對數(shù)的指數(shù)之和，n表示從節(jié)點i到節(jié)點j之間的路徑中除去源節(jié)點和目標(biāo)節(jié)點之外的所有節(jié)點，且n# i ；步驟C，選擇 Vj，使得 pdt[j] = Min{pdt[i] Ivi G V-D-{vn} }，令 D = D U{Vj}；步驟D,對于V-D-IvJ中任意節(jié)點vk,如果pdt[j]gdeg[j, k] <pdt[k],則修改pdt[k] = pdt[j]gdeg[j, k]；步驟E，重復(fù)步驟C至步驟D共N-I次，得到從節(jié)點Vn到其余各節(jié)點的優(yōu)化路徑；步驟F，選取不同源節(jié)點vn，重復(fù)步驟B至步驟E共N次，得到網(wǎng)絡(luò)中任意節(jié)點間的優(yōu)化路徑。本發(fā)明采用上述技術(shù)方案具有如下有益效果I.本發(fā)明所提出的優(yōu)化路由該策略可以充分發(fā)揮各個節(jié)點的處理能力，最大限度地提高網(wǎng)絡(luò)的承載能力，從而使得網(wǎng)絡(luò)具有較高傳輸容量的同時擁有較短的負(fù)載傳遞時間。2.本發(fā)明所提出的在優(yōu)化路由策略下，網(wǎng)絡(luò)中的負(fù)載分布與節(jié)點的度呈正比。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)各個節(jié)點處理能力正比于節(jié)點度時，較之于最短路徑路由策略和有效路由策略，該策略在平均路徑長度上基本接近于最短路徑的前提下，可以充分發(fā)揮各個節(jié)點的處理能力，最大限度地提高網(wǎng)絡(luò)的承載能力，從而使得網(wǎng)絡(luò)具有較高傳輸容量的同時擁有較短的負(fù)載傳遞時間。


圖I是網(wǎng)絡(luò)節(jié)點平均路由中心度B (k)分布圖；圖2是BA網(wǎng)絡(luò)中不同路由策略中的R。示意圖，其中<&=316、^# = 665和i ；r =718 _圖3是BA網(wǎng)絡(luò)中不同路由策略中的R。與平均度<k>的關(guān)系；圖4是BA網(wǎng)絡(luò)中不同路由策略中的包平均傳輸時間<T> ；圖5是BA網(wǎng)絡(luò)中不同路由策略中的平均路徑長度Lave與平均度<k>的關(guān)系。
具體實施方案下面結(jié)合附圖對技術(shù)方案的實施作進(jìn)一步的詳細(xì)描述復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)路由問題可以通過將搜索信息量S用于衡量在網(wǎng)絡(luò)中搜尋目標(biāo)節(jié)點的難易程度。假設(shè)節(jié)點傳遞數(shù)據(jù)包時隨機選擇下一個目標(biāo)節(jié)點，且不會將數(shù)據(jù)包傳遞回上一個節(jié)點，那么對于節(jié)點i與節(jié)點j之間的某條路徑P(i — j)被搜索到的概率就為
權(quán)利要求
1.一種基于最小搜索信息的路由方法，其特征在于選取節(jié)點Vi到節(jié)點\之間所有路徑中，途經(jīng)節(jié)點度的連乘積 最小者作為負(fù)載傳輸?shù)淖罴崖窂?，設(shè)Vi = V0, V1, L vn_2，Vn^1 = Vj為節(jié)點Vi到節(jié)點Vj的任意路徑，則優(yōu)化路徑Ptjpt可通過尸0+ — _/+) = min[ln(()求 M=O得；如果源節(jié)點和目標(biāo)節(jié)點間存在多條優(yōu)化路徑，則從中隨機選取一條作為最佳路徑。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于最小搜索信息的路由方法，其特征在于，包括如下步驟 步驟A，設(shè)V為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點集，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模為N，deg為網(wǎng)絡(luò)鄰接矩陣，若邊<Vi，Vj>存在，則deg[i, j]等于節(jié)點Vj的度kj,反之為;其中Vp Vj分別代表網(wǎng)絡(luò)節(jié)點； 步驟B,設(shè)D初始值為空,令pdt[i] = kngdeg[n, i]，其中Vi G V- {vn}, kn表示節(jié)Avn的數(shù)據(jù)包傳送的選擇次數(shù)，D表示已經(jīng)找到的以節(jié)點\為原點的路由路徑的終點集，pdt[i]表示節(jié)點vn到節(jié)點Vi路由路徑上節(jié)點度對數(shù)的指數(shù)之和，n表示從節(jié)點i到節(jié)點j之間的路徑中除去源節(jié)點和目標(biāo)節(jié)點之外的所有節(jié)點，且n古i ；步驟 C，選擇 Vj，使得 pdt [j] =Min{pdt[i] Ivi G V-D-IvJ }，令 D = D U{Vj}； 步驟D,對于V-D-IvJ中任意節(jié)點vk,如果pdt[j]gdeg[j,k] < pdt [k],則修改pdt [k]=pdt[j]gdeg[j, k]； 步驟E，重復(fù)步驟C至步驟D共N-I次，得到從節(jié)點Vn到其余各節(jié)點的優(yōu)化路徑； 步驟F，選取不同源節(jié)點Vn，重復(fù)步驟B至步驟E共N次，得到網(wǎng)絡(luò)中任意節(jié)點間的優(yōu)化路徑。
全文摘要
本發(fā)明提供一種基于最小搜索信息的路由方法，涉及復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)路由領(lǐng)域。本發(fā)明選取節(jié)點vi到節(jié)點vj之間所有路徑中，途經(jīng)節(jié)點度的連乘積Θ最小者作為負(fù)載傳輸?shù)淖罴崖窂?，?yōu)化路徑Popt可通過求得；如果源節(jié)點和目標(biāo)節(jié)點間存在多條優(yōu)化路徑，則從中隨機選取一條作為最佳路徑；本發(fā)明可以充分發(fā)揮各個節(jié)點的處理能力，最大限度地提高網(wǎng)絡(luò)的承載能力，從而使得網(wǎng)絡(luò)具有較高傳輸容量的同時擁有較短的負(fù)載傳遞時間。
文檔編號H04L12/56GK102684982SQ20111006159
公開日2012年9月19日 申請日期2011年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月15日
發(fā)明者葉小松, 吳振飛, 周思源, 王開, 裴文江, 邢鳴, 鄭建勇 申請人:東南大學(xué), 江蘇鎮(zhèn)安電力設(shè)備有限公司