一種區(qū)分服務(wù)網(wǎng)絡(luò)中低風(fēng)險(xiǎn)路由方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種區(qū)分服務(wù)網(wǎng)絡(luò)中低風(fēng)險(xiǎn)路由方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 優(yōu)化路由是在不改變網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淝疤嵯陆档途W(wǎng)絡(luò)風(fēng)險(xiǎn)的最有效方法。許多研究人員 從不同層面對(duì)網(wǎng)絡(luò)低風(fēng)險(xiǎn)路由問(wèn)題進(jìn)行了研究。Ming Xia,Massimo Tornatore等人W光網(wǎng) 絡(luò)為研究對(duì)象，在傳輸層通過(guò)參考鏈路來(lái)描述鏈路的主要風(fēng)險(xiǎn)特征，并基于此提出了風(fēng)險(xiǎn) 感知路由方法，該方法有效降低了網(wǎng)絡(luò)服務(wù)違反服務(wù)等級(jí)協(xié)議（SLA)的比例；Sang-Woon Jeon等人基于Di Astra算法提出了實(shí)現(xiàn)重負(fù)載網(wǎng)絡(luò)時(shí)延最小路由方法，其實(shí)質(zhì)是利用全部 或部分鏈路信息達(dá)到網(wǎng)絡(luò)負(fù)載均衡，使傳輸層上的網(wǎng)絡(luò)風(fēng)險(xiǎn)最小。Bruno Vidalenc等人基 于開(kāi)放式最短路徑優(yōu)先(OSPF)協(xié)議，在物理拓?fù)鋵犹岢鰟?dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)感知路由方法，該方法可 預(yù)判鏈路狀態(tài)，并通過(guò)調(diào)整鏈路權(quán)重來(lái)引導(dǎo)路由繞過(guò)高風(fēng)險(xiǎn)鏈路，降低網(wǎng)絡(luò)物理拓?fù)鋵拥?風(fēng)險(xiǎn)。蔡偉、楊洪等人在業(yè)務(wù)層提出了一種區(qū)分服務(wù)網(wǎng)絡(luò)一電力通信網(wǎng)絡(luò)的路由優(yōu)化方法， 該方法W業(yè)務(wù)風(fēng)險(xiǎn)度和業(yè)務(wù)風(fēng)險(xiǎn)均衡度作為網(wǎng)絡(luò)可靠性評(píng)價(jià)指標(biāo)，利用多目標(biāo)優(yōu)化算法 NSGA-II進(jìn)行最優(yōu)路由的求解。
[0003] 上述方法解決網(wǎng)絡(luò)低風(fēng)險(xiǎn)路由問(wèn)題的角度均集中的單一層面上，沒(méi)有對(duì)多個(gè)層面 的風(fēng)險(xiǎn)性進(jìn)行清晰的分析和研究。
[0004] 曾慶濤、邱雪松等人綜合考慮電力通信網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和鏈路的設(shè)備失效概率與承載的 業(yè)務(wù)重要程度提出了業(yè)務(wù)通道可用性、網(wǎng)絡(luò)風(fēng)險(xiǎn)均衡度和網(wǎng)絡(luò)總體風(fēng)險(xiǎn)度的概念，并將運(yùn) 些指標(biāo)作為優(yōu)化目標(biāo)，利用Dijkstra算法和最小最大原則進(jìn)行最優(yōu)路由的求解。該方法雖 然綜合考慮了物理層和業(yè)務(wù)層風(fēng)險(xiǎn)，但僅考慮了物理層設(shè)備的自然失效風(fēng)險(xiǎn)，而沒(méi)有考慮 被人為攻擊下的失效風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)缺乏對(duì)物理層拓?fù)浜蛡鬏攲语L(fēng)險(xiǎn)的分析。

【發(fā)明內(nèi)容】

[000引本發(fā)明的目的在于，提供一種區(qū)分服務(wù)網(wǎng)絡(luò)中低風(fēng)險(xiǎn)路由方法，用于解決現(xiàn)有技 術(shù)中考慮路由風(fēng)險(xiǎn)的層面單一、失效方式單一等缺陷。
[0006] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是，一種區(qū)分服務(wù)網(wǎng)絡(luò)中低風(fēng)險(xiǎn)路由方法， 其特征是該方法包括：
[0007] 步驟1:根據(jù)區(qū)分服務(wù)網(wǎng)絡(luò)中業(yè)務(wù)重要程度存在差異的特征分別創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)層、 傳輸層和物理拓?fù)鋵拥穆酚娠L(fēng)險(xiǎn)的計(jì)算公式；
[0008] 步驟2:根據(jù)步驟1中所述=層路由風(fēng)險(xiǎn)的計(jì)算公式創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)綜合路由風(fēng)險(xiǎn)的計(jì)算 公式；
