專利名稱：多路徑路由中的通信量分配的優(yōu)化的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于利用多路徑路由來改進(jìn)利用多個(gè)節(jié)點(diǎn)和多條鏈路構(gòu)成的通信網(wǎng)中的通信量分配的方法。
本發(fā)明主題對于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域、尤其是因特網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域和交換技術(shù)領(lǐng)域具有重大意義。
首先在基于分組的網(wǎng)絡(luò)中，諸如在IP(網(wǎng)際協(xié)議)網(wǎng)絡(luò)中，所謂的多路徑路由起著越來越重要的作用。多路徑路由意味著，到一個(gè)目標(biāo)的通信量被分配到多個(gè)路由或多條路徑上并且這樣被傳送給該目標(biāo)。多路徑路由具有很低的易受干擾性的優(yōu)點(diǎn)并且經(jīng)常允許較好的通信量分配。
用于基于分組的網(wǎng)絡(luò)中的多路徑路由的目前最廣泛流行的方法是在OSPF(單條最短路徑路由(Single Shortest Path Routing))協(xié)議上建立的ECMP(等價(jià)多徑(Equal Cost Multi Path))方法。在該方法的范圍中，對一個(gè)目標(biāo)確定多條在度量標(biāo)準(zhǔn)的意義上等效的路徑并且將一節(jié)點(diǎn)上的通信量平均地分配到導(dǎo)向該目標(biāo)的輸出鏈路上。
本發(fā)明的任務(wù)是，給出一種用于利用多路徑路由來優(yōu)化通信網(wǎng)中的通信量分配的方法。
所述任務(wù)通過權(quán)利要求1來解決。
本發(fā)明基于以下思想，即針對將通信量分配到指向一個(gè)目標(biāo)的多條路徑上而引入分配權(quán)重，并且在最佳的通信量分配的意義上匹配所述分配權(quán)重。在此，分配權(quán)重是相對通信量負(fù)載的量度，所述相對通信量負(fù)載通過給其分配有分配權(quán)重的鏈路來傳輸。在此，該分配權(quán)重由利用多個(gè)節(jié)點(diǎn)和多條鏈路構(gòu)成的通信網(wǎng)隨著多路徑路由輸出。在此，多路徑路由意味著，通信網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)具有多條引出的鏈路，這些鏈路表示針對路由到固定目標(biāo)的不同的可能性。例如，目標(biāo)通過一個(gè)地址或者多個(gè)地址來確定，其中，在多個(gè)地址中，通信網(wǎng)內(nèi)的路由對于這些地址是相同的。例如，目標(biāo)可以通過邊緣節(jié)點(diǎn)或者邊緣路由器來給出，這些帶有某一地址的所有通信量或者所有數(shù)據(jù)包被路由到該邊緣節(jié)點(diǎn)或者邊緣路由器。通信網(wǎng)在原理上可以是固定網(wǎng)或者移動網(wǎng)。
根據(jù)本發(fā)明，通信量的分配的分配權(quán)重按照負(fù)載或者單條鏈路的可支配性被匹配到對于路由到該目標(biāo)可應(yīng)用的鏈路上。該負(fù)載或可支配性可通過一參數(shù)來說明，并且根據(jù)針對鏈路的參數(shù)值具有哪些值來將該鏈路的分配權(quán)重相對于其它分配權(quán)重提高或者降低。該參數(shù)例如可以是絕對通信量負(fù)載、也涉及鏈路帶寬的相對通信量負(fù)載、大約在鏈路使用時(shí)產(chǎn)生的取決于通信量的費(fèi)用、鏈路可支配性、通信量在各條鏈路上的經(jīng)過時(shí)間或者各條鏈路的端點(diǎn)的承載能力。
分配權(quán)重的匹配這樣來進(jìn)行，以致具有較高參數(shù)值的鏈路的分配權(quán)重相對于其它鏈路的分配權(quán)重被降低。如果例如該參數(shù)通過各條鏈路上的通信量負(fù)載來給出，則將與其它鏈路相比負(fù)載更重的鏈路的分配權(quán)重降低，也就是說，更少的通信量被分配到該鏈路上。結(jié)果是將通信量從加有負(fù)載的鏈路再分配到加有較少負(fù)載的鏈路。作為分配權(quán)重的匹配或變化的參考點(diǎn)可采用該參數(shù)的平均值。根據(jù)鏈路的參數(shù)是正偏離平均值還是負(fù)偏離平均值，可降低或提高所屬的分配權(quán)重。分配權(quán)重的提高或降低與各條鏈路的參數(shù)距平均值的距離成比例地來執(zhí)行。
