專利名稱：在通信網(wǎng)中用于自適應(yīng)路由選擇的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通信系統(tǒng)中在一個(gè)通信節(jié)點(diǎn)與另一個(gè)通信節(jié)點(diǎn)之間選擇數(shù)據(jù)路由，特別涉及在一個(gè)通信節(jié)點(diǎn)與另一個(gè)通信節(jié)點(diǎn)之間具有多條可用路由時(shí)的路由選擇。
在通信網(wǎng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、運(yùn)行、控制和管理中的一個(gè)關(guān)鍵問題是該網(wǎng)中各種源和目的節(jié)點(diǎn)對(duì)間業(yè)務(wù)的有效路由選擇。路由選擇確定一通信系統(tǒng)的資源如何有效地被用于經(jīng)該系統(tǒng)傳送數(shù)據(jù)。正如這里所規(guī)定的，“通信數(shù)據(jù)”和“業(yè)務(wù)”指的是在通信系統(tǒng)的一個(gè)節(jié)點(diǎn)與另一節(jié)點(diǎn)之間通信的任何類型的數(shù)據(jù)(例如，話音數(shù)據(jù)、傳真數(shù)據(jù)、控制數(shù)據(jù)、等等)。
通過網(wǎng)絡(luò)的路由選擇業(yè)務(wù)的問題出現(xiàn)在各種不同類型的通信系統(tǒng)中。這些系統(tǒng)包括地面或基于陸地的通信網(wǎng)，基于衛(wèi)星的無線通信網(wǎng)，或混合媒體(地面以及衛(wèi)星的)類型的系統(tǒng)。


圖1示出了一個(gè)現(xiàn)有技術(shù)的通信網(wǎng)的簡(jiǎn)化圖。為了說明選擇路由業(yè)務(wù)，圖中示出了一個(gè)簡(jiǎn)化的路由選擇系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有多個(gè)節(jié)點(diǎn)2—18和通信鏈路20—42。如在這里所用的，“路由”是由通信鏈路(如通信鏈路20—42)連接的一系列節(jié)點(diǎn)(如節(jié)點(diǎn)2—18)，并且信息通過該路由可從源節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)移到目的節(jié)點(diǎn)。為了建立任何兩節(jié)點(diǎn)2—18間的通信路由，多個(gè)路由是可用的。例如，假設(shè)節(jié)點(diǎn)2是一個(gè)源節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)10是一個(gè)目的節(jié)點(diǎn)。表1示出了從節(jié)點(diǎn)2至節(jié)點(diǎn)1 0的一組可能的可用路由。
表1.節(jié)點(diǎn)2與節(jié)點(diǎn)10之間可能的路由路由12—>4—>10路由22—>4—>6—>12—>10路由32—>4—>6—>12—>18—>16—>10路由42—>4—>6—>12—>18—>16—>14—>8—>10路由52—>8—>10路由62—>8—>14—>16—>10路由72—>8—>14—>16—>18—>12—>10路由82—>8—>14—>16—>18—>12—>6—>4—>10在典型的系統(tǒng)中，在一特定源節(jié)點(diǎn)和一特定目的節(jié)點(diǎn)之間(例如，在節(jié)點(diǎn)2和節(jié)點(diǎn)10之間)通信的一組可能路由在系統(tǒng)運(yùn)行開始之前被確定。這組路由可能包括或可能不包括全部可能的路由。然而，如果沒有確定這樣一組路由，則可能選取的這組可能的路由將是在該源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)之間的全部可能的路由組。
在圖1中，假設(shè)一個(gè)系統(tǒng)用戶請(qǐng)求在節(jié)點(diǎn)2和節(jié)點(diǎn)10之間建立一條通信通路(例如，一個(gè)呼叫請(qǐng)求)。如果鏈路20和鏈路26能支持該呼叫(即鏈路20、26有可用的資源)，則該呼叫可沿路由1建立。如果鏈路20或鏈路26不具有足夠的可用資源，則認(rèn)為該鏈路在該特定時(shí)刻被阻塞，路由1不能支持節(jié)點(diǎn)2和節(jié)點(diǎn)10之間的通信。如果在那一時(shí)刻鏈路20和26都具有足夠的資源，則該呼叫可以沿路由1建立。
鏈路20，26上的資源在該呼叫的持續(xù)時(shí)間被使用。在該呼叫結(jié)束后，沿鏈路20，26的資源被停止以供新的呼叫使用。從節(jié)點(diǎn)2到節(jié)點(diǎn)10的一個(gè)隨后的呼叫請(qǐng)求可以用路由1建立。可替換地，另一個(gè)迂回路由也可支持該呼叫。例如，如果鏈路24，34，40，36具有可用的資源分配給該路由，則路由6(表1)可支持該呼叫。
