一種路由網(wǎng)絡(luò)及其節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)能力共享方法
【專利摘要】一種路由網(wǎng)絡(luò)及其節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)能力共享方法。本發(fā)明提供一種路由網(wǎng)絡(luò)，包括：互聯(lián)的多個偏射路由節(jié)點，每個所述偏射路由節(jié)點存儲云路徑，所述云路徑的長度不超過預(yù)設(shè)的閾值且每條云路徑各自對應(yīng)該偏射路由節(jié)點的唯一輸入端口；每個所述偏射路由節(jié)點用于在本地有空閑路由資源時對當(dāng)前偏射數(shù)據(jù)流進行路由處理，在本地沒有空閑路由資源時，根據(jù)自身是否為當(dāng)前偏射數(shù)據(jù)流所屬的云路徑的末端節(jié)點，阻塞當(dāng)前偏射數(shù)據(jù)流，或者將當(dāng)前偏射數(shù)據(jù)流直接轉(zhuǎn)發(fā)至相應(yīng)云路徑中的下一跳節(jié)點。本發(fā)明既能支持節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)能力共享的前提下，又能夠避免“活鎖現(xiàn)象”，且減少數(shù)據(jù)時延。
【專利說明】一種路由網(wǎng)絡(luò)及其節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)能力共享方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及計算機與通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及云計算【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地說，本發(fā)明涉及一種路由網(wǎng)絡(luò)及其節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)能力共享方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著互聯(lián)網(wǎng)用戶以數(shù)千萬到數(shù)十億規(guī)模的擴張，路由數(shù)據(jù)傳輸量呈超線性增長。近年來，云計算技術(shù)將IT資源、數(shù)據(jù)、應(yīng)用作為服務(wù)整合進互聯(lián)網(wǎng)后，海量的信息傳輸需求更是對以電互聯(lián)技術(shù)為基礎(chǔ)的傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)在數(shù)據(jù)交換規(guī)模、交換容量、交換速度方面提出了更嚴峻的考驗。當(dāng)電子設(shè)備逐步達到其物理極限時，光網(wǎng)絡(luò)以其幾乎無限的帶寬拓展?jié)摿?，迅速成為互?lián)網(wǎng)物理層的主流傳輸技術(shù)，然而，光緩存還有關(guān)鍵的技術(shù)瓶頸難以解決，這導(dǎo)致自光網(wǎng)絡(luò)成為數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹髁骷夹g(shù)以來，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的數(shù)據(jù)處理能力便一直遠落后于節(jié)點間的傳輸能力。進入云計算時代后，各類網(wǎng)絡(luò)域間、域內(nèi)的數(shù)據(jù)交互更是大幅增長，給網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的數(shù)據(jù)處理能力，尤其是路由處理能力帶來很大的挑戰(zhàn)。
[0003]偏射路由是在無緩存的光網(wǎng)絡(luò)中發(fā)生路由競爭時可采用的解決方案之一，它最早由Baran在上世紀60年代提出，但直至光網(wǎng)絡(luò)成為支撐技術(shù)，傳輸能力遠遠超越處理能力后，這一路由算法才有了實用價值。在偏射路由中，當(dāng)分組在競爭同一端口無法同時進行正確轉(zhuǎn)發(fā)時，便將其路由到另一個輸出端口，通過其他路徑到達目的節(jié)點。傳統(tǒng)偏射路由也稱為“熱土豆路由”，當(dāng)多個數(shù)據(jù)分組到達某一路由節(jié)點，由于出口帶寬或節(jié)點處理能力受限，當(dāng)前節(jié)點將暫時不能路由處理的分組經(jīng)任一空閑端口發(fā)送至下一個節(jié)點，由下一個節(jié)點進行路由處理，從而實現(xiàn) 了節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)能力共享。