本发明专利技术公开了一种提高无标度网络传输容量的局部信息动态路由算法，该算法同时考虑邻居节点以及次近邻节点的度值与队列长度信息，引入两个可调参数α和β，分别调节度值与队列长度的路由偏好。本发明专利技术通过调节这两个参数来改变网络的传输能力。根据网络由平衡态到拥塞态的相变来定量地描述出在不同参数下的网络传输容量值，指出了最佳参数组合，并与传统的基于局部信息的路由算法做了比较。
【技术实现步骤摘要】
一种提高无标度网络传输容量的局部信息动态路由算法
本专利技术属于复杂网络中路由算法和拥塞控制领域，涉及一种不用预知整个网络的拓扑结构而只需要知道网络中局部信息的动态路由算法来提高网络的传输容量的路由算法。
技术介绍
复杂网络已经被证实大量存在于现实网络中，比如因特网，万维网，IP网络，道路交通网以及人际关系网等。其中基于复杂网络理论和方法研究网络的交通动力学特性也成为了这门学科的研究热点。针对复杂网络交通动力学的研究领域，网络资源的有效分配和拥塞现象如今越来越受到学者的关注，尤其是现在网络规模的不断扩大，人们对网络的传输要求越来越高。实际网络中，以互联网为例，由于网络的拓扑规模的不断壮大以及数据包的过载导致网络出现拥塞，降低了网络的传输能力。因此，针对如何有效控制网络的拥塞，保证信息在系统中处于自由畅通状态，提高网络的容量的研究具有重大的现实意义。以最短路径路由算法为例文献[1-2]，考虑到中心节点具有更大的可能连接到目的节点，因此最短路径的路由都会选择走这些中心节点，极易导致数据包在这些中心节点处越积越多，导致网络拥塞，严重降低了网络的传输容量。由于最短路径路由算法是基于全局信息的，现实生活中，尤其是规模庞大的互联网，随着互联网网络规模的不断扩大，基于全局信息的路由算法已经不能满足现在网络的需求，于是有学者提出了基于局部信息的路由策略。文献[3]WXWang，CYYin研究了基于局部信息的近邻搜索策略，目的是让数据包绕开度值大的节点而游走度值较小的节点，避免了数据包的过早拥塞。WXWang，CYYin等在文献[4]提出了一种结合局部静态和动态信息的路由策略，同时考虑了节点的度和数据包队列长度，但是搜索范围只局限在邻居节点处，且路由算法偏好游走度值较大的节点。[1]TadicB,ThurnerS,RodgersGJ.Trafficoncomplexnetworks:Towardsunderstandingglobalstatisticalpropertiesfrommicroscopicdensityfluctuations.[J].PhysicalReviewEStatisticalNonlinear&SoftMatterPhysics,2004,69(3Pt2):036102.[2]MukherjeeG,MannaSS.Phasetransitioninadirectedtrafficflownetwork[J].Phys.rev.e,2005,71(2):066108.[3]WangWX,WangBH,YinCY,etal.Trafficdynamicsbasedonlocalroutingprotocolonascale-freenetwork.[J].PhysicalReviewEStatisticalNonlinear&SoftMatterPhysics,2006,73(2):026111.[4]WangWX,YinCY,YanG,etal.Integratinglocalstaticanddynamicinformationforroutingtraffic[J].PhysicalReviewEStatisticalNonlinear&SoftMatterPhysics,2006,74(2):016101。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术不足提出的一种基于局部信息的动态路由算法来提高网络的吞吐量缓解网络的拥塞。实现本专利技术目的的具体技术方案是：一种提高无标度网络传输容量的局部信息动态路由算法，该方法包括以下具体步骤：步骤1：具有无标度特性的网络模型的构建(a).增长性：从一个具有m0个节点的全连通网络开始，其中全连通网络表示这m0个节点两两相连；初始网络为这m0个节点组成的全连通网络，每次添加一个新的节点并且该新加入的节点连接到m个已存在的节点上，这里m<＝m0；(b).优先连接：一个新加入的节点和网络已经存在的节点i相连接的概率Pi与节点i的度值ki遵循如下优先连接性：结果t步后，网络的规模为N＝t+m0，网络的总边数M＝mt+M0,其中M0表示网络的初始连边数，网络的节点度分布服从幂率分布，即P(k)～k-γ，其中P(k)为网络节点的度分布，γ为幂指数；因此这种网络也叫无标度网络，无标度网络的特征表现为网络的异质性，即网络中大多数节点只有少数几条连边，而少部分中心节点占据了大量的连边；步骤2：基于次近邻节点信息的动态路由算法网络生成后，数据包流量将会在给定的网络上生成，数据包在网络传输的具体流量模型如下：(I).