根據(jù)擴(kuò)展方案，迭代地執(zhí)行分配權(quán)重的匹配，其中在每個(gè)步驟中進(jìn)行分配權(quán)重的匹配。所述迭代過程可以如下進(jìn)行·利用起始值來初始化分配權(quán)重。
·執(zhí)行固定數(shù)量的迭代。
·多次迭代之后得到的分配權(quán)重被用于通信網(wǎng)中到目標(biāo)的路由。
有意義的是，在所述迭代方法中，在改變分配權(quán)重時(shí)應(yīng)用取決于迭代的次數(shù)的衰減量，所述衰減量引起分配權(quán)重的變化隨著迭代次數(shù)的增加而減小。通過所述衰減量防止一些情況，諸如防止分配權(quán)重在兩個(gè)值之間振蕩。
所述迭代過程的擴(kuò)展方案由此給出，即通過被再分配的通信量來考慮隨后的節(jié)點(diǎn)的加載。如果通過絕對通信量負(fù)載或者涉及帶寬的相對通信量負(fù)載來給出第一次迭代時(shí)的參數(shù)，則在每次迭代之后可以通過改變所述參數(shù)的值來針對隨后的迭代實(shí)現(xiàn)這種情況。然后，所述參數(shù)的值以一種方式來變化，所述方式考慮將通信量再分配到隨后的節(jié)點(diǎn)或鏈路的作用。例如，這種變化可以發(fā)生，其方式是為此將一值加到所述參數(shù)，該值通過與一因數(shù)相乘的、通過所觀察的鏈路被傳輸?shù)皆撃繕?biāo)的通信量來給出。通過所述措施引起，已經(jīng)通過各條鏈路被傳輸?shù)皆撃繕?biāo)的通信量被考慮。該措施抵制該份額的過度提高。如果例如整個(gè)通過一條鏈路所引導(dǎo)的通信量相對小，被引導(dǎo)到目標(biāo)的通信量相反形成高份額，則參數(shù)的變化通過成比例地增加通過該鏈路被引導(dǎo)到目標(biāo)的通信量的量來引起，該參數(shù)針對該值更快地向平均值收斂并且因而更少的通信量被再分配到該鏈路上(平均值在此必須在每次改變參數(shù)之后重新被計(jì)算)?？紤]到跟隨該鏈路的節(jié)點(diǎn)或鏈路，更少的通信量被再分配到該鏈路上有意義的，跟隨該鏈路的節(jié)點(diǎn)或鏈路的整個(gè)的通信量加載不必要與所觀察的鏈路的通信量加載一樣低。
根據(jù)本發(fā)明的方法可以針對通信網(wǎng)的在其上進(jìn)行通信量分配的所有節(jié)點(diǎn)來執(zhí)行，以致在整個(gè)通信網(wǎng)中改進(jìn)通信量分配。同樣，有意義的是，不僅針對到一個(gè)目標(biāo)的路徑而且還針對所有對于路由在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)不同的目標(biāo)執(zhí)行該方法?！霸诰W(wǎng)絡(luò)內(nèi)不同的目標(biāo)”在此意味著，這些目標(biāo)不必一對一地對應(yīng)于被用于通信量的路由的目標(biāo)信息。例如在因特網(wǎng)中存在非常高數(shù)量的地址，在構(gòu)成因特網(wǎng)的子網(wǎng)的通信網(wǎng)中，從這些地址引導(dǎo)出多個(gè)該通信網(wǎng)內(nèi)的路由，這些路由是相同的，也就是說這些路由具有相同的輸入節(jié)點(diǎn)和輸出節(jié)點(diǎn)。針對這些多個(gè)地址的路由在該方法的范圍中被解釋為唯一的目標(biāo)。
如果該參數(shù)是通信量加載的量度，那么應(yīng)該在該方法開始時(shí)知道相應(yīng)的通信量加載。網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的通信量數(shù)額(Verkehrsaufkommen)例如被測量或者借助于所謂的通信量矩陣來計(jì)算，該通信量矩陣說明多少通信量應(yīng)在源節(jié)點(diǎn)和目標(biāo)節(jié)點(diǎn)之間被運(yùn)送。網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的通信量數(shù)額的重新確定(以及因此鏈路的通信量加載的重新確定)可以在該方法中在不同的階段進(jìn)行并且被用于進(jìn)一步執(zhí)行該方法。
·在迭代過程中，可以在每次改變分配權(quán)重的迭代之后進(jìn)行通信量數(shù)額的重新確定。
·在確定一節(jié)點(diǎn)的鏈路費(fèi)用之后，在進(jìn)行下一節(jié)點(diǎn)的鏈路費(fèi)用的相應(yīng)確定之前，可以進(jìn)行通信量數(shù)額的重新確定。
·在針對到一個(gè)目標(biāo)的所有路由已實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的鏈路費(fèi)用的匹配之后，進(jìn)行通信量數(shù)額的重新確定。