然而這種方案下，偏射分組將一直在網(wǎng)絡(luò)中傳遞，直至得到某個空閑節(jié)點的處理。在重負荷網(wǎng)絡(luò)流量的狀態(tài)下，如果所有的路由節(jié)點都處于忙狀態(tài)，那么一直得不到處理的偏射分組只能在網(wǎng)絡(luò)中無限游弋，這一情況稱之為“活鎖現(xiàn)象”，“活鎖現(xiàn)象”可能占用大量的網(wǎng)路資源，惡化網(wǎng)絡(luò)處理能力。如附圖1所示，網(wǎng)絡(luò)中包括K、R1^ R2> R3> R4> R5> Re等節(jié)點，偏射數(shù)據(jù)流T需要從節(jié)點Rtl傳輸?shù)侥康墓?jié)點Re。而該網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點R1至目的節(jié)點R6的只有唯一的線路，這樣節(jié)點R1至目的節(jié)點R6就存在處理和傳輸瓶頸時，如果采用傳統(tǒng)偏射路由技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)中所產(chǎn)生的四個偏射數(shù)據(jù)流T1、T2、T3、T4在到達節(jié)點R1時，均難以從節(jié)點R1傳輸至目的節(jié)點&，結(jié)果只能回到缺省路徑上繼續(xù)游弋，這種偏射數(shù)據(jù)流在網(wǎng)路內(nèi)無限游弋將與正常路由流量進行競爭，進一步惡化網(wǎng)絡(luò)的處理能力。
[0004]在無緩存的光網(wǎng)絡(luò)如OBS(光突發(fā)交換)網(wǎng)絡(luò)中，某些偏射路由技術(shù)針對“活鎖現(xiàn)象”做了一些改進，如“次短路徑偏射”技術(shù)，它對偏射流量的轉(zhuǎn)發(fā)次數(shù)做了一定限制，能在一定程度上抑制“活鎖現(xiàn)象”。然而，這種偏射路徑改進方式需要服務(wù)器對分組進行“次短路由”查找，“次短路由”查找本身也是一種路由處理，它會顯著增加數(shù)據(jù)的時延，不適用于當(dāng)前電域交換、處理，光域傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。
[0005]因此，當(dāng)前迫切需要一種既能避免“活鎖現(xiàn)象”，又能減少數(shù)據(jù)時延的偏射路由方法。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的任務(wù)是提供一種既能支持節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)能力共享，又能避免“活鎖現(xiàn)象”且減少數(shù)據(jù)時延的路由解決方案。
[0007]本發(fā)明提供了一種路由網(wǎng)絡(luò)，包括:互聯(lián)的多個偏射路由節(jié)點，每個所述偏射路由節(jié)點存儲云路徑，所述云路徑的長度不超過預(yù)設(shè)的閾值且每條云路徑各自對應(yīng)該偏射路由節(jié)點的唯一輸入端口；
[0008]每個所述偏射路由節(jié)點用于在本地有空閑路由資源時對當(dāng)前偏射數(shù)據(jù)流進行路由處理，在本地沒有空閑路由資源時，判斷自身是否為當(dāng)前偏射數(shù)據(jù)流所屬的云路徑的末端節(jié)點，如果是，則阻塞當(dāng)前偏射數(shù)據(jù)流，如果否，則將當(dāng)前偏射數(shù)據(jù)流直接轉(zhuǎn)發(fā)至相應(yīng)云路徑中的下一跳節(jié)點。
[0009]其中，所述偏射路由節(jié)點還用于在其當(dāng)前的路由處理能力低于當(dāng)前的路由數(shù)據(jù)流的入口流量時，將部分路由數(shù)據(jù)流調(diào)制為偏射數(shù)據(jù)流并將其轉(zhuǎn)發(fā)至相應(yīng)云路徑中的下一跳節(jié)點。
[0010]其中，所述偏射路由節(jié)點用于根據(jù)偏射數(shù)據(jù)流所對應(yīng)的輸入端口，確定哪條云路徑是該偏射數(shù)據(jù)流所屬的云路徑。
[0011]本發(fā)明還提供了一種基于上述路由網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)能力共享方法，對于每個偏射路由節(jié)點，執(zhí)行:偏射路由節(jié)點在本地有空閑路由資源時，對當(dāng)前的偏射數(shù)據(jù)流進行路由處理，在本地沒有空閑路由資源時，判斷自身是否為當(dāng)前偏射數(shù)據(jù)流所屬的云路徑的末端節(jié)點，如果是，則阻塞當(dāng)前偏射數(shù)據(jù)流，如果否，則將當(dāng)前偏射數(shù)據(jù)流直接轉(zhuǎn)發(fā)至相應(yīng)云路徑中的下一跳節(jié)點。
