一种网络拓扑布局方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种网络拓扑布局方法，对网络进行分片划分成多个区块网络，对每一个区块网络中的环形子网络和链状/树状子网络分别进行拓扑布局，基于网元的业务特性划分层级，根据基于力导向算法确定环形子网络的每一层级的各个网元位置信息，逐层布局，构建环形子网络的网络拓扑；以每一个链状/树状子网络的根节点为初始位置，基于力导向算法，确定所述链状/树状子网络的链上节点的位置，层层布局，构建每一个链状/树状子网络的的网络拓扑。相应地，本发明专利技术还公开了一种网络拓扑布局系统。通过本发明专利技术，能够快速地获取稳定的网络拓扑。

【技术实现步骤摘要】
一种网络拓扑布局方法及系统
本专利技术涉及通信
，尤其涉及一种网络拓扑布局方法及系统。
技术介绍
网络拓扑是通过传输介质互相连接的各个网元的物理布局。网络拓扑通常是根据网络中各个网元的连接方式获得的。在网络拓扑中，可以将网元设备间的逻辑关系、连接设备间的逻辑关系、端口间的拓扑关系等用图形的形式显示。在网络拓扑中，这些网元设备、连接设备、端口等统称为节点。节点在网络拓扑中的位置依赖于其所在网络的拓扑结构以及该节点在网络中的层次关系等确定的。根据节点之间的逻辑关系排列节点的位置，可以使得整个网络拓扑图与网络的实际拓扑结构相一致，使用户对整个网络系统进行管理和维护。在现有技术中，常见的网络拓扑布局主要有以下几种方式：随机布局、基于单个网格的组合布局、基于节点力导向网络布局、基于神经网络布局。在随机布局的技术方案中，其基于简单网络结构的布局，该技术方案使用线形、矩形、椭圆形、树形等简单结构定义网络，将网络按照该形状结构排列分布，得到简单的网络拓扑图，这种方案对网络节点稀疏、规模小、网络结构简单的网络拓扑布局比较适合。基于简单网格的组合布局的技术方案，其将整体的复杂网络切分成多个区域网络，对于单个网格内，采用简单布局、分而治之，再依据网络间的关系组成整体的网络拓扑布局。该技术方案改善了传统简单布局算法对复杂网络的适应性，但对复杂关系的网络布局效果不佳。基于节点力导向的网络拓扑布局的技术方案中，每个节点配置一个物理属性，每个节点间随着距离变化会计算一个相互的斥力，同时每个连线也配置一个物理属性，每条连线的两端具有一定的吸引力。这样，每个节点在这个引力和斥力的作用下不断运动，直到这两个力达到受力平衡，并达到稳定状态。该技术方案对简单网络的效果比较好，但是节点数量比较大或者网络结构比较复杂时，多个节点难以平衡，并且连线会有交叉的问题，并且该技术方案对初始的节点位置具有强依赖性。基于神经网络布局的技术方案中，其关键是为网络中的节点指定一个相关的二维向量，用以设定布局位置。基于边交叉数量的最小原则、邻接点空间位置接近原则、区域最小原则，通过节点间的持续竞争学习，来调整节点映射向量，从而形成最终网络拓扑布局。该方案效率相对于力导向布局效率较高。但是布局合理性与美观程度欠佳，并且没有解决力导向技术方案中对初始节点位置依赖的问题。现有技术中针对5G网络拓扑布局并没有很好的技术方案。由于5G网络结构复杂，上述技术方案应用到5G网络拓扑布局时会有这样或那样的局限性，前两者的技术方案不适应于5G这种的大规模网络。基于节点力导向的网络布局的技术方案，当节点数目和连接越多时，导致算法不收敛并且获网络拓扑的过程耗时比较长，同时，在建立能量模型时，需要指定节点的初始位置，导致获取的网络拓扑结构具有不确定性，因此该技术方案不适合5G复杂的网络结构。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供一种网络拓扑布局方法及系统，能够对复杂的网络进行快速有效地进行网络拓扑布局。为实现上述目的，本专利技术提供了一种网络拓扑布局方法，所述方法包括：S1、基于组成网络的各个网元间的连接关系，对所述网络进行分片并划分为多个区块网络；S2、在每一个区块网络中，获取所有的链状/树状子网络，以及获取所有的环形子网络，并确定每一个链状/树状子网络的根节点；S3、根据每一个环形子网络中网元的网络层级，按照所述网络层级从高到低的顺序，对每一层级的网元基于力导向算法确定位置信息，构建每一个环形子网络的网络拓扑；S4、以所述每一个链状/树状子网络的根节点为初始位置，对所述链状/树状子网络的链上每一层级网元基于力导向算法确定位置信息，构建每一个链状/树状子网络的网络拓扑。