基于反向删减策略的确定网络多约束双路径路由方法技术

本发明专利技术公开一种基于反向删减策略的确定网络多约束双路径路由方法，实现步骤是，基于启发式多约束最优路径算法的反向线性标记法和正向标记法，通过对路径进行反向删减和对确定网络的更新，获得满足多个约束要求并且整体可靠性最高的两条路径，本发明专利技术的优点是，获得的两条路径保证了在第一条路径发生故障的情况下，第二条路径依然可以进行数据通信，同时本发明专利技术具有时间复杂度可确定性，且时间复杂度满足工业化设计要求，可用于部署实际的大型互联网络。

A Multi-Constrained Double-Path Routing Method Based on Reverse Deletion Strategy

【技术实现步骤摘要】
基于反向删减策略的确定网络多约束双路径路由方法
本专利技术属于通信
，更进一步涉及网络通信
中的一种基于反向删减策略的确定网络多约束双路径路由方法。本专利技术可用于在确定网络中接受多约束参数的路由查找，得出满足多个约束要求并且整体可靠性最高的两条路径。
技术介绍
服务质量QoS(QualityofService)路由是一种基于网络的可用资源和业务流的QoS要求来选择路径的路由机制，即包含多个QoS参数的动态多约束路由协议。确定网络作为一种新兴的网络，为人们提供了多种网络服务，不同的网络服务有不同的参数约束，而单一的传统网络路由协议无法满足不同服务对不同约束参数的需求，且现有的QoS路由机制无法直接应用于确定网络，如何在确定网络中提供满足多约束的QoS路由成为一个重要的技术问题。北京邮电大学在其申请的专利文献“实现多约束QoS路由选择的优化方法及装置”(申请号201110129535.5公开号CN102158417A)公开了一种实现多约束路由选择的优化方法。该方法利用建立路由模型，构造惩罚函数，并运用自然选择和变异操作对初始路径进行迭代求解来实现多约束条件下的最优路由选择。该方法存在的不足是，由于优化方法的时间复杂度完全依赖于初始路径的选择，同时运用自然选择和变异操作使该优化方法的时间复杂度存在不确定性，从而导致在网络中进行路由查找时可能付出较高的时间代价，无法在实际的大型互联网络中部署使用。WangT等人在其发表的论文“Multi-PathRoutingforMaximumBandwidthwithKEdge-DisjointPaths”(14thInternationalWirelessCommunications&MobileComputingConference,2018,1178-1183)中提出了一种多路径最大带宽方法MKPB(MaximumK-PathBandwidthAlgorithm)。该方法首先根据带宽约束计算出一组相交路径，然后基于带宽排序将该相交路径组加入到路径列表中，并将该路径列表中的所有路径进行加权操作，最后基于贪心算法选择消耗资源最少的路径。该方法存在的不足是，由于该方法仅根据带宽这一种约束计算相交路径，因此该方法无法应用于满足多约束路径的查找问题，同时在对路径列表中的路径进行加权操作时没有将链路的可靠性参数作为权重的构成因素，因此无法保证该方法获得的路径上的数据高可靠地传输。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种基于反向删减策略的确定网络多约束双路径路由方法，用于在确定网络中寻找满足多约束要求并且整体可靠性最高的两条路径。实现本专利技术的具体思路是：本专利技术基于启发式多约束最优路径算法的反向线性标记法和正向标记法，对网络拓扑图中的链路进行反转方向和删减两种操作，获得满足多个约束要求并且整体可靠性最高的两条路径。本专利技术的步骤包括如下：(1)计算第一条路径：(1a)利用启发式多约束最优路径算法的反向线性标记法，对确定网络中的每个节点进行反向线性标记，得到每个节点的反向线性标记值，从中选择确定网络中的源节点的反向线性标记值；(1b)利用启发式多约束最优路径算法的正向标记法，对确定网络中的每个节点进行正向标记，得到该节点的前一跳节点；(1c)将标记后的目的节点作为第一个节点，将第一个节点作为工具节点，将工具节点的前一跳节点作为第一个节点的下一个节点，按照此过程查找，直到工具节点为源节点为止，按照查找的顺序依次连接所有节点，得到第一条路径；(2)判断源节点的反向线性标记值是否小于或者等于服务质量参数的总数，若是，则执行步骤(3)；否则，执行步骤(14)；(3)按照下式，计算每条路径中的每个服务质量参数：其中，wn(Px)表示第x个路径中的第n个服务质量参数，n的取值范围在[1,K]之间,K表示约束值的总数，K的取值是大于或者等于1的整数，∑表示求和操作，q表示第x个路径中的第q条链路，∈表示属于符号，wm(q)表示第x个路径中第q条链路的第m个服务质量参数，m的取值与n相等；(4)判断第一条路径的每个服务质量参数是否小于或者等于服务质量参数的约束值，若是，则执行步骤(5)；否则，执行步骤(14)；(5)第一次更新确定