每个时间步，网络随机生成R个数据包，这R个数据包的源节点和目的节点随机生成，数据包在节点处遵循FIFO原则，每个节点的功能具有转发和接受数据包的能力；(II).每个时间步，节点至多投递C个数据包，称C为节点处理能力；(III).当前节点遍历与它直接相连的所有邻居节点，如果邻居节点中有目的节点，则直接将数据包传递给目的节点，同时删除该数据包，数据包投递成功；如果邻居节点中找不到目的节点，则执行第(IV)步；(IV).将搜索范围扩大，遍历该节点的所有邻居节点的邻居节点，这些节点的集合称为该节点的次近邻节点，若该节点没有次近邻节点，则依据路由转发概率公式(2)将数据包传递到该节点的邻居节点处；若该节点有邻居节点，则执行第(V)步；其中，ki为节点i的度值，ni为节点i的队列长度，α和β为两个可调参量；(V).若目的节点在该节点的次近邻节点中，则数据包传递到与目的地相连的邻居节点，否则,执行第(VI)步；(VI).目的节点不在该节点的次近邻节点中，依据路由转发概率公式(2)将数据包传递到该节点的邻居节点处；步骤3：计算网络的传输容量网络的传输容量计算用序参量计算，其计算公式如下：其中，△W＝W(t+△t)-W(t)表示从t+△t时刻网络增加的数据包数目，<△W>是对其取平均；R为网络中数据包的产生率；当η＝0时，网络处于自由态，对应于R<RC，其中RC是网络的临界数据包产生率；当η>0时，网络处于拥塞态，R>RC，且η值越大，拥塞越显著；当η＝1时，网络处于完全拥塞状态，数据包全部没有传输成功，Rc为网络的传输容量。由此可见网络由自由态向拥塞态转变发生在R＝RC处，因此RC为网络的传输容量。RC越大说明网络处理节点的能力越好，网络越不容易发生拥塞；而由于无标度网络的异质性，度值越大的节点流量负载越大，这些节点也越容易发生拥塞。本专利技术的有益效果：1.采用公式(2)的好处是不仅考虑了节点的度值信息，也考虑了节点的队列长度信息，这样数据包在传递的过程中综合考虑了这两种节点信息，数据包不仅绕开了负载繁重的hub节点，而且保证了那些数据包缓存队列长度较小的节点作为路由选址的下一跳，有效地均衡了网络的流量负载，提高网络的传输容量。2.相对于文献[2],[3]提出来的局部信息的路由算法，基于节点次近邻信息的路由算法不仅可以获得该节点的邻居节点信息，还可以知道该节点的次近邻节点的信息，将搜索范围扩大，有效地避免了当数据包偏离目的节点而导致路由时间变长或者数据包丢失的情况。附图说明本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种提高无标度网络传输容量的局部信息动态路由算法，其特征是：该方法包括以下具体步骤：步骤1：具有无标度特性的网络模型的构建(a).增长性：从一个具有m0个节点的全连通网络开始，其中全连通网络表示这m0个节点两两相连；初始网络为这m0个节点组成的全连通网络，每次添加一个新的节点并且该新加入的节点连接到m个已存在的节点上，这里m
【技术特征摘要】
1.一种提高无标度网络传输容量的局部信息动态路由算法，其特征是：该方法包括以下具体步骤：步骤1：具有无标度特性的网络模型的构建(a).增长性：从一个具有m0个节点的全连通网络开始，其中全连通网络表示这m0个节点两两相连；初始网络为这m0个节点组成的全连通网络，每次添加一个新的节点并且该新加入的节点连接到m个已存在的节点上，这里m<＝m0；(b).优先连接：一个新加入的节点和网络已经存在的节点i相连接的概率Pi与节点i的度值ki遵循如下优先连接性：结果t步后，网络的规模为N＝t+m0，网络的总边数M＝mt+M0,其中M0表示网络的初始连边数，网络的节点度分布服从幂率分布，即P(k)～k-γ，其中P(k)为网络节点的度分布，γ为幂指数；因此这种网络也叫无标度网络，无标度网络的特征表现为网络的异质性，即网络中大多数节点只有少数几条连边，而少部分中心节点占据了大量的连边；步骤2：基于次近邻节点信息的动态路由算法网络生成后，数据包流量将会在给定的网络上生成，数据包在网络传输的具体过程如下：(I).每个时间步，网络随机生成R个数据包，这R个数据包的源节点和目的节点随机生成，数据包在节点处遵循FIFO原则，每个节点的功能具有转发和接受数据包的能力；(II).每个时间步，节点至多投递C个数据包，称C为节点处理能力；(III).当前节点遍历与...
【专利技术属性】
技术研发人员：柳康，韩定定，唐明，
申请(专利权)人：华东师范大学，
类型：发明
国别省市：上海,31
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