优选的，所述步骤S1包括对所述组成的网络进行简化，所述简化的步骤包括：将所述网络中的任意两个节点间的所有链路合并为一条链路，并选取所有链路中的最高带宽为该链路的链路带宽，并基于所述链路带宽设置该链路的链路系数；根据每一个节点的链路，得到所述网络对应的无向图G＝<V，E>，其中，V表示组成网络中的节点结合，E表示节点之间的链路。优选的，所述步骤S1包括：根据所述无向图创建n个集合S1、S2……Sn，遍历所有的链路，若当前链路Ei连接的首尾节点不属于同一个集合时，则将首尾节点所在的两个集合合并为集合Si，集合Si中的节点和对应链路构成了一个区块网络；以此类推，遍历完所述无向图中的所有链路，得到多个区块网络。优选的，所述步骤S1还包括：根据划分的多个区块网络，确定每一个区块网络中的节点数目和链路数目；根据每一个区块网络中的节点数目和链路数目，确定每一个区块网络的大小；根据每一个区块网络的大小，确定每一个区块网络的左上角坐标、长度和宽度，并确定各个区块网络在网络拓扑中的位置。优选的，所述步骤S1还包括：按照矩形进行分片，并基于下述公式进行计算区块网络的大小：其中，L为矩形的宽度，H为网元高度，n为网元数目，m为链路数目。优选的，所述步骤S2包括：在当前区块网络无向图中的节点集合V中查询节点度数小于等于1的节点Vi；若查询成功，则将该节点Vi从集合V中移出，并将该节点Vi放入节点集合V1中，节点Vi对应的链路Ei从链路集合E中移除，并移入链路集合E1中；和节点Vi相关联节点的节点度数减1，重复上述步骤，直至遍历完所有的节点数，组成链状/树状集合G1＝<V1，E1>；在所述链状/树状集合G1中，若链路En的首或尾节点不在V1集合中，则标记该节点En为根节点，并把该节点加入到V1中；对链状/树状集合进行分片处理，得到多个单独的链状/树状子网络。优选的，所述步骤S2还包括：在当前区块网络无向图中的节点集合V中查询节点度数大于1的节点和对应的链路，组成环形集合；对环形集合进行分片处理，得到多个单独的环形子网络。优选的，所述步骤S3包括：所述网络层级包括核心层网络、汇聚层网络以及接入层网络；遍历所述核心层的网元以及对应的链路，获取该核心层网元中最小链路系数为K的第一组网元，基于力导向布局确定第一组网元中所有网元的坐标位置；获取该核心层网元中链路系数为K+1的第二组网元，基于力导向布局确定第二组网元中所有网元的坐标位置；以此类推，直至所有的核心层网元的坐标位置确认完成；重复上述步骤，依次完成汇聚层网元的坐标位置确认、接入层网元的坐标位置确认。优选的，所述步骤S4包括：获取当前区块网络的中心点P，以及当前链状/树状子网络的根节点；以所述根节点为圆心，计算在所述链状/树状子网络的链上的各节点的层级，其中，根节点的层级C为0，所述各节点的层级为距离根节点的跳数；设置根节点的前置节点为中点P，其它链状/树状子网络的链上的各节点的前置节点为距离根节点的上一跳节点；获取层级C为1的网本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种网络拓扑布局方法，其特征在于，所述方法包括：/nS1、基于组成网络的各个网元间的连接关系，对所述网络进行分片并划分为多个区块网络；/nS2、在每一个区块网络中，获取所有的链状/树状子网络，以及获取所有的环形子网络，并确定每一个链状/树状子网络的根节点；/nS3、根据每一个环形子网络中网元的网络层级，按照所述网络层级从高到低的顺序，对每一层级的网元基于力导向算法确定元位置信息，构建每一个环形子网络的网络拓扑；/nS4、以所述每一个链状/树状子网络的根节点为初始位置，对所述链状/树状子网络的链上每一层级网元基于力导向算法确定位置信息，构建每一个链状/树状子网络的网络拓扑。/n