[0012]其中，所述當(dāng)前的偏射數(shù)據(jù)流包括從前一跳節(jié)點接收的偏射數(shù)據(jù)流和/或本地生成的偏射數(shù)據(jù)流，本地生成偏射數(shù)據(jù)流的方法包括:在本地當(dāng)前的路由處理能力低于當(dāng)前的路由數(shù)據(jù)流的入口流量時，將部分路由數(shù)據(jù)流調(diào)制為偏射數(shù)據(jù)流。
[0013]其中，一個新路由節(jié)點R加入所述偏射路由網(wǎng)絡(luò)時，執(zhí)行下列步驟:
[0014]I)對各出入端口的流量數(shù)據(jù)進行吞吐量統(tǒng)計，對于每個輸入端口，設(shè)統(tǒng)計周期內(nèi)該輸入端口 Ii端口到各輸出端口的流量分布為[!\、T2,……、Tn]，若Tj = max(T1, T2、…Tn)，并設(shè)輸出端口指向的路由節(jié)點為Kp此時R節(jié)點選擇本地或者節(jié)點&所存儲的一條包含Kj的云路徑lj，根據(jù)該包含Kj的云路徑Ij建立一條對應(yīng)于所述輸入端口 Ii的新的云路徑。
[0015]其中，所述步驟I)之后還包括步驟:
[0016]2)Kj節(jié)點新增一條與輸出端口 Oj對應(yīng)的Kj節(jié)點輸入端口的云路徑[R，Ij]。
[0017]其中，一個新路由節(jié)點R加入所述偏射路由網(wǎng)絡(luò)時，如某個輸出端口 Oi指向為邊緣網(wǎng)絡(luò)，且存在對應(yīng)的輸入端口 Ii,其流量流經(jīng)輸出端口 Oi的概率最大，則路由節(jié)點R將輸入端口 Ii進行第一類末端宣告，并將該宣告發(fā)往與輸入端口 Ii相鄰的偏射路由節(jié)點Ki，同時在本地增加一條對應(yīng)于輸入端口 Ii的末端云路徑[Ki, R]。
[0018]其中，在更新云路徑時，優(yōu)先選擇包含第一類末端節(jié)點的云路徑。
[0019]其中，各偏射路由節(jié)點對各出入端口的流量數(shù)據(jù)進行吞吐量統(tǒng)計，并根據(jù)統(tǒng)計結(jié)果更新每個輸入端口所對應(yīng)的云路徑。[0020]其中，當(dāng)某個偏射路由節(jié)點的云路徑變更導(dǎo)致其長度超出預(yù)設(shè)的閾值時，取長度超出預(yù)設(shè)的閾值的云路徑中的一個中間節(jié)點作為該云路徑的新末端節(jié)點，并更新該云路徑，同時通知所述中間節(jié)點進行第二類末端節(jié)點宣告，與所述中間節(jié)點相關(guān)的其它偏射路由節(jié)點根據(jù)所述第二類末端節(jié)點宣告更新各自的云路徑。
[0021]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有下列技術(shù)效果:
[0022]1、本發(fā)明在支持節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)能力共享的前提下，既能夠避免“活鎖現(xiàn)象”，又能減少數(shù)據(jù)時延。
[0023]2、本發(fā)明能對偏射路由流量的轉(zhuǎn)發(fā)路徑進行動態(tài)調(diào)整，改變了傳統(tǒng)偏射技術(shù)的隨機性，大大提高了偏射轉(zhuǎn)發(fā)的準確性，抵消了傳統(tǒng)偏射路由中流量由于傳輸路徑增長，在網(wǎng)絡(luò)時延上帶來的負面影響。
[0024]3、本發(fā)明能夠取得更好的資源利用效率，從而改善網(wǎng)絡(luò)的整體性能。
[0025]4、本發(fā)明特別適合用于光網(wǎng)絡(luò)或光電混合網(wǎng)絡(luò)(光域傳輸電域處理)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]以下，結(jié)合附圖來詳細說明本發(fā)明的實施例，其中:
[0027]圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)的偏射網(wǎng)絡(luò)存在處理或傳輸瓶頸時偏射數(shù)據(jù)傳輸?shù)氖疽鈭D；
[0028]圖2示出了一個偏射路由網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)的實例；
[0029]圖3示出了本發(fā)明一個實施例中云路徑的生成演化過程的時序圖；
[0030]圖4示出了本發(fā)明一個實施例中新節(jié)點接入后云路徑的初始化及后續(xù)更新的總體流程圖。
【具體實施方式】
