專利名稱：一種基于負載均衡的多徑路由分配方法
一種基于負載均衡的多徑路由分配方法
技術領域：
本發明為一種集中式的多徑路由分配方法，可以應用于網絡層的帶寬資源分配與 路由建立過程。應用本發明可在各種復雜網絡環境下，將業務流平均分配在網絡各條鏈路 之上，從而充分利用網絡的拓撲結構，解決現有路由方法易擁塞、吞吐量低的缺點，擴展網 絡的吞吐量和連通性，改善網絡的端到端延時等性能。在無線自組織網等負載嚴重不均衡 的環境下，應用本發明可以顯著提高網絡的帶寬利用效率，減少擁塞并降低端到端延時。背景技術：
路由是網絡層的主要功能，即為信源到信宿的業務提供傳輸路徑，并進行數據的 傳輸。因網絡環境(有線網、無線自組織網絡等)和優化目標不同(最大化網絡吞吐率、最 小化端到端延時、最小路由跳數等)，會使用不同的路由協議。路由協議常采用單徑的路由方式，如RIP、A0DV和OSPF等，根據網絡的拓撲方式按 照最小跳數、最小化可用帶寬的倒數之和等準則通過集中式的計算選擇一條最優的路由路 徑。使用單徑路由的最大優點是路由算法相對簡單，亂序和同步等問題不嚴重，但容易帶來 擁塞問題(如圖IA和IB所示)。在噴泉碼和網絡編碼等領域的研究取得極大進展后，在降 低負載，提高網絡吞吐率，降低擁塞方面表現更優的多路徑路由得以實際應用，其中最常用 的算法就是負載均衡算法，即最小化各鏈路負載占用率的最大值。4個節點的雙向網絡拓撲、各鏈路帶寬占用率如圖IA和IB所示，鏈路帶寬均為1 單位，由A到D發送兩個流量為1單位的業務，在單徑路由和負載均衡路由下，兩業務的路 由分配結果如表1所示。表1分別應用單徑方法與負載均衡方法的路由分配結果
權利要求
1.多徑路由分配方法，其特征在于包括根據總帶寬資源(C)和已用帶寬資源(TM)，計算從源節點⑶到信宿節點(R)的業務 的路由分配矩陣(D)，使得網絡所有鏈路的負載占用率盡量小，其中當網絡中有N個節點時，所述總帶寬資源矩陣C是一個NXN矩陣，其中第i，j個 矩陣元(Cij)為從節點i到節點j的直達鏈路Iinkij總帶寬。所述已用帶寬資源矩陣TM是一個NXN矩陣，其中第i，j個矩陣元Umij)為鏈路Iinkij 的已用帶寬。所述源節點矢量S是一個N維矢量，其第i個分量Si表示節點i作為源節點的業務流出量。所述宿節點矢量R是一個N維矢量，其第i個分量ri表示節點i作為宿節點的業務流入量。所述路由分配矩陣D是一個NXN矩陣，其中第i，j個矩陣元(Clij)為鏈路Iinkij上的 分配帶寬。
2.根據權利要求1的方法，其特征在于進一步包括 在每次業務的分配前，分配中心獲得當前網絡的總帶寬資源矩陣(Ctl),所述總帶寬資源矩陣(Ctl)是一個NXN矩陣，其第i， j個矩陣元(Clij)為從節點i到節點j的直達鏈路Iinkij上的業務分配，其中矩陣元(Ctlij) 表示鏈路Iinkij的總帶寬，已用帶寬資源矩陣(TMtl)，所述已用帶寬資源矩陣(TMtl)是一個NXN矩陣，其矩陣元 (tm0iJ)為鏈路Iinkij的已用帶寬，源節點矢量(Stl)，所述源節點矢量(Stl)是一個N維矢量，其第i個分量(Stli)表示節點 i作為源節點的業務流出量，宿節點矢量00，所述宿節點矢量(Rtl)是一個N維矢量，其第i個分量(rj表示節點 i作為宿節點的業務流入量。
3.根據權利要求2的方法，其特征在于進一步包括輸出路由建立結果矩陣(Dtl)，所述路由建立結果矩陣(Dtl)是一個NXN矩陣，其第i，j 個矩陣元(Clciu)表示鏈路Iinku上的分配帶寬。
4.根據權利要求3的方法，其特征在于中間變量包括瓶頸鏈路矩陣(DX)，所述瓶頸鏈路矩陣(DX)是一個NXN矩陣，其第i， j個矩陣元(dXu)表示鏈路Iinku上的瓶頸帶寬。
5.根據權利要求2的方法，其特征在于把所述總帶寬資源矩陣(Ctl)、已用帶寬資源矩陣(TMtl)、源節點矢量(Stl)和宿節點矢量 (R0)分別作為網絡總帶寬資源、已用帶寬資源、源節點、宿節點代入負載均衡算法，計算是 否存在可行解，若不存在解，則返回“分配方案不存在”并結束分配流程。
6.根據權利要求5的方法，其特征在于所述負載均衡算法輸出路由分配矩陣(D)和最小化后的各鏈路負載占用率最大值 (rmin)，將達到所述各鏈路負載占用率最大值(rmin)的所有鏈路(link)定義為瓶頸鏈路集 合㈧，所述方法進一步包括以所述總帶寬資源(C)、所述已用帶寬資源(TM)、源節點矢量⑶、宿節點矢量(R)分別 作為網絡總帶寬資源、已用帶寬資源、源節點和宿節點，依次對所述瓶頸鏈路集合(A)中的 每條鏈路分別用限制瓶頸鏈路流量的負載均衡算法(見1. 4節)進行處理，當存在可行解且各鏈路占用率最大值的最小值rM。k<rmin時，將該鏈路從所述瓶頸鏈 路集合㈧中刪除。
7.根據權利要求5的方法，其特征在于所述負載均衡算法包括根據所述總帶寬資源(C)和已用帶寬資源(TM)，計算從源節點⑶到信宿節點(R)的 業務的路由分配矩陣(D)，其中路由分配矩陣⑶的矩陣元(Clij)表示鏈路(Iinkij)上的分 配帶寬，最小化所有鏈路的負載占用率的最大值，即 rmin = min r 其中“. ·d.. + tm.Vz，7，(最小負載占用率約束)
8.根據權利要求7的方法，其特征在于使用改進的算法 \^mm = minν y J 其中0 < α << 1，其余約束式不變。
9.根據權利要求6的方法，其特征在于所述限制瓶頸鏈路流量的負載均衡算法包括 對于一條瓶頸鏈路，確定相應的限制瓶頸的負載均衡算法為rmin = min r 其中“. .<4 + tmHVz，7，^gr (最小負載占用率約束)
全文摘要
本發明為一種集中式的多徑路由分配方法，利用基于線性規劃的負載均衡技術，結合網絡的鏈路狀態，為業務需求提供路由分配方案，可以應用于網絡層的帶寬資源分配與路由建立過程。應用本發明可在各種復雜網絡環境下，將業務流平均分配在網絡各條鏈路之上，從而充分利用網絡的拓撲結構，解決現有路由方法易擁塞、吞吐量低的缺點，擴展網絡的吞吐量和連通性，改善網絡的端到端延時等性能。在無線自組織網等負載嚴重不均衡的環境下，應用本發明可以顯著提高網絡的帶寬利用效率，減少擁塞并降低端到端延時。
文檔編號H04L12/56GK102055675SQ201110024418
公開日2011年5月11日 申請日期2011年1月21日 優先權日2011年1月21日
發明者劉鵬飛, 梅順良, 王鵬, 谷源濤 申請人:清華大學