【技术特征摘要】
1.一种网络拓扑布局方法，其特征在于，所述方法包括：
S1、基于组成网络的各个网元间的连接关系，对所述网络进行分片并划分为多个区块网络；
S2、在每一个区块网络中，获取所有的链状/树状子网络，以及获取所有的环形子网络，并确定每一个链状/树状子网络的根节点；
S3、根据每一个环形子网络中网元的网络层级，按照所述网络层级从高到低的顺序，对每一层级的网元基于力导向算法确定元位置信息，构建每一个环形子网络的网络拓扑；
S4、以所述每一个链状/树状子网络的根节点为初始位置，对所述链状/树状子网络的链上每一层级网元基于力导向算法确定位置信息，构建每一个链状/树状子网络的网络拓扑。


2.如权利要求1所述的网络拓扑布局方法，其特征在于，所述步骤S1包括对所述组成的网络进行简化，所述简化的步骤包括：
将所述网络中的任意两个节点间的所有链路合并为一条链路，并选取所有链路中的最高带宽为该链路的链路带宽，并基于所述链路带宽设置该链路的链路系数；
根据每一个节点的链路，得到所述网络对应的无向图G＝<V，E>，其中，V表示组成网络中的节点结合，E表示节点之间的链路。


3.如权利要求2所述的网络拓扑布局方法，其特征在于，所述步骤S1包括：根据所述无向图创建n个集合S1、S2……Sn，遍历所有的链路，若当前链路Ei连接的首尾节点不属于同一个集合时，则将首尾节点所在的两个集合合并为集合Si，集合Si中的节点和对应链路构成了一个区块网络；
以此类推，遍历完所述无向图中的所有链路，得到多个区块网络。


4.如权利要求3所述的网络拓扑布局方法，其特征在于，所述步骤S1还包括：
根据划分的多个区块网络，确定每一个区块网络中的节点数目和链路数目；
根据每一个区块网络中的节点数目和链路数目，确定每一个区块网络的大小；
根据每一个区块网络的大小，确定每一个区块网络的左上角坐标、长度和宽度，并确定各个区块网络在网络拓扑中的位置。


5.如权利要求4所述的网络拓扑布局方法，其特征在于，所述步骤S1还包括：
按照矩形进行分片，并基于下述公式进行计算区块网络的大小：






其中，L为矩形的宽度，H为网元高度，n为网元数目，m为链路数目。


6.如权利要求2所述的网络拓扑布局方法，其特征在于，所述步骤S2包括：在当前区块网络无向图中的节点集合V中查询节点度数小于等于1的节点Vi；
若查询成功，则将该节点Vi从集合V中移出，并将该节点Vi放入节点集合V1中，节点Vi对应的链路Ei从链路集合E中移除，并移入链路集合E1中；
和节点Vi相关联节点的节点度数减1，重复上述步骤，直至遍历完所有的节点数，组成链状/树状集合G1＝<V1，...

【专利技术属性】
技术研发人员：何倩，
申请(专利权)人：UT斯达康通讯有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33