只要從一個(gè)節(jié)點(diǎn)到另一節(jié)點(diǎn)建立呼叫的請(qǐng)求到達(dá)，則該系統(tǒng)必須從這組可用的選擇組中選擇一條路由，并在這兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間建立接續(xù)。
一種根據(jù)一組可能路由進(jìn)行路由選擇的現(xiàn)有技術(shù)的方法是“隨機(jī)路由選擇”方法。為了說明該方法，參考圖1所示的系統(tǒng)。當(dāng)從節(jié)點(diǎn)2到節(jié)點(diǎn)10建立一個(gè)呼叫請(qǐng)求到達(dá)時(shí)，該系統(tǒng)將隨機(jī)地從供選擇的路由(路由1…路由8)中選擇一個(gè)并嘗試使用它。如果沿該路由具有可用的充足資源，則該呼叫建立是成功的。否則，該呼叫被阻塞。這種隨機(jī)選擇是通過不隨網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)和負(fù)載情況變化的固定概率來實(shí)現(xiàn)。
例如，一個(gè)系統(tǒng)可以具有選擇一特定路由的相等的，固定的概率。在8個(gè)路由可供使用的場(chǎng)合，該8個(gè)路由中任何一個(gè)路由被選取的概率是12.5％?？商鎿Q地，一個(gè)系統(tǒng)可能具有選擇一特定路由不相等的，固定的概率。例如，一個(gè)特定的路由因?yàn)槠浒苌俚逆溌房赡鼙粌?yōu)先選用，于是其具有較高的被選取概率。
另一種現(xiàn)有技術(shù)中公知的路由選擇方法是一種“第一可用路由無需再排序”(First Available Route Without Resequencing)法。假設(shè)圖1的系統(tǒng)接到一個(gè)從節(jié)點(diǎn)2到節(jié)點(diǎn)10的呼叫請(qǐng)求。節(jié)點(diǎn)2與節(jié)點(diǎn)10間的每個(gè)潛在的路由以一固定的次序搜尋。一次搜尋要求該系統(tǒng)沿一第一選擇(例如，路由1)發(fā)送一個(gè)搜尋控制信號(hào)并確定該路由的每個(gè)鏈路上的資源是否可用。如果資源是可用的，則呼叫沿該路由被建立。否則，搜尋第二選擇(例如，路由2)。這種搜尋持續(xù)直到發(fā)現(xiàn)一個(gè)具有充足資源的路由或全部路由都被搜尋但沒有一個(gè)具有充足資源為止。當(dāng)沒有路由具有充足資源時(shí)，該呼叫被阻塞。這種方法是一種窮舉搜索過程，它確保成功的呼叫建立被提供有一具有充足的可用資源的路由。
由于眾多理由，如上所述的典型路由的選擇方案不能提供充分的服務(wù)。由于隨機(jī)路由選擇方法不能考慮業(yè)務(wù)和負(fù)載情況，因而它是不適應(yīng)的。它使系統(tǒng)的利用率降低。結(jié)果，比所需的更多的呼叫被阻塞，從而減少了系統(tǒng)業(yè)務(wù)經(jīng)營(yíng)者的收入。
第一可用路由無需再排序法使路由選擇與業(yè)務(wù)情況無關(guān)。然而，由于這種搜索的窮舉性質(zhì)，在建立呼叫中它是很慢的。另外，該方法在不能支持路由搜索控制信號(hào)的快速交換的系統(tǒng)中是不能實(shí)施的。
克服公知現(xiàn)有技術(shù)中的方法之不足所需的是這樣一種路由選擇方法和裝置，它們必須a)充分利用可用的系統(tǒng)資源以支持盡可能多的呼叫，b)在一個(gè)寬的業(yè)務(wù)和負(fù)載范圍下提供健全的系統(tǒng)特性，c)容易實(shí)施并具有低的業(yè)務(wù)開銷，d)在通信系統(tǒng)的一個(gè)寬的范圍內(nèi)具有實(shí)用性。
本發(fā)明特別在所附的權(quán)利要求書中被限定。然而，通過參考附圖和說明書及權(quán)利要求書的詳細(xì)描述，可獲得對(duì)本發(fā)明更全面的理解。
圖1示出一個(gè)通信網(wǎng)的現(xiàn)有技術(shù)簡(jiǎn)圖；圖2示出按照本發(fā)明的一個(gè)基于衛(wèi)星的通信網(wǎng)的簡(jiǎn)化圖；圖3示出按照本發(fā)明的一個(gè)路由選擇控制器；圖4示出按照本發(fā)明的一個(gè)用于監(jiān)視和更新系統(tǒng)狀態(tài)變量和選擇數(shù)據(jù)路由的方法的流程圖；圖5示出按照本發(fā)明用于確定一條最佳路由的方法的流程圖；圖6示出按照本發(fā)明用于根據(jù)哪條路由是最可用的，自適應(yīng)地選擇一條路由的方法的流程圖；圖7示出按照本發(fā)明用于根據(jù)哪條被再排續(xù)的路由是第一可用的，自適應(yīng)地選擇一條路由的方法的流程圖。
這里給出的實(shí)例以其一種形式說明本發(fā)明的最佳實(shí)施例，而并不想被解釋為是對(duì)任何方式的限制。
一般地說，本發(fā)明提供了在多個(gè)可用路由的一個(gè)通信節(jié)點(diǎn)和另一通信節(jié)點(diǎn)之間自適應(yīng)路由選擇的一種裝置和方法。本發(fā)明可以適用于任何具有多個(gè)節(jié)點(diǎn)的通信系統(tǒng)，它們包括但不限于a)固定的，地面通信系統(tǒng)，b)動(dòng)態(tài)的，空間衛(wèi)星通信系統(tǒng)，和c)混合地面—空間通信系統(tǒng)。