·有意義的是，在結(jié)束該方法和確定所有鏈路費(fèi)用之后進(jìn)行通信量數(shù)額的重新確定和計(jì)算網(wǎng)絡(luò)中的最終的通信量分配。
在什么位置和是否在該方法期間執(zhí)行通信量分配的重新計(jì)算以及將其用于該方法取決于通信網(wǎng)、該通信網(wǎng)的拓?fù)洳⑶乙踩Q于可供使用的計(jì)算能力。該方法可以在路由器上被實(shí)施為軟件，例如能考慮支持等價(jià)多徑(ECMP)的因特網(wǎng)路由器。
根據(jù)本發(fā)明的方法在下面在實(shí)施例的范圍中借助一幅附圖
來進(jìn)一步解釋。
在該實(shí)施例中，從IP網(wǎng)和ECMP多路徑路由出發(fā)。開始借助ECMP協(xié)議或OSPF協(xié)議，根據(jù)度量標(biāo)準(zhǔn)針對網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的路由計(jì)算最小費(fèi)用(Least-Cost)路徑。如在ECMP方法中所規(guī)定的那樣，對于具有到一個(gè)目標(biāo)的兩條或更多條在度量標(biāo)準(zhǔn)的意義上等效的最小費(fèi)用路徑的節(jié)點(diǎn)，所有或者至少部分該最小費(fèi)用路徑被用于該路由。在多條可替換的最小費(fèi)用路徑中能限制所應(yīng)用的路徑的數(shù)量，以便在該網(wǎng)絡(luò)內(nèi)設(shè)法獲得較均勻的條件。在計(jì)算路徑之后，引入分配權(quán)重并利用最初的值來覆蓋。這個(gè)最初的分配權(quán)重如此被確定，以致進(jìn)行在所有可能的路徑上平均分配。以有意義的方式，在該方法的范圍中，分配權(quán)重被標(biāo)準(zhǔn)化為1，以致一節(jié)點(diǎn)處的分配權(quán)重的起始值等于1/n，該節(jié)點(diǎn)針對一個(gè)目標(biāo)具有n條路徑替換方案。
在該實(shí)施例的范圍中經(jīng)過三個(gè)回路最外面的回路經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的路由的所有可能目標(biāo)。第二個(gè)、取決于目標(biāo)的回路經(jīng)過在路由時(shí)對于各個(gè)目標(biāo)所含有的全部節(jié)點(diǎn)。第三個(gè)回路對應(yīng)于某一節(jié)點(diǎn)和某一目標(biāo)的分配權(quán)重的迭代變化。這個(gè)迭代的次數(shù)例如為10到100。作為這些迭代的輸入應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的單條鏈路上的通信量數(shù)額。這可例如被計(jì)算或根據(jù)已知的、在網(wǎng)絡(luò)邊界上進(jìn)出的通信量借助通信量矩陣被計(jì)算。分配權(quán)重的迭代匹配根據(jù)該圖被進(jìn)一步描述。在該圖中示出節(jié)點(diǎn)J以及鏈路，到某一目標(biāo)的其它節(jié)點(diǎn)K1、K2和K3的通信量被分配到這些鏈路上。這個(gè)分配按照分配權(quán)重W(J，K1，D)、...、W(J，K3，D)來實(shí)現(xiàn)。這個(gè)分配權(quán)重附加地取決于相應(yīng)的目標(biāo)D(D代表目的地)(最外面的回路)。分配權(quán)重的匹配取決于整個(gè)的、通過各條鏈路所輸送的通信量。這個(gè)通信量利用TRAF(K1)、...、TRAF(K3)(在該附圖中未示出)來表示。通過鏈路被輸送到節(jié)點(diǎn)K1至K3的通信量的平均值利用TRAF_AV來表示。在每次迭代時(shí)，現(xiàn)在如下針對K∈{K1，K2，K3}計(jì)算新的分配權(quán)重W(J，K，D)新＝W(J，K，D)舊-(TRAF(K)-TRAF_AV)/TRAF_AV×DELTA在此，DELTA是等于1:n_IT的適當(dāng)選擇的調(diào)整量或衰減量，其中，n_IT等于迭代的次數(shù)。DELTA具有以下效應(yīng)，在較高的迭代時(shí)衰減分配權(quán)重的變化并且這樣避免振蕩。在上面的公式中，索引K為值K1至K3，也就是說，到該目標(biāo)的在節(jié)點(diǎn)J中向外擴(kuò)展的鏈路的分配權(quán)重被匹配。在迭代中得到值，即W(J，K，D)新＜0，則W(J，K，D)＝0。如果W(J，K，D)新＞1，則W(J，K，D)＝1。