[0009] 步驟3:根據(jù)步驟2中所述網(wǎng)絡(luò)綜合路由風(fēng)險(xiǎn)的計(jì)算公式，利用人工免疫算法計(jì)算 最優(yōu)路由，使網(wǎng)絡(luò)綜合路由風(fēng)險(xiǎn)最小。
[0010] 所述業(yè)務(wù)層路由風(fēng)險(xiǎn)的計(jì)算公式是：
[0011] (I)
[0012] 式中，Rxe (0，I)為網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)層路由風(fēng)險(xiǎn)，E為網(wǎng)絡(luò)的鏈路集和，IEI為集合E的基 數(shù)，Ie為鏈路e上承載業(yè)務(wù)的重要度，在網(wǎng)絡(luò)總業(yè)務(wù)不變的情況下，其取值由路由方法決定，
7是Ie的歸一化值，其計(jì)算公式是 e
[0013] 所述傳輸層路由風(fēng)險(xiǎn)的計(jì)算公式是：
[0015] 式中，RyE(C), 1)為網(wǎng)絡(luò)的傳輸層路由風(fēng)險(xiǎn)，F(xiàn)e為鏈路e上的業(yè)務(wù)流量，在網(wǎng)絡(luò)總業(yè) 務(wù)不變的情況下，其取值由路由方法決定，F(xiàn)是Fe的歸一化值，其計(jì)算公式是 巧
[0016] 所述物理拓?fù)鋵勇酚娠L(fēng)險(xiǎn)的計(jì)算公式是：
掛
[0018] 式中，化e(0，l)為網(wǎng)絡(luò)的物理拓?fù)鋵语L(fēng)險(xiǎn)，Q為網(wǎng)絡(luò)中業(yè)務(wù)集合，P(q)為業(yè)務(wù)q的 實(shí)際路徑為(。)為路徑9(〇)的長(zhǎng)度，9<^(〇)為業(yè)務(wù)9在網(wǎng)絡(luò)物理拓?fù)鋵拥淖疃搪窂?，^^。^為 業(yè)務(wù)q在網(wǎng)絡(luò)物理拓?fù)鋵拥淖疃搪窂介L(zhǎng)度。
[0019] 所述網(wǎng)絡(luò)綜合路由風(fēng)險(xiǎn)的計(jì)算公式是：
[0020] R = aRx+e化+ 丫化，（4)式中，Re (0,1)為網(wǎng)絡(luò)的綜合路由風(fēng)險(xiǎn)，a、e和丫的計(jì)算公 式是：
[0021] 巧)
[0022] 式中，rimin和Tlmax分別為區(qū)分服務(wù)網(wǎng)絡(luò)中業(yè)務(wù)重要度的最小值和最大值，0min和0max 分別為區(qū)分服務(wù)網(wǎng)絡(luò)中業(yè)務(wù)流量的最小值和最大值。
[0023] 所述步驟3中混濁免疫算法的具體步驟為：
[0024] 步驟3.1 (種群初始化）：根據(jù)新到業(yè)務(wù)B的源宿節(jié)點(diǎn)，隨機(jī)生成N條路徑作為人工免 疫算法的抗體種群，每一條路徑即為一個(gè)抗體，抗體由路徑所經(jīng)過(guò)的節(jié)點(diǎn)組成，同時(shí)將（1-R)作為親和度的計(jì)算公式，其中R由公式(4)計(jì)算得到；
[0025] 步驟3.2(親和度計(jì)算及抗體選擇）：令B分別沿抗體種群中的每個(gè)抗體進(jìn)行傳輸， 然后根據(jù)B的業(yè)務(wù)重要度、業(yè)務(wù)流量和每個(gè)抗體的路徑長(zhǎng)度，計(jì)算每個(gè)抗體的親和度，選擇 親和度最大的前S個(gè)抗體組成記憶種群，KS<N;
[0026] 步驟3.3:如果進(jìn)化代數(shù)已達(dá)到最大，則選擇記憶種群中親和度最大的抗體作為結(jié) 果進(jìn)行輸出，否則進(jìn)入步驟3.4;
[0027] 步驟3.4(抗體克隆）：對(duì)記憶種群中的抗體進(jìn)行克隆操作，生成克隆種群，第m個(gè)抗 體的克隆數(shù)量的計(jì)算公式是：
(6)
[0029] 式中，Cm為第m個(gè)抗體的克隆數(shù)量，函數(shù)rouncK ?)的功能是對(duì)括號(hào)內(nèi)的實(shí)數(shù)進(jìn)行 四舍五入取整，（I-Rm)為第m個(gè)抗體的親和度；
[0030] 步驟3.5 (抗體變異及種群更新）：對(duì)克隆種群進(jìn)行變異操作，生成變異克隆種群， 將記憶種群與變異克隆種群合并為新一代抗體種群，返回步驟3.2。
[0031] 本發(fā)明的有益效果在于：
[0032] (1)本發(fā)明在區(qū)分服務(wù)網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)層、傳輸層和物理拓?fù)鋵泳o出了明確的路由 風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算方法，所述方法即適用于網(wǎng)絡(luò)單元的自然失效情況，也適用于網(wǎng)絡(luò)單元在人為攻 擊下的失效情況，克服了傳統(tǒng)方法中考慮網(wǎng)絡(luò)單元失效情況單一的問(wèn)題。同時(shí)，本發(fā)明所述 的=個(gè)層面上的路由風(fēng)險(xiǎn)的計(jì)算結(jié)果均在區(qū)間（〇，1)上，為=個(gè)層面路由風(fēng)險(xiǎn)的融合創(chuàng)造 了的條件。