自適應(yīng)路由選擇的方法是以保持通信系統(tǒng)的狀態(tài)的軌跡的概念為基礎(chǔ)的。通信系統(tǒng)的狀態(tài)是一個(gè)關(guān)于該系統(tǒng)的各個(gè)通信鏈路的主要阻塞情況的總計(jì)(an aggregate summary)。通過自動(dòng)地監(jiān)視各通信鏈路的利用率和保持每個(gè)鏈路阻塞的估計(jì)來完成該自適應(yīng)方法。對(duì)于每個(gè)鏈路，系統(tǒng)保持關(guān)于該鏈路阻塞的概率估計(jì)(即，不具有充足資源的鏈路的似然估計(jì))。
在正常操作期間，一個(gè)呼叫請(qǐng)求的序列被放置在該系統(tǒng)中。每個(gè)呼叫請(qǐng)求要求系統(tǒng)在一對(duì)節(jié)點(diǎn)之間建立一條通信通路。根據(jù)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的估計(jì)值(即，關(guān)于各鏈路被阻塞的似然估計(jì))，該系統(tǒng)能夠迅速的評(píng)價(jià)在任何時(shí)刻在任何給定路由上充足的可用資源的自然估計(jì)。
本發(fā)明能夠使該系統(tǒng)從多個(gè)可用的路由選擇中自適應(yīng)地選擇。在本最佳實(shí)施例中，該系統(tǒng)對(duì)一對(duì)節(jié)點(diǎn)之間的一組路由的鏈路阻塞做出一個(gè)迅速地估計(jì)。根據(jù)該估計(jì)，該系統(tǒng)確定最有可能具有可用資源的路由(即，沿該路由不太可能遇到阻塞)。該路由被選作所述一對(duì)節(jié)點(diǎn)之間的一組路由中的最佳候選路由，并利用該路由建立該呼叫。為此，本最佳實(shí)施例的方法被稱作“選擇最可用路由”法。
在一個(gè)替換實(shí)施例中，系統(tǒng)對(duì)鏈路阻塞做出估計(jì)并確定沿每個(gè)路由的瓶頸(即，具有最小可用資源的鏈路)。然后該系統(tǒng)選擇一個(gè)具有最高瓶頸值的路由。該替換實(shí)施例的方法被稱作“選擇再排序第一可用路由”法。
圖2示出了按照本發(fā)明的一個(gè)基于衛(wèi)星的通信網(wǎng)的簡(jiǎn)化圖。基于衛(wèi)星的、蜂窩通信網(wǎng)200通過使用多個(gè)軌道衛(wèi)星202環(huán)繞一天體(例如，如地球)分布。衛(wèi)星202占據(jù)軌道204，該軌道可以是低地球軌道，中地球軌道，地球同步軌道，或它們的組合。低地球軌道一般是位于大約600km至2000km的高度，中地球軌道位于大約2000km至20，000km的高度，地球同步軌道位于大約42，165km的高度，但是，也可使用其他高度。在所示的例子中，通信系統(tǒng)200使用了6個(gè)極軌道平面，每個(gè)軌道平面保持有全部66個(gè)衛(wèi)星202中的11個(gè)衛(wèi)星。然而，這并不是必須的，可以使用更多或少些的衛(wèi)星，或更多或少些的軌道平面，或軌道和地球同步衛(wèi)星的結(jié)合。為清楚起見，圖2僅示出了幾個(gè)衛(wèi)星202。
衛(wèi)星202與地面設(shè)備通信，這些設(shè)備例如可以是一個(gè)系統(tǒng)控制部分地面通信站206?！耙粋€(gè)地面通信站”(GCS)在這里被定義為是使地面設(shè)備(例如，系統(tǒng)控制部分208)與衛(wèi)星202接口的一個(gè)地面通信設(shè)施。圖2示出了與系統(tǒng)控制部分208相關(guān)的系統(tǒng)控制部分GCS 206(SCS—GCS)。該SCS—GCS 206對(duì)衛(wèi)星202的星座執(zhí)行數(shù)據(jù)傳輸，和遙測(cè)，跟蹤以及控制功能。
“系統(tǒng)控制部分”208(SCS)在這里典型地被稱作地面控制設(shè)施，它控制通信系統(tǒng)200的工作。該SCS 208經(jīng)SCS—GCS 206與通信系統(tǒng)200的其余部分通信。SCS 208最好經(jīng)陸上線路與SCS—GCS 206連接，雖然這不是必要的。在一個(gè)可替換實(shí)施例中，SCS 208可以經(jīng)光纖鏈路、無線鏈路或其他傳輸媒介與SCS—GCS 206連接。
在本最佳實(shí)施例中，SCS 208典型地包括一個(gè)狀態(tài)變量數(shù)據(jù)庫(kù)，該狀態(tài)變量描述該通信系統(tǒng)的當(dāng)前狀態(tài)。該狀態(tài)變量最好包括(但是并不限于此)描述衛(wèi)星202之間通信鏈路容量的數(shù)據(jù)(在這些鏈路上的當(dāng)前業(yè)務(wù)量)，和描述經(jīng)這些鏈路的呼叫建立嘗試和呼叫建立失敗率的數(shù)據(jù)。SCS 208最好向網(wǎng)間連接器210分配一些或全部的狀態(tài)變量數(shù)據(jù)。在一個(gè)可替換實(shí)施例中，描述狀態(tài)變量的數(shù)據(jù)可放在除SCS 208以外的一個(gè)或多個(gè)系統(tǒng)部件(例如，網(wǎng)間連接器210或衛(wèi)星202)中。在另一個(gè)可替換實(shí)施例中，SCS 208起著一個(gè)“路由選擇控制器”的作用，“路由選擇控制器”在這里被稱作控制設(shè)施，它根據(jù)狀態(tài)變量數(shù)據(jù)庫(kù)確定源節(jié)點(diǎn)與目的節(jié)點(diǎn)之間通信的路由。