緊接著W(J，K，D)如此被標(biāo)準(zhǔn)化，以致其總和為1。通過上面的公式，引起到節(jié)點(diǎn)K1至K3的鏈路之間的通信量再分配，減輕具有高通信量數(shù)額的鏈路的負(fù)載并且給具有低通信量數(shù)額的鏈路加有更重的負(fù)載。在該實(shí)施例的范圍中，不同的鏈路帶寬也可被考慮。接著，代替絕對通信量值、也即涉及鏈路帶寬的通信量值，在鏈路上應(yīng)用相對通信量負(fù)載。由此能以簡單的方式來考慮不同的鏈路帶寬。在上面的公式中，接著取代TRAF(K)而應(yīng)用涉及帶寬B(K)的相對值TRAF(K)/B(K)，并且得出TRAF_AF作為關(guān)于這些相對值的總和。
根據(jù)擴(kuò)展方案也可以如下方式考慮隨后的節(jié)點(diǎn)的加載。為此，針對每次迭代計(jì)算TRAF(K)的新的值，其方式是設(shè)置TRAF(K)新＝TRAF(K)舊+ALPHA×T(K)，K∈{K1，K2，K3}。在此，Alpha是0.5與2之間的因數(shù)，而T(K)是到該目標(biāo)的節(jié)點(diǎn)K的已經(jīng)存在的通信量。值TRAF(K)新接著在舊值的位置上被用于下一次迭代。值TRAF(K)新的平均值必須同樣針對下一次迭代被計(jì)算。通過該擴(kuò)展方案，隨后的節(jié)點(diǎn)K1至K3的加載通過再分配來考慮，以便避免節(jié)點(diǎn)J中的通信量分配通過通信量再分配的局部優(yōu)化使節(jié)點(diǎn)K1至K3之一處于困境。也就是說，單個(gè)節(jié)點(diǎn)在目標(biāo)方向上的通信量被考慮。該擴(kuò)展方案范圍中的修改促使，在目標(biāo)方向上給節(jié)點(diǎn)加載小的整個(gè)通信量加載而不加載太多的新的通信量，該新的通信量必須由隨后的節(jié)點(diǎn)繼續(xù)分配。該變化因此抵制，到一個(gè)目標(biāo)的通信量收斂到一條鏈路上，該鏈路與其它鏈路相比承載更少的、可能明顯更少的整個(gè)通信量負(fù)載。
權(quán)利要求
1.用于利用多路徑路由來改進(jìn)利用多個(gè)節(jié)點(diǎn)(j，k1，k2，k3)和多條鏈路構(gòu)成的通信網(wǎng)中的通信量分配的方法，其中所述通信網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)(j)具有多條引出的鏈路，所述鏈路對應(yīng)于到一個(gè)目標(biāo)的路由的路徑替換方案并且到該目標(biāo)的通信量可被分配到所述鏈路上，據(jù)此-到該目標(biāo)的通信量的分配的分配權(quán)重(w(j，k1，D)，w(j，k2，D)，w(j，k3，D))被分配給所述引出的鏈路，以及-所述分配權(quán)重(w(j，k1，D)，w(j，k2，D)，w(j，k3，D))按照涉及單條鏈路的負(fù)載或者可支配性的參數(shù)來匹配，其中在具有不同參數(shù)值的兩條鏈路中相對于其它鏈路的分配權(quán)重降低所述鏈路的分配權(quán)重。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述分配權(quán)重(w(j，k1，D)，w(j，k2，D)，w(j，k3，D))按照針對各條鏈路的所述參數(shù)的值與通過多條引出的鏈路得到的參數(shù)的平均值的偏差來匹配。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，對于其參數(shù)值偏離平均值的多條鏈路的所有鏈路，所述分配權(quán)重(w(j，k1，D)，w(j，k2，D)，w(j，k3，D))被匹配，其中，其參數(shù)值位于平均值之上的鏈路的分配權(quán)重被降低，而其參數(shù)值位于平均值之上的鏈路的分配權(quán)重被提高。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述分配權(quán)重(w(j，k1，D)，w(j，k2，D)，w(j，k3，D))的提高或降低與各條鏈路的參數(shù)值距平均值的距離成比例地來執(zhí)行。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，-所述分配權(quán)重(w(j，k1，D)，w(j，k2，D)，w(j，k3，D))迭代地被匹配，其中在每一步中都執(zhí)行該分配權(quán)重(w(j，k1，D)，w(j，k2，D)，w(j，k3，D))的匹配。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，-所述分配權(quán)重(w(j，k1，D)，w(j，k2，D)，w(j，k3，D))利用起始值來初始化，-多次迭代被執(zhí)行，以及-在多次迭代之后得到的分配權(quán)重被用于通信網(wǎng)中的到所述目標(biāo)的路由。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的方法，其特征在于，在分配權(quán)重變化時(shí)應(yīng)用取決于迭代次數(shù)的衰減量，該衰減量引起分配權(quán)重(w(j，k1，D)，w(j，k2，D)，w(j，k3，D))的變化隨著迭代次數(shù)的增加而減小。
