一种综合拓扑优化方法技术

一种综合拓扑优化方法，将网络拓扑优化分为两个阶段，首先判断当前系统的运行状态，在系统的网络拓扑运行前，本发明专利技术提出了基于节点关键度的拓扑优化算法，定量的计算拓扑中各个节点关键度，并将整个拓扑中节点的方差保持在一定范围，有效降低了每个节点的失效所产生的影响，提高了网络拓扑的健壮性；在系统的网络拓扑运行后，提出了基于可信度和加权负载流量的拓扑优化方法，定量的计算每个节点的可信度和每条链路的加权负载流量，将节点的可信度和每条链路的加权负载流量保持在一定的水平，不仅有利于拓扑的优化，还可以帮助拓扑迅速发现某个节点或某条链路故障。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术设计，特别是一种基于节点关键度、可信度和加权 负载流量的综合拓扑优化方法，属于网络拓扑结构

技术介绍
近些年来，拓扑优化在网络中应用越来越受到关注。网络拓扑优化的由来主要原 因如下：网络中各个节点，降低节点通信时的能量开销，能够有效的延长网络生存期，同时 还能有效的处理由于节点失效而造成的网络拥塞等现象。拓扑优化控制机制是实现一个良 好的网络能源效率的基础，作为路由层协议和MAC协议的运行平台，网络拓扑显然是实现 网络连通性最高的必要条件。因此只有采用合理的拓扑优化机制适时调整节点的通信功 率，网络才能有效地平衡拓扑连通性、稀疏性、能量特性、干扰特性等方面的关系，在保证连 通性的基础上构建具有高可靠性、高连通性的拓扑结构。 另外，有学者从网络抵御破坏的能力方面探讨了网络结构鲁棒性和网络结构特征 之间的关系，即网络中某些节点在遭受攻击后，剩余的节点间仍能保持连通的能力，剩余节 点连通性越弱则说明该节点越重要。还有学者意识到单用网络结构来刻画节点重要度是不 足的，网络上的流量以及相对应的费用也是不可忽视的重要因素，为此提出以流量作为权 重给网络节点加权重的加权网络研究方式来获取更多的网络信息。很多研究学者将冗余机 制作为提高网络可靠性的重要手段。主要从节点度出发，来对网络拓扑进行优化，对节点度 数比较高的进行冗余备份。有些学者为保证网络的可靠数据传输，提供了一种在节点突然 失效状态下通过扫描和查找节点路由表而紧急发现和建立新的路由通路的机制。有学者根 据无尺度网络中集散节点的存在与网络脆弱性之间的关系，通过控制集散节点的形成并在 一定程度上改变网络的拓扑结构，从而可以增强无尺度网络抗协同攻击的能力。还有些学 者中提出了非结构化P2P网络下的拓扑关键点消除算法，也就是将拓扑关键点转化为一般 节点。文中对两种已有的消除算法（线性连接消除算法和带弦环消除算法）进行详细分析， 并提出一种基于热点连接的拓扑关键点消除算法。 以上对节点的关键评价一般只考虑节点度，并没有考虑节点的其他属性，而且这 些算法只是单独拓扑网络运行后或者运行前进行优化，没有每个阶段都有的全面优化设 置。 所以，为了保证应用系统的高可用性，构建的网络拓扑结构具有良好的弹性，避免 因某个节点失效造成系统崩溃和服务质量的明显下降，发现网络中的薄弱环节，有针对性 的加强和优化，是维护系统稳定可靠的重要手段。网络连通性是对网络拓扑结构进行优化 的前提，为了确保网络中每一个节点的相互连通，增强网络拓扑的可靠性、健壮性和抗毁 性。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了， 拓扑运行前定量分析网络各单元的拓扑关键度来选取合适的拓扑优化方法；拓扑运行后， 通过收集每个节点的可信度和加权负载流量来进行拓扑优化。解决了当前普遍以节点的度 为基准的单一化优化算法的不足，更好的保障运行中的网络拓扑的可靠性以及负载均衡， 在运行前可以有效的降低各个节点的关键程度，在运行时可以从拓扑运行角度处理节点和 链路的突然损坏情况，实时有效的避免对整个拓扑网络的影响，提高了整个拓扑的可靠性 和抗毁性。 本专利技术的技术解决方案是：，用于对导航卫星系统中的网 络拓扑进行优化，包括以下步骤： (1)判读当前系统是否处于运行状态，若当前系统处于运行状态，则进入步骤 ⑷；否则，进入步骤⑵； ⑵计算系统各个节点的关键度，即每个节点的灰度关联值； (3)判断步骤（2)计算的节点关键度的方差是否小于预先设定的阈值，若小于预 先设定的阈值，则进入步骤（4);否则，采用环网等效的方法对网络中关键度最大的节点进 行优化，优化完成后返回步骤（2); (4)判断是否进行系统运行后优化，若是，则进入步骤（5);否则，拓扑优化算法结 束； (5)进行基于节点可信度的拓扑优化，进入步骤（6)，同时进行基于加权负载流量 的拓扑优化，进入步骤（8); (6)实时计算各个节点与相邻节点之间的可信度，具体由公式： 给出，其中心为节点i对j的可信度，v为节点i与j之间j通信成功的次数，f 为节点i与j之间通信失败的次数； (7)若某个节点与相邻节点之间的可信度小于预先给定的阈值；则判断这两个节 点之间是否存在备用路径，若存在备用路径，则增加两个节点之间的路径并平衡两个节点 之间的流量；若不存在备用路径，则无法对该节点进行优化，结束优化算法； 若某个节点与相邻节点之间的可信度大于等于预先给定的阈值，则当前节点无需 优化，返回步骤（6)，重新计算该节点与相邻节点之间的可信度； (8)实时计算各条链路的加权负载流量F，具体由公式： 给出，其中η为节点总数，为由节点i流向节点j的加权负载流； (9)若某条链路的加权负载流量大于预先给定的阈值；则判断这两个节点之间是 否存在备用路径，若存在备用路径，则增加两个节点之间的路径用于平衡两个节点之间的 流量，并返回步骤（8)重新计算加权负载流量F;若不存在备用路径，则无法对该节点进行 优化，结束优化算法；若某条链路的加权负载流量小于预先给定的阈值，则返回步骤（8)重 新计算加权负载流量F。 