“網(wǎng)間連接器”210(GW)在這里被稱作典型的地面的設(shè)備設(shè)施，它具有使GW—GCS 212(并因此使衛(wèi)星202)與地面設(shè)備例如公共電話交換網(wǎng)(PSTN)或地面蜂窩網(wǎng)(未示出)接口的能力。GW 210經(jīng)GW—GCS 212與通信系統(tǒng)200的其余部分通信。GW 210不必與GW—GCS212放在一起。GW 210最好經(jīng)陸上線路與GW—GCS 212連接，雖然這是不必要的。在一最佳實(shí)施例中，GW 210可以經(jīng)光纖鏈路、無線鏈路或其他傳輸媒介與SCS—GCS 206連接。
在本最佳實(shí)施例中，GW 210起著一個(gè)路由選擇控制器的作用。GW 210負(fù)責(zé)確定如何從一個(gè)通信網(wǎng)200的用戶向另一用戶傳送通信數(shù)據(jù)。根據(jù)由GW 210從SCS 208接收的狀態(tài)變量做出路由選擇決定，參考圖4—7做更詳細(xì)地描述。根據(jù)最佳實(shí)施例的“選擇最可用路由法”(參考圖6所討論的)或替換實(shí)施例的“選擇再排序第一可用路由”法(參考圖7所討論的)，GW 210可做出路由選擇決定。在另一個(gè)可替換實(shí)施例中，路由選擇決定可由SCS 208或衛(wèi)星202，或任何其他具有有關(guān)狀態(tài)變量信息的系統(tǒng)部件做出。
“用戶”在這里被定義為系統(tǒng)用戶。圖2示出了作為一個(gè)單獨(dú)通信終端的“用戶單元”214(SU)，它經(jīng)一條無線鏈路與一個(gè)衛(wèi)星101通信。SU 214可以是適于向/從衛(wèi)星202發(fā)送/接收用戶數(shù)據(jù)的手持便攜蜂窩尋呼機(jī)或電話機(jī)，“用戶數(shù)據(jù)”在這里被定義為從SU 214始發(fā)或在SU 214終止的數(shù)據(jù)(例如，話音、尋呼、或傳真數(shù)據(jù))。
圖3示出了按照本發(fā)明的一個(gè)路由選擇控制器250。路由選擇控制器250包括接收機(jī)252，它接收在源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)(例如，圖2中的SU 214)之間建立通信通路的請(qǐng)求。該接收機(jī)252連接到處理器254，處理器254在該源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)之間建立一個(gè)潛在路由的路由表。在本最佳實(shí)施例中，處理器254在該路由表中識(shí)別該潛在路由的鏈路表，并在該鏈路表中為通信鏈路提取鏈路狀態(tài)變量，其中該鏈路狀態(tài)變量最好被存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器256中。然后，處理器254為該鏈路表中的通信鏈路確定阻塞概率和連接概率，并通過乘以潛在路由中的通信鏈路的連接概率計(jì)算該潛在路由的路由概率。該處理器254然后識(shí)別一條最佳路由作為具有最高路由概率的路由，并嘗試在源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)之間沿該最佳路由建立通信通路。結(jié)合圖6對(duì)本最佳實(shí)施例作更詳細(xì)地討論。
在一個(gè)可替換實(shí)施例中，處理器254為路由表中的潛在路由識(shí)別鏈路表，和利用最好存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器256中的鏈路狀態(tài)變量確定該鏈路表的通信鏈路的鏈路剩余容量。然后，處理器254通過識(shí)別潛在路由的最小鏈路剩余容量確定該潛在路由的路由瓶頸值。該處理器254識(shí)別一條最佳路由作為具有最高路由瓶頸值的路由，并嘗試在源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)之間沿該最佳路由建立通信通路。結(jié)合圖7對(duì)本最佳實(shí)施例作更詳細(xì)地討論。
處理器254例如嘗試通過使用發(fā)射機(jī)258向一遠(yuǎn)端GW 210(圖2)或SU 214(圖2)發(fā)送呼叫建立信息建立該通信通路。
圖4示出了按照本發(fā)明用于監(jiān)視和更新系統(tǒng)狀態(tài)變量和選擇數(shù)據(jù)路由的方法的流程圖。該方法通過執(zhí)行監(jiān)視狀態(tài)過程(步驟302)開始(步驟300)。在該監(jiān)視狀態(tài)過程中(步驟302)中，該系統(tǒng)從系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)接收輸入請(qǐng)求和監(jiān)視鏈路狀態(tài)變量(步驟304)。系統(tǒng)狀態(tài)改變由兩類事件觸發(fā)a)預(yù)示進(jìn)入該系統(tǒng)的一個(gè)新呼叫的到達(dá)的呼叫到達(dá)請(qǐng)求；和b)預(yù)示一出局呼叫結(jié)束的呼叫結(jié)束請(qǐng)求。