[0033] (2)本發(fā)明提出了 =個(gè)層面路由風(fēng)險(xiǎn)的融合方法，即網(wǎng)絡(luò)綜合路由風(fēng)險(xiǎn)的計(jì)算方 法，克服了傳統(tǒng)方法中考慮路由帶來(lái)的網(wǎng)絡(luò)風(fēng)險(xiǎn)不夠全面的問(wèn)題。在融合公式中，本發(fā)明充 分考慮了=個(gè)層面對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能的影響程度，提出了可根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中承載業(yè)務(wù)的具體情況而自 適應(yīng)變化的計(jì)算參數(shù)，使融合后的網(wǎng)絡(luò)綜合路由風(fēng)險(xiǎn)更能體現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)用戶對(duì)網(wǎng)絡(luò)風(fēng)險(xiǎn)的要 求：當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中業(yè)務(wù)的重要程度差異較大時(shí)，網(wǎng)絡(luò)綜合路由風(fēng)險(xiǎn)主要由業(yè)務(wù)層路由風(fēng)險(xiǎn)決定； 當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中業(yè)務(wù)的重要程度差異較小時(shí)，網(wǎng)絡(luò)綜合路由風(fēng)險(xiǎn)主要由傳輸層路由風(fēng)險(xiǎn)決定；當(dāng) 網(wǎng)絡(luò)中業(yè)務(wù)的重要程度和流量都差異較小時(shí)，網(wǎng)絡(luò)綜合路由風(fēng)險(xiǎn)主要由物理拓?fù)鋵勇酚娠L(fēng) 險(xiǎn)決定，即優(yōu)先選擇最短路徑進(jìn)行業(yè)務(wù)傳輸。
【附圖說(shuō)明】
[0034]圖1為本發(fā)明實(shí)施例所使用的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；
[003引圖2為本發(fā)明所述方法中步驟3的流程圖；
[0036] 圖3為本發(fā)明實(shí)施例中人工免疫算法尋找最優(yōu)路徑的過(guò)程曲線圖；
[0037] 圖4為本發(fā)明實(shí)施例中單層最優(yōu)路徑與綜合最優(yōu)路徑在各層面上風(fēng)險(xiǎn)值的對(duì)比柱 狀圖。
【具體實(shí)施方式】
[0038] 下面結(jié)合附圖，對(duì)優(yōu)選實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，下述說(shuō)明僅僅是示例性 的，而不是為了限制本發(fā)明的范圍及其應(yīng)用。
[0039] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例所使用的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖，該網(wǎng)絡(luò)為L(zhǎng)ATAX網(wǎng)絡(luò)，28個(gè)節(jié)點(diǎn)，46 條鏈路。本實(shí)施例中，網(wǎng)絡(luò)中存在5類業(yè)務(wù)，對(duì)應(yīng)的單位化業(yè)務(wù)重要度分別為0.99，0.94， 0.62，0.29和0.13;對(duì)應(yīng)的單位化流量分別為2.048，2.048，0.133，1.387和3.547。網(wǎng)絡(luò)中已 有業(yè)務(wù)的總數(shù)量為50,每類業(yè)務(wù)的數(shù)量采用隨機(jī)分配方式，每個(gè)業(yè)務(wù)的源宿節(jié)點(diǎn)隨機(jī)分配， 已有業(yè)務(wù)的路徑均是最短路徑。圖1中，鏈路上括號(hào)外的數(shù)字表示節(jié)點(diǎn)間的距離，鏈路上括 號(hào)內(nèi)的數(shù)字分別表示該鏈路已經(jīng)承載的業(yè)務(wù)重要度和業(yè)務(wù)流量。
[0040] 本實(shí)施例的新到業(yè)務(wù)B為第二類業(yè)務(wù)，即業(yè)務(wù)B的重要度是Bi = O. 94,流量是Bt = 2.048，業(yè)務(wù)B的源節(jié)點(diǎn)為Vi號(hào)節(jié)點(diǎn)，宿節(jié)點(diǎn)為V25號(hào)節(jié)點(diǎn)。
[0041] 圖2是本發(fā)明所述方法中步驟3的流程圖，下面結(jié)合圖2說(shuō)明步驟3的具體實(shí)施過(guò) 程。
[0042] 步驟3.1 (種群初始化）：
[0043] 本實(shí)施例的種群規(guī)模即種群中的路徑個(gè)數(shù)N = 30,進(jìn)化最大代數(shù)