8.根據(jù)權(quán)利要求5至7之一所述的方法，其特征在于，-所述參數(shù)在第一次迭代時(shí)通過絕對通信量負(fù)載或者涉及鏈路帶寬的相對通信量負(fù)載來給出，-所述參數(shù)的數(shù)值在針對下一次迭代的迭代中改變，其中，該變化考慮到通過所述鏈路被傳輸?shù)剿瞿繕?biāo)的通信量。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，-所述變化通過增加與一因數(shù)相乘的、通過所述鏈路被傳輸?shù)剿瞿繕?biāo)的通信量來實(shí)現(xiàn)。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，借助得到的分配權(quán)重(w(j，k1，D)，w(j，k2，D)，w(j，k3，D))來執(zhí)行通信網(wǎng)中的通信量分配的重新計(jì)算。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，所述方法針對通信網(wǎng)的在其上進(jìn)行通信量分配的多個(gè)節(jié)點(diǎn)被執(zhí)行。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，所述方法針對多個(gè)在通信網(wǎng)內(nèi)的路由的進(jìn)程中不同的目標(biāo)被執(zhí)行。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，所述參數(shù)通過絕對通信量負(fù)載、涉及鏈路帶寬的相對通信量負(fù)載、在鏈路使用時(shí)產(chǎn)生的取決于通信量的費(fèi)用、鏈路可支配性、各條鏈路的經(jīng)過時(shí)間或者各條鏈路的端點(diǎn)的承載能力來給出。
14.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，到一個(gè)目標(biāo)的節(jié)點(diǎn)的分配權(quán)重(w(j，k1，D)，w(j，k2，D)，w(j，k3，D))被標(biāo)準(zhǔn)化，并且在發(fā)生變化時(shí)保持該標(biāo)準(zhǔn)化。
15.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，所述分配權(quán)重(w(j，k1，D)，w(j，k2，D)，w(j，k3，D))針對ECMP(等價(jià)多徑)方法的范圍中的多路徑路由來匹配。
16.路由器，其具有用于執(zhí)行按照權(quán)利要求1至15之一所述的方法的計(jì)算機(jī)程序。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于利用多路徑路由來優(yōu)化通信網(wǎng)中的通信量分配的方法。針對通信網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)(j)，該節(jié)點(diǎn)(j)通過多條替換鏈路或引出的鏈路可供到一個(gè)目標(biāo)的路由使用，引入分配權(quán)重(w(j，k1，D)，w(j，k2，D)，w(j，k3，D))。分配權(quán)重(w(j，k1，D)，w(j，k2，D)，w(j，k3，D))按照引出的鏈路的通信量加載彼此相對變化，以便被將分配到加有較高負(fù)載的鏈路上的通信量減少或?qū)⒈环峙涞郊佑休^少負(fù)載的鏈路上的通信量提高。由此實(shí)現(xiàn)通信網(wǎng)中的均勻的通信量分配。
文檔編號H04L12/56GK1910876SQ200580002930
公開日2007年2月7日 申請日期2005年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月23日
發(fā)明者G·肖爾邁爾, C·溫克勒 申請人:西門子公司