在本最佳實(shí)施例中，連接每條鏈路的通信節(jié)點(diǎn)以一周期為基礎(chǔ)(例如，每分鐘一次)向該監(jiān)視狀態(tài)過程(步驟302)發(fā)送狀態(tài)信息。
該方法確定(步驟306)呼叫結(jié)束請(qǐng)求是否被接收。當(dāng)接收到一個(gè)呼叫結(jié)束請(qǐng)求時(shí)(步驟306)，更新鏈路狀態(tài)過程(步驟308)更新該鏈路狀態(tài)變量(步驟304)以反映這樣的事實(shí)，即在結(jié)束呼叫的路由的鏈路上此時(shí)沒有呼叫被處理。沿被該呼叫使用的路由耗用的通信資源可以被釋放。在該系統(tǒng)中為每個(gè)通信鏈路保持有一個(gè)“忙計(jì)數(shù)器”。當(dāng)呼叫結(jié)束時(shí)，每個(gè)通信鏈路的忙計(jì)數(shù)器遞減1。它反映了這樣的事實(shí)，即在呼叫結(jié)束后該通信鏈路此時(shí)少傳送一個(gè)呼叫。在結(jié)束更新鏈路狀態(tài)過程之后(步驟308)，該方法返回到監(jiān)視狀態(tài)過程(步驟302)。該程序重復(fù)如圖4所示。
在一個(gè)可替換實(shí)施例中，各系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)可以向更新鏈路狀態(tài)過程(步驟308)發(fā)送遙測(cè)消息，指示這些鏈路上呼叫的質(zhì)量。更新鏈路狀態(tài)過程(步驟308)然后可以根據(jù)該遙測(cè)消息更新該鏈路狀態(tài)變量(步驟304)。
當(dāng)沒接收到呼叫結(jié)束請(qǐng)求時(shí)(步驟306)，該方法確定(步驟310)呼叫到達(dá)請(qǐng)求是否被接收。當(dāng)沒接收到呼叫到達(dá)請(qǐng)求時(shí)(步驟310)，該方法返回到監(jiān)視狀態(tài)過程(步驟302)和該程序重復(fù)如圖4所示。是否一個(gè)呼叫結(jié)束請(qǐng)求被接收到(步驟306)的確定和是否一個(gè)呼叫到達(dá)請(qǐng)求被接收到(步驟308)的確定可以以任一個(gè)順序執(zhí)行，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說根據(jù)這里的描述這是顯而易見的。另外，對(duì)于該系統(tǒng)來說，它們可以被中斷并且可發(fā)生在圖4所示方法期間的任何時(shí)刻。
當(dāng)作出一個(gè)呼叫到達(dá)請(qǐng)求時(shí)，該方法使用該狀態(tài)信息的最新版本確定源和目的節(jié)點(diǎn)之間的最佳路由。一個(gè)呼叫到達(dá)請(qǐng)求包括有關(guān)源和目的節(jié)點(diǎn)的信息。當(dāng)接收到一個(gè)呼叫到達(dá)請(qǐng)求時(shí)(步驟310)，該系統(tǒng)執(zhí)行該確定最佳路由過程(步驟312)。與每個(gè)路由相關(guān)的是其利用率的一個(gè)估計(jì)(即該路由具有足夠資源傳送新呼叫的估計(jì)似然值)。該確定最佳路由過程(步驟312)利用當(dāng)前系統(tǒng)狀態(tài)信息計(jì)算該源與目的節(jié)點(diǎn)之間每個(gè)路由的估計(jì)利用率。其結(jié)果是具有其估計(jì)利用率指示的一個(gè)潛在路由表。確定最佳路由過程(步驟312)在該潛在路由表中選擇在此時(shí)被認(rèn)為是最佳路由的路由。結(jié)合附圖5—7對(duì)確定最佳路由過程(步驟312)進(jìn)行更詳細(xì)地描述。
接著，嘗試建立呼叫過程(步驟314)利用在確定最佳路由過程(步驟312)中選擇的最佳路由試嘗建立該呼叫。然后，系統(tǒng)通過執(zhí)行更新鏈路狀態(tài)過程(步驟316)更新鏈路狀態(tài)變量(步驟304)。更新鏈路狀態(tài)過程(步驟316)更新與每個(gè)通信鏈路相關(guān)的某此計(jì)數(shù)器。一個(gè)已更新的計(jì)數(shù)器是一個(gè)“嘗試計(jì)數(shù)器”，每次作出一次嘗試以利用該鏈路資源時(shí)該計(jì)數(shù)器就遞增1。一個(gè)“阻塞計(jì)數(shù)器”也與每個(gè)通信鏈路相關(guān)。每次作出一次嘗試以利用該鏈路資源但該嘗試沒有成功(即，在該時(shí)刻沒有可用資源且鏈路被阻塞)時(shí)該計(jì)數(shù)器遞增1。在任何時(shí)刻一個(gè)通信鏈路的利用率的系統(tǒng)估計(jì)按“(嘗試—阻塞)/嘗試”計(jì)算。只要當(dāng)一個(gè)呼叫建立請(qǐng)求啟動(dòng)嘗試以利用該鏈路時(shí)，更新鏈路狀態(tài)過程(框316)則更新鏈路利用率的估計(jì)。