网络：将确定网络中第一条路径中的每条链路反转方向，将反转后的该路径中每条链路的每个加性服务质量参数均设置为0，得到第一次更新后的确定网络；(6)计算第二条路径：(6a)采用与步骤(1a)相同的方法，反向线性标记第一次更新后的确定网络中的每个节点，得到更新后的确定网络中的源节点的反向线性标记值；(6b)采用与步骤(1b)相同的方法，正向标记第一次更新后的确定网络中的每个节点，得到更新后的确定网络中的每个节点的前一跳节点；(6c)采用与步骤(1c)相同的方法，查找第二条路径上的每个节点，得到第二条路径；(7)判断源节点的反向线性标记值是否小于或者等于服务质量参数的总数，若是，则执行步骤(8)；否则，执行步骤(14)；(8)计算每条路径中的每个服务质量参数：采用与步骤(3)相同的方法，计算每条路径中的每个服务质量参数；(9)判断第二条路径的每个服务质量参数是否小于或者等于两倍的服务质量参数的约束值，若是，则执行步骤(10)；否则，执行步骤(14)；(10)对第一条路径和第二条路径进行反向删减：(10a)将第一条路径中的每条链路与第二条路径中的每条链路组成链路集合；(10b)删除第一条路径中的每条链路反转方向后出现在第二条路径中的链路,得到反向删减后的第一条路径；(10c)删除第二条路径中的每条链路反转方向后出现在第一条路径中的链路，得到反向删减后的第二条路径；(11)计算反向删减后的每条路径中的每个服务质量参数：采用与步骤(3)相同的方法，计算反向删减后的每条路径中的每个服务质量参数；(12)判断反向删减后的每条路径的每个服务质量参数是否小于或者等于服务质量参数的约束值，若是，则执行步骤(15)；否则，执行步骤(13)；(13)第二次更新确定网络：(13a)查找出反向删减后的两条路径中每个服务质量参数不满足约束值的路径与反向删减前的第一条路径的共同链路；(13a)查找出反向删减后的两条路径中每个服务质量参数不满足约束值的路径中除共同链路之外的所有链路，将该链路从第一次更新后的确定网络中删除，得到第二次更新后的确定网络后执行步骤(6)；(14)查找失败，终止查找；(15)结束确定网络多约束双路径路由的查找。本专利技术与现有技术相比具有下优点：第一，由于本专利技术采用启发式多约束最优路径算法的反向线性标记法和正向标记法分别计算两条路径，使两条路径满足多种约束要求且整体可靠性最高，克服了现有技术中仅根据带宽这一种约束计算相交路径，导致无法应用于满足多约束路径的查找问题，同时还克服了由于没有将链路的可靠性参数作为权重的构成因素，导致无法保证获得的路径上的数据高可靠地传输的问题，使得本专利技术在确定网络中可以获得满足多个约束要求并且整体可靠性最高的两条路径，该两条路径保证了在第一条路径发生故障的情况下，第二条路径依然可以进行数据通信。第二，由于本专利技术采用启发式多约束最优路径算法的反向线性标记法和正向标记法，而启发式多约束最优路径算法和迪杰斯特拉算法的时间复本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于反向删减策略的确定网络多约束双路径路由方法，其特征在于，利用启发式多约束最优路径算法，对确定网络中的每个节点进行反向线性标记和正向标记，通过对路径进行反向删减和对确定网络的两次更新，获得满足多个约束要求并且整体可靠性最高的两条路径；该方法的具体步骤包括如下：(1)计算第一条路径：(1a)利用启发式多约束最优路径算法的反向线性标记法，对确定网络中的每个节点进行反向线性标记，得到每个节点的反向线性标记值，从中选择确定网络中的源节点的反向线性标记值；(1b)利用启发式多约束最优路径算法的正向标记法，对确定网络中的每个节点进行正向标记，得到该节点的前一跳节点；(1c)将标记后的目的节点作为第一个节点，将第一个节点作为工具节点，将工具节点的前一跳节点作为第一个节点的下一个节点，按照此过程查找，直到工具节点为源节点为止，按照查找的顺序依次连接所有节点，得到第一条路径；(2)判断源节点的反向线性标记值是否小于或者等于服务质量参数的总数，若是，则执行步骤(3)；否则，执行步骤(14)；(3)按照下式，计算每条路径中的每个服务质量参数：

【技术特征摘要】
1.一种基于反向删减策略的确定网络多约束双路径路由方法，其特征在于，利用启发式多约束最优路径算法，对确定网络中的每个节点进行反向线性标记和正向标记，通过对路径进行反向删减和对确定网络的两次更新，获得满足多个约束要求并且整体可靠性最高的两条路径；该方法的具体步骤包括如下：(1)计算第一条路径：(1a)利用启发式多约束最优路径算法的反向线性标记法，对确定网络中的每个节点进行反向线性标记，得到每个节点的反向线性标记值，从中选择确定网络中的源节点的反向线性标记值；(1b)利用启发式多约束最优路径算法的正向标记法，对确定网络中的每个节点进行正向标记，得到该节点的前一跳节点；(1c)将标记后的目的节点作为第一个节点，将第一个节点作为工具节点，将工具节点的前一跳节点作为第一个节点的下一个节点，按照此过程查找，直到工