[0031]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，提供了一種路由網(wǎng)絡(luò)，包括:互聯(lián)的多個偏射路由節(jié)點，每個所述偏射路由節(jié)點存儲云路徑，所述云路徑的長度不超過預(yù)設(shè)的閾值且每條云路徑各自對應(yīng)該偏射路由節(jié)點的唯一輸入端口 ；每個所述偏射路由節(jié)點用于在本地有空閑路由資源時對當(dāng)前偏射數(shù)據(jù)流進行路由處理，在本地沒有空閑路由資源時，判斷自身是否為當(dāng)前偏射數(shù)據(jù)流所屬的云路徑的末端節(jié)點，如果是，則阻塞當(dāng)前偏射數(shù)據(jù)流，如果否，則將當(dāng)前偏射數(shù)據(jù)流直接轉(zhuǎn)發(fā)至相應(yīng)云路徑中的下一跳節(jié)點。偏射路由節(jié)點還能夠在其當(dāng)前的路由處理能力低于當(dāng)前的路由數(shù)據(jù)流的入口流量時，將部分路由數(shù)據(jù)流調(diào)制為偏射數(shù)據(jù)流并將其轉(zhuǎn)發(fā)至相應(yīng)云路徑中的下一跳節(jié)點。
[0032]本實施例中，云路徑是網(wǎng)絡(luò)中的一組具有流量轉(zhuǎn)發(fā)和交互能力節(jié)點構(gòu)成的有限長度的路徑。路由網(wǎng)絡(luò)中，對偏射路由建立了有限路徑長度約束的機制，偏射流量在任何中間節(jié)點都無需進行路由處理，它沿一條事先通過協(xié)商定義的有限長路徑即云路徑進行透明轉(zhuǎn)發(fā)，直至在該路徑上被空閑節(jié)點處理。如果網(wǎng)絡(luò)處于重負載狀態(tài)，偏射流量一直到達路徑終點仍沒有得到處理，則該偏射流量由路徑終端節(jié)點進行阻塞丟棄。這種有限路徑長度約束的方案可成功避免偏射路由的“活鎖問題”，且無需進行“次短路由”查找。在實際應(yīng)用中，云路徑可采用電域建立，光域使用的方式。這樣，偏射流量在處理前只會產(chǎn)生一次偏射流量的傳輸時延(該時延遠小于路由處理的時延)和N段傳播時延(由于傳播速度為光速，所以該時延可忽略不計)，其中N為配置的路徑段數(shù)。[0033]在一個實施例中，每個偏射路由節(jié)點可存儲多條云路徑，每條云路徑對應(yīng)唯一一個輸入端口，這樣，根據(jù)偏射數(shù)據(jù)流所對應(yīng)的輸入端口(即判斷偏射數(shù)據(jù)流是從哪個端口輸入該偏射路由節(jié)點的)，即可確定哪條云路徑是該偏射數(shù)據(jù)流所屬的云路徑。
[0034]下面介紹云路徑的映射規(guī)則與存儲方式。
[0035]按照偏射流量在云路徑上的處理方式，可以將偏射節(jié)點分為兩類:一類為路徑中間節(jié)點，一類為末端節(jié)點，偏射流量起始于某一個發(fā)生擁塞的中間節(jié)點，而終止于空閑節(jié)點或末端節(jié)點。一條云路徑上的末端節(jié)點，也可以是另一條云路徑的中間節(jié)點。本實施例中的云路徑與節(jié)點入口存在一一對應(yīng)關(guān)系，即每一個節(jié)點的入口流量，都可沿著一條預(yù)配置的路徑，通過其相應(yīng)的出口，不經(jīng)處理便到達下一個偏射路由節(jié)點。需注意的是，該節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)偏射流量的入口和出口可以和正常的路由流量處理入口和出口為同一端口，也可以是兩個分別獨立但一一對應(yīng)的端口。設(shè)網(wǎng)絡(luò)中偏射路由節(jié)點R的出入流量端口如表1所示:
[0036]表1
[0037]
【權(quán)利要求】
1.一種路由網(wǎng)絡(luò)，包括:互聯(lián)的多個偏射路由節(jié)點，每個所述偏射路由節(jié)點存儲云路徑，所述云路徑的長度不超過預(yù)設(shè)的閾值且每條云路徑各自對應(yīng)該偏射路由節(jié)點的唯一輸入端口 ； 每個所述偏射路由節(jié)點用于在本地有空閑路由資源時對當(dāng)前偏射數(shù)據(jù)流進行路由處理，在本地沒有空閑路由資源時，根據(jù)自身是否為當(dāng)前偏射數(shù)據(jù)流所屬的云路徑的末端節(jié)點，阻塞當(dāng)前偏射數(shù)據(jù)流，或者將當(dāng)前偏射數(shù)據(jù)流直接轉(zhuǎn)發(fā)至相應(yīng)云路徑中的下一跳節(jié)點。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的路由網(wǎng)絡(luò)，其特征在于，所述偏射路由節(jié)點還用于在其當(dāng)前的路由處理能力低于當(dāng)前的路由數(shù)據(jù)流的入口流量時，將部分路由數(shù)據(jù)流調(diào)制為偏射數(shù)據(jù)流并將其轉(zhuǎn)發(fā)至相應(yīng)云路徑中的下一跳節(jié)點。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的路由網(wǎng)絡(luò)，其特征在于，所述偏射路由節(jié)點用于根據(jù)偏射數(shù)據(jù)流所對應(yīng)的輸入端口，確定哪條云路徑是該偏射數(shù)據(jù)流所屬的云路徑。