然后，該方法確定(步驟318)該呼叫嘗試是否成功。如果該呼叫嘗試成功(步驟318)，該方法返回到監(jiān)視狀態(tài)過程(步驟302)，該程序重復(fù)如圖4所示。如果該呼叫嘗試不成功(步驟318)，該方法確定(步驟320)是否從確定最佳路由過程(步驟312)獲得的路由表中的所有潛在路由已被試盡。如果所有潛在路由還沒有試盡(步驟320)，則該方法返回到確定最佳路由過程(步驟312)，以確定該路由表中下一個(gè)最佳路由。然后該程序重復(fù)，如圖4所示。
如果該路由表中的所有路由已被試盡(步驟320)，則失效呼叫過程(步驟322)不再嘗試建立該呼叫(即，該呼叫失敗)。該方法然后返回到監(jiān)視狀態(tài)過程(步驟302)。
在本最佳實(shí)施例中，系統(tǒng)支持一個(gè)反饋過程，該過程給出“呼叫嘗試成功，，測(cè)試(步驟318)的結(jié)果的一個(gè)快速指示。然而，在某些類型的通信系統(tǒng)中，由于實(shí)際的或其他限制，快速反饋可能是不可用的。于是在一個(gè)可替換實(shí)施例中，系統(tǒng)可以暗含地假設(shè)沿該第一路由的呼叫建立是成功的(步驟318)，并且該方法可以僅返回到監(jiān)視狀態(tài)過程(步驟302)或執(zhí)行失效呼叫過程(步驟322)，而不是檢查是否所有的路由已被試盡。(步驟320)。
圖5示出了按照本發(fā)明用于執(zhí)行確定最佳路由過程(步驟312，圖4)的一個(gè)方法的流程圖。該確定最佳路由過程從確定(步驟402)是否一路由表已被該通信系統(tǒng)預(yù)定開始。當(dāng)沒有路由表被預(yù)定時(shí)(框402)，生成可能路由過程(步驟408)確定該源節(jié)點(diǎn)與目的節(jié)點(diǎn)之間的可能路由。該生成可能路由過程(步驟408)可以確定所有可能的路由，或根據(jù)某些準(zhǔn)則(例如，在一個(gè)路由中不能使用多于12條的鏈路)它可對(duì)這些可能的路由加以限制。接著，該路由表(步驟406)可被設(shè)定為源節(jié)點(diǎn)與目的節(jié)點(diǎn)之間的所有路由的一個(gè)子集(步驟410)。在選擇這樣的子集過程中可使用多個(gè)不同的準(zhǔn)則。例如，這些準(zhǔn)則可以包括從源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的路由中鏈路的數(shù)量，和從源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的路由費(fèi)用。
當(dāng)已預(yù)定了一個(gè)路由表時(shí)(步驟402)，該路由表(步驟406)被設(shè)定為路由的預(yù)定集合(步驟404)。在存在一個(gè)路由表之后，執(zhí)行“自適應(yīng)路由選擇”過程(步驟412)。自適應(yīng)路由選擇過程(步驟412)確定該路由表(步驟406)中哪條路由被認(rèn)為是嘗試訪問的最佳路由。結(jié)合附圖6和7對(duì)自適應(yīng)路由選擇過程(步驟412)進(jìn)行更詳細(xì)地描述。然后該程序退出(步驟420)。
圖6示出了按照本發(fā)明根據(jù)哪條路由是最可用的，自適應(yīng)地選擇一條路由的方法的流程圖。圖6示出了自適應(yīng)路由選擇過程(步驟412，圖5)的最佳實(shí)施例。該方法從執(zhí)行選擇路由過程(步驟502)開始(步驟502)。該選擇路由過程(步驟502)從路由表(步驟406)中選擇一條路由，并輸入該選擇的路由到鏈路枚舉(Enumer-ate)表過程(步驟504)。鏈路枚舉表過程(步驟504)產(chǎn)生組成該選擇路由的通信鏈路的集合。接著，提取相關(guān)鏈路狀態(tài)變量過程(步驟506)提取該路由中的每個(gè)通信鏈路的鏈路狀態(tài)變量值。具體地說，對(duì)于該路由中的每條鏈路，提取“嘗試”和“阻塞”計(jì)數(shù)，并輸入到確定阻塞概率和鏈接概率過程(步驟508)。該確定阻塞概率和鏈接概率過程(步驟508)按照比率(阻塞/嘗試)計(jì)算阻塞概率和按照(1.0—阻塞概率)計(jì)算鏈接概率。為一鏈路中的每個(gè)鏈路確定阻塞概率和鏈接概率(步驟510)。
接著，確定路由可用概率過程(步驟510)計(jì)算組成一特定路由的通信鏈路的阻塞概率值。該路由可用概率被臨時(shí)存儲(chǔ)在相關(guān)的路由中。然后，該方法確定(步驟512)是否該路由表中的所有路由已被估計(jì)過。當(dāng)并不是所有路由已被估計(jì)過時(shí)，(步驟512)，重復(fù)從路由表選擇路由過程(步驟502)并且該程序重復(fù)如圖6中所示。
當(dāng)所有路由已進(jìn)行估計(jì)時(shí)(步驟512)，最佳路由被識(shí)別為(步驟514)該路由表中(步驟406)具有最高可用路由概率的路由。該最佳路由是在路由表中(步驟406)供選擇的路由中路由可用概率最高的路由。然后，如圖所示該程序重復(fù)。