具节点为源节点为止，按照查找的顺序依次连接所有节点，得到第一条路径；(2)判断源节点的反向线性标记值是否小于或者等于服务质量参数的总数，若是，则执行步骤(3)；否则，执行步骤(14)；(3)按照下式，计算每条路径中的每个服务质量参数：其中，wn(Px)表示第x个路径中的第n个服务质量参数，n的取值范围在[1,K]之间,K表示约束值的总数，K的取值是大于或者等于1的整数，∑表示求和操作，q表示第x个路径中的第q条链路，∈表示属于符号，wm(q)表示第x个路径中第q条链路的第m个服务质量参数，m的取值与n相等；(4)判断第一条路径的每个服务质量参数是否小于或者等于服务质量参数的约束值，若是，则执行步骤(5)；否则，执行步骤(14)；(5)第一次更新确定网络：将确定网络中第一条路径中的每条链路反转方向，将反转后的该路径中每条链路的每个加性服务质量参数均设置为0，得到第一次更新后的确定网络；(6)计算第二条路径：(6a)采用与步骤(1a)相同的方法，反向线性标记第一次更新后的确定网络中的每个节点，得到更新后的确定网络中的源节点的反向线性标记值；(6b)采用与步骤(1b)相同的方法，正向标记第一次更新后的确定网络中的每个节点，得到更新后的确定网络中的每个节点的前一跳节点；(6c)采用与步骤(1c)相同的方法，查找第二条路径上的每个节点，得到第二条路径；(7)判断源节点的反向线性标记值是否小于或者等于服务质量参数的总数，若是，则执行步骤(8)；否则，执行步骤(14)；(8)计算每条路径中的每个服务质量参数：采用与步骤(3)相同的方法，计算每条路径中的每个服务质量参数；(9)判断第二条路径的每个服务质量参数是否小于或者等于两倍的服务质量参数的约束值，若是，则执行步骤(10)；否则，执行步骤(14)；(10)对第一条路径和第二条路径进行反向删减：(10a)将第一条路径中的每条链路与第二条路径中的每条链路组成链路集合；(10b)删除第一条路径中的每条链路反转方向后出现在第二条路径中的链路,得到反向删减后的第一条路径；(10c)删除第二条路径中的每条链路反转方向后出现在第一条路径中的链路，得到反向删减后的第二条路径；(11)计算反向删减后的每条路径中的每个服务质量参数：采用与步骤(3)相同的方法，计算反向删减后的每条路径中的每个服务质量参数；(12)判断反向删减后的每条路径的每个服务质量参数是否小于或者等于服务质量参数的约束值，若是，则执行步骤(15)；否则，执行步骤(13)；(13)第二次更新确定网络：(13a)查找出反向删减后的两条路径中每个服务质量参数不满足约束值的路径与反向删减前的第一条路径的共同链路；(13a)查找出反向删减后的两条路径中每个服务质量参数不满足约束值的路径中除共同链路之外的所有链路，将该链路从第一次更新后的确定网络中删除，得到第二次更新后的确定网络后执行步骤(6)；(14)查找失败，终止查找；(15)结束确定网络多约束双路径路由的查找。2.根据权利要求1所述的基于反向删减策略的确定网络多约束双路径路由方法，其特征在于，步骤(1a)中所述启发式多约束最优路径算法的反向线性标记法的步骤如下：第一步，将确定网络中任选一个节点作为目的节点加入到第一个节点集合中，其余节点组成第二个节点集合,将第一个节点集合中的目的节点作为工作节点；第二步，找出第二个节点集合中与工作节点相邻的所有节点；第三步，将工作节点作为所有相邻节点中的每个节点的前一跳节点，将工作节点到每个节点之间链路的各个服务质量参数的值，作为该节点的各个服务质量参数的值；第四步，计算所有相邻节点中的每个节点的各个服务质量参数的值与相应的约束值的比值，对所有比值求和，将求和结果作为该节点的反向线性标记值，所述的约束值是指，利用基于反向删减策略的确定网络多约束双路径路由方法，计算从源节点到目的节点之间由多条链路构成的路径，将路径中所有链路的同一个服务质量参数累加，对每个服务质量参数对应的累加结果所做的限定就是该服务质量参数相应的约束值；第五步，将除第二个集合中工作节点相邻的节点之外的其他节点的反向线性标记值记为无穷大；第六步，从第二个集合中提取反向线性标记值最小的节点，将该节点加入到第一个节点集合中，组成更新后的工作节点；第七步，找出第二个节点集合中与新工作节点相邻的所有节点；第八步，判断所有相邻节点中的每一个节点是否满足节点标记更新条件，若是，则执行第九步；否则，执行第十一步；所述节点标记更新条件如下：其中，r(v)表示所有相邻节点中的第v个相邻节点的反向线性标记值，K表示所有约束值的总数，K的取值是大于等于1的整数，∑表示求和操作，rx(u)表示从工作节点到新工作节点u之间链路的第x个服务质量参数的值，wj(u,v)表示从新工作节点u到与其相邻的第v个节点之间链路的第j个服务质量参数的值，j的...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦丹，盛立杰，苗启广，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61