4.一種基于權(quán)利要求1所述的路由網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)能力共享方法，其特征在于，每個偏射路由節(jié)點均執(zhí)行:偏射路由節(jié)點在本地有空閑路由資源時，對當(dāng)前的偏射數(shù)據(jù)流進行路由處理，在本地沒有空閑路由資源時，根據(jù)自身是否為當(dāng)前偏射數(shù)據(jù)流所屬的云路徑的末端節(jié)點，阻塞當(dāng)前偏射數(shù)據(jù)流，或者將當(dāng)前偏射數(shù)據(jù)流直接轉(zhuǎn)發(fā)至相應(yīng)云路徑中的下一跳節(jié)點。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)能力共享方法，其特征在于，所述當(dāng)前的偏射數(shù)據(jù)流包括從前一跳節(jié)點接收的偏射數(shù)據(jù)流和/或本地生成的偏射數(shù)據(jù)流，本地生成偏射數(shù)據(jù)流的方法包括:在本地當(dāng)前的路由處理能力低于當(dāng)前的路由數(shù)據(jù)流的入口流量時，將部分路由數(shù)據(jù)流調(diào)制為偏射數(shù)據(jù)流。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)能力共享方法，其特征在于，所述路由網(wǎng)絡(luò)中，加入一個新路由節(jié)點R時，所述共享方法執(zhí)行下列步驟: 1)對R節(jié)點的各出入端口的流量數(shù)據(jù)進行吞吐量統(tǒng)計，對于每個輸入端口，設(shè)統(tǒng)計周期內(nèi)該輸入端口 Ii端口到各輸出端口的流量分布為[?\、Τ2、……、Tn]，若Tj = max (1\、T2>…Tn)，并設(shè)輸出端口(^_指向的路由節(jié)點為Kp此時R節(jié)點選擇本地或者節(jié)點&所存儲的一條包含Kj的云路徑lj，根據(jù)該包含Kj的云路徑Ij建立一條對應(yīng)于所述輸入端口 Ii的新的云路徑。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)能力共享方法，其特征在于，所述步驟I)之后還包括步驟: 2)Kj節(jié)點新增一條與輸出端口(^_對應(yīng)的&節(jié)點輸入端口的云路徑[R，Ij]。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)能力共享方法,其特征在于,一個新路由節(jié)點R加入所述偏射路由網(wǎng)絡(luò)時，如某個輸出端口 Oi指向為邊緣網(wǎng)絡(luò)，且存在對應(yīng)的輸入端口 Ii，其流量流經(jīng)輸出端口 Oi的概率最大，則路由節(jié)點R將輸入端口 Ii進行第一類末端宣告，并將該宣告發(fā)往與輸入端口 Ii相鄰的偏射路由節(jié)點Ki,同時在本地增加一條對應(yīng)于輸入端口 Ii的末端z?路徑[Ki, R]。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)能力共享方法，其特征在于，在更新云路徑時，優(yōu)先選擇包含第一類末端節(jié) 點的云路徑。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)能力共享方法，其特征在于，各偏射路由節(jié)點對各出入端口的流量數(shù)據(jù)進行吞吐量統(tǒng)計，并根據(jù)統(tǒng)計結(jié)果更新每個輸入端口所對應(yīng)的云路徑。
11.根據(jù)權(quán)利要求4所述的節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)能力共享方法，其特征在于，當(dāng)某個偏射路由節(jié)點的云路徑變更導(dǎo)致其長度超出預(yù)設(shè)的閾值時，取長度超出預(yù)設(shè)的閾值的云路徑中的一個中間節(jié)點作為該云路徑的新末端節(jié)點，并更新該云路徑，同時通知所述中間節(jié)點進行第二類末端節(jié)點宣告，與所述中間節(jié)點相關(guān)的其它偏射路由節(jié)點根據(jù)所述第二類末端節(jié)點宣告更新各自的 云路徑。
【文檔編號】H04L12/701GK104009914SQ201410242787
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年6月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月4日
【發(fā)明者】李彥君, 張國清 申請人:中國科學(xué)院計算技術(shù)研究所