在一個(gè)可替換實(shí)施例中，該程序可被執(zhí)行一次而不是如圖6所示的重復(fù)。在這樣的一個(gè)實(shí)施例中，從路由表選擇路由過程(步驟502)可以在路由表(步驟406)中選擇a1個(gè)路由。接著，鏈路計(jì)算表過程(框504)可以為路由表中(步驟406)的所有路由計(jì)算鏈路。然后，提取相關(guān)鏈路狀態(tài)變量過程(步驟506)能為所有路由提取所有鏈路狀態(tài)變量(步驟304)。在鏈路為多個(gè)路由公用的場(chǎng)合，可不要求該提取相關(guān)鏈路狀態(tài)變量過程(步驟506)多次地提取鏈路變量(步驟304)。然后，確定阻塞概率和鏈接概率過程(步驟508)可為所有路由的所有鏈路而不是僅一個(gè)路由確定阻塞和鏈接概率。類似地，確定路由可用概率過程(步驟510)將為所有路由確定路由可用度概率。在這個(gè)可替換實(shí)施例中，確定是否已對(duì)所有路由進(jìn)行了估計(jì)是沒有必要的。
圖7示出了按照本發(fā)明根據(jù)哪條再排序的路由是第一可用的，自適應(yīng)地選擇一條路由的方法的流程圖。圖7示出了自適應(yīng)路由選擇過程(步驟412，圖5)的一個(gè)可替換實(shí)施例。該方法從執(zhí)行選擇路由過程(步驟602)開始。該選擇路由過程(步驟602)從路由表(步驟406)中選擇一條路由，并輸入該選擇的路由到確定剩余容量過程(步驟604)。
該確定剩余容量過程(步驟604)確定組成該選擇路由的通信鏈路。對(duì)于該選擇路由的每條鏈路，計(jì)算剩余容量。為了計(jì)算剩余容量，該方法首先為該選擇路由的每條鏈路從鏈路狀態(tài)變量(步驟304)中提取一個(gè)“容量”值和一個(gè)“忙”值。該“容量”值表明鏈路上可用資源的量。該“忙”值指示當(dāng)前在鏈路上使用的資源的數(shù)量。
然后，在該時(shí)刻確定剩余容量過程(步驟604)按照可用資源量為新呼叫確定每條鏈路的剩余容量。鏈路的剩余容量被定義為(容量—忙)。
確定路由的瓶頸過程(步驟606)然后用最小剩余容量表示該路也上的鏈路。該最小剩余容量被稱作該路由的瓶頸值。
接著，該方法確定(步驟608)是否已檢查了路由表中(步驟406)的所有路由(即，為每個(gè)路由已確定了一瓶頸值)。當(dāng)還沒有檢查所有的路由時(shí)(步驟608)，該方法返回到選擇路由過程(步驟602)且該程序重復(fù)，如圖7中所示。當(dāng)已檢查了所有路由時(shí)(步驟608)，執(zhí)行重排路由表過程(步驟610)。
該重排路由表過程(步驟610)在路由表中(步驟406)挑選路由并根據(jù)所需的瓶頸值對(duì)它們進(jìn)行重排。然后該方法將具有最高瓶頸值的路由識(shí)別為最佳路由。然后，該程序退出(步驟620)。
在一個(gè)可替換的實(shí)施例中，該程序可被執(zhí)行一次而不是如圖7所示的重復(fù)。在這樣的一個(gè)實(shí)施例中，從路由表選擇路由過程(步驟602)可以在路由表(步驟406)中選擇a1個(gè)路由。接著，可以為路由表中(步驟406)所有路由的鏈路執(zhí)行該確定剩余容量過程(步驟604)，然后，該確定路由的瓶頸過程(步驟606)能夠?yàn)樗新酚纱_定瓶頸值，在這個(gè)可替換實(shí)施例中，確定是否已對(duì)所有路由進(jìn)行了檢查是沒有必要的。
總之，本發(fā)明解決了從用于在一對(duì)節(jié)點(diǎn)之間通信的一組潛在路由中自適應(yīng)選擇一條路由的問題。本發(fā)明提供了簡(jiǎn)單和有效的方法，通過方便地監(jiān)視一般在各離散時(shí)刻可觀察和可測(cè)量的表征業(yè)務(wù)和負(fù)載條件的狀態(tài)變量，對(duì)一通信系統(tǒng)中的阻塞狀態(tài)進(jìn)行估計(jì)。通過連續(xù)地監(jiān)視和更新該狀態(tài)，該系統(tǒng)特別適于動(dòng)態(tài)地改變網(wǎng)絡(luò)的情況。自適應(yīng)路由選擇過程很好地利用了系統(tǒng)資源，并且對(duì)于系統(tǒng)阻塞特性的一特定等級(jí)以一種大大地改進(jìn)了網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)處理容量的方式運(yùn)行。此外，本發(fā)明能夠在出現(xiàn)阻塞和業(yè)務(wù)過載情況下，在通信系統(tǒng)中時(shí)使該系統(tǒng)非常地結(jié)實(shí)，并能在諸如通信鏈路和部件失效的極端情況下迅速地復(fù)原。
在實(shí)驗(yàn)中已對(duì)各種改進(jìn)進(jìn)行了大量模擬并與其他解決路由選擇問題的方法進(jìn)行了比較。本發(fā)明提出了極簡(jiǎn)單且費(fèi)用低的改善通信資源利用率的原理。由于系統(tǒng)運(yùn)行效率的改進(jìn)，這使得收入增加。本發(fā)明適于包括關(guān)于路由選擇決定的結(jié)果的瞬時(shí)反饋信息不能使用的各種通信系統(tǒng)中(一種很多衛(wèi)星通信系統(tǒng)的典型情況)。本發(fā)明具有人們?cè)谝粋€(gè)方法中可能希望的所有優(yōu)點(diǎn)，并明顯地優(yōu)于任何現(xiàn)有技術(shù)的任何公知方法。