所述计算系统各个节点的关键度，即每个节点的灰度关联值；具体步骤为： (2-1)选定节点的度，节点的接近度，节点的介数，节点的核度积和节点的网络效 率作为节点关键度的计算指标； (2-2)计算步骤（2-1)选取的各个指标的值； (2-3)对计算指标进行归一化处理； (2-4)计算出每个指标的权重；(2-5)选定每个指标归一化的理想值b'j，计算每个节点的灰度关联值，即为每个 节点的关键度。 所述节点j的度Dj为直接与节点j连接的其他节点的个数； 节点j的接近度是指节点j到网络中其他所有节点的距离之和的倒数，由公式： 给出，其中CC,为节点j的接近度，cU为节点j与网络拓扑其他节点中每个节点的 最短距离，N是网络拓扑中节点的总个数； 节点j的介数是指网络中所有最短路径中经过节点j的比例，由公式： 给出，其中Bj为节点j的介数，nik为节点i与节点k之间最短路径的条数，n ik (j) 为节点i与节点k之间最短路径中经过节点j的条数； 节点j的核度积是指节点j孤立后，网络中所有节点相互通信的最短路径总长度 以及网络中的链路数目，由公式： Tj= (SG_Vj- 5C) x (/G -lG_Vj) 给出，其中T,为节点j被孤立后的核度积，为网络拓扑结构G中任意两个节点 相互通信的最短路径长度总和，心为节点j被孤立后网络拓扑结构G中任意两个节点相 互通信的最短路径长度总和，为网络拓扑结构G中的链路数，为节点j被孤立后网络 拓扑结构G中的链路数； 节点j的网络效率η为节点j被孤立后网络拓扑结构G中任意两个节点间距离 的倒数的平均值，由公式： nJ=MEAN(l/dχ?), 1^i,j ^Ν&&?^ j 给出，其中η,为节点j的网络效率，MEAN为进行取平均值运算的函数，cU,表示节 点j被孤立后网络拓扑结构G中任意两个节点间的距离，N是网络拓扑结构G中节点的总 个数。 所述对计算指标进行归一化处理；具体由公式：[00当前第1页1 2 3 4 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种综合拓扑优化方法，用于对导航卫星系统中的网络拓扑进行优化，其特征在于包括以下步骤：(1)判读当前系统是否处于运行状态，若当前系统处于运行状态，则进入步骤(4)；否则，进入步骤(2)；(2)计算系统各个节点的关键度，即每个节点的灰度关联值；(3)判断步骤(2)计算的节点关键度的方差是否小于预先设定的阈值，若小于预先设定的阈值，则进入步骤(4)；否则，采用环网等效的方法对网络中关键度最大的节点进行优化，优化完成后返回步骤(2)；(4)判断是否进行系统运行后优化，若是，则进入步骤(5)；否则，拓扑优化算法结束；(5)进行基于节点可信度的拓扑优化，进入步骤(6)，同时进行基于加权负载流量的拓扑优化，进入步骤(8)；(6)实时计算各个节点与相邻节点之间的可信度，具体由公式：Kij=K(i,j)=2v+1v+f+2-1]]>给出，其中Kij为节点i对j的可信度，v为节点i与j之间j通信成功的次数，f为节点i与j之间通信失败的次数；(7)若某个节点与相邻节点之间的可信度小于预先给定的阈值；则判断这两个节点之间是否存在备用路径，若存在备用路径，则增加两个节点之间的路径并平衡两个节点之间的流量；若不存在备用路径，则无法对该节点进行优化，结束优化算法；若某个节点与相邻节点之间的可信度大于等于预先给定的阈值，则当前节点无需优化，返回步骤(6)，重新计算该节点与相邻节点之间的可信度；(8)实时计算各条链路的加权负载流量F，具体由公式：F=F11F12...F1jF21......F2j............Fi1Fi2...Fiji=1,2,...,n;j=1,2,...,n]]>给出，其中n为节点总数，Fij为由节点i流向节点j的加权负载流；(9)若某条链路的加权负载流量大于预先给定的阈值；则判断这两个节点之间是否存在备用路径，若存在备用路径，则增加两个节点之间的路径用于平衡两个节点之间的流量，并返回步骤(8)重新计算加权负载流量F；若不存在备用路径，则无法对该节点进行优化，结束优化算法；若某条链路的加权负载流量小于预先给定的阈值，则返回步骤(8)重新计算加权负载流量F。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郑晋军，刘安邦，姜竹青，李超，武向军，杨聪伟，王海红，郝文宇，毕少筠，胡伟，
申请(专利权)人：北京空间飞行器总体设计部，
类型：发明
国别省市：北京;11