權(quán)利要求
1.一種在通信系統(tǒng)中經(jīng)過一個(gè)源節(jié)點(diǎn)和與該源節(jié)點(diǎn)不相鄰的一個(gè)目的節(jié)點(diǎn)之間的路由建立通信路由的方法，其中該路由包括由通信鏈路連接的一系列節(jié)點(diǎn)，信息從該源節(jié)點(diǎn)通過所述通信鏈路傳輸?shù)侥康墓?jié)點(diǎn)，其中該通信系統(tǒng)具有一個(gè)或多個(gè)路由選擇控制器和多個(gè)能與相鄰節(jié)點(diǎn)建立通信鏈路的節(jié)點(diǎn)，該方法由該路由選擇控制器執(zhí)行，其特征在于，包括下列步驟a.保持由通信鏈路支持的描述信息數(shù)量的鏈路狀態(tài)變量；b.在源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)之間建立一個(gè)潛在路由的路由表；c.根據(jù)鏈路狀態(tài)變量從該路由表中確定一個(gè)最佳路由；d.嘗試沿該最佳路由在源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)之間建立通信通路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，步驟(c)包括下列步驟c.1.為該路由表中的潛在路由識(shí)別通信鏈路表；c.2.為該鏈路表中的通信鏈路提取鏈路狀態(tài)變量；c.3.為該鏈路表中的通信鏈路確定阻塞概率和鏈接概率；c.4.通過使每個(gè)潛在路由的鏈接概率相乘計(jì)算各潛在路由的路由概率；c.5.將具有最高路由概率的路由識(shí)別為最佳路由。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，步驟(c)包括下列步驟c.1.為該路由表中的潛在路由確定通信鏈路的鏈路剩余容量；c.2.通過識(shí)別潛在路由的最小鏈路剩余容量確定各潛在路由的路由瓶頸值；和c.3.將具有最高路由瓶頸值的路由識(shí)別為最佳路由。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括下列步驟e.確定建立通信通路的嘗試是否成功；f.當(dāng)該建立通信通路的嘗試沒有成功時(shí)，確定是否根據(jù)路由表已嘗試了在所有潛在路由上建立通信通路；g.當(dāng)根據(jù)路由表已嘗試了在所有潛在路由上建立通信通路，則中斷該建立通信通路嘗試；和h.當(dāng)還沒有根據(jù)路由表在所有潛在路由上嘗試建立通信通路時(shí)，為下一最佳路由重復(fù)步驟d—g。
5.一種在通信系統(tǒng)中經(jīng)過一個(gè)源節(jié)點(diǎn)和與該源節(jié)點(diǎn)不相鄰的一個(gè)目的節(jié)點(diǎn)之間的路由建立通信通路的方法，其中該路由包括由通信鏈路連接的一系列節(jié)點(diǎn)，通過所述通信鏈路信息可從該源節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)侥康墓?jié)點(diǎn)，其中該通信系統(tǒng)具有一個(gè)或多個(gè)路由選擇控制器和多個(gè)能與相鄰節(jié)點(diǎn)建立通信鏈路的節(jié)點(diǎn)，該方法由該路由選擇控制器執(zhí)行，其特征在于，包括下列步驟a.接收在源節(jié)點(diǎn)與目的節(jié)點(diǎn)之間建立通信通路的請(qǐng)求；b.建立一個(gè)在源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)之間潛在路由的路由表；c.為該路由表中的潛在路由識(shí)別一個(gè)鏈路表；d.為該鏈路表中的通信鏈路提取鏈路狀態(tài)變量；e.根據(jù)鏈路狀態(tài)變量為該鏈路表中的通信鏈路確定阻塞概率和鏈接概率；f.通過使?jié)撛诼酚芍型ㄐ沛溌返逆溄痈怕氏喑擞?jì)算各潛在路由的路由概率；g.將具有最高路由概率的路由識(shí)別為最佳路由；和h.嘗試沿該最佳路由在源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)之間建立通信通路。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括下列步驟i.確定建立通信通路的嘗試是否成功；j.當(dāng)該建立通信通路的嘗試沒有成功時(shí)，確定是否根據(jù)路由表已嘗試了在所有潛在路由上建立通信通路；k.當(dāng)根據(jù)路由表已嘗試了在所有潛在路由上建立通信通路時(shí)，則中斷該建立通信通路嘗試；和1.當(dāng)還沒有嘗試根據(jù)路由表在所有潛在路由上建立通信通路時(shí)，為下一最佳路由重復(fù)步驟h—k。
7.一種在通信系統(tǒng)中經(jīng)過一個(gè)源節(jié)點(diǎn)和與該源節(jié)點(diǎn)不相鄰的一個(gè)目的節(jié)點(diǎn)之間的路由建立通信通路的方法，其中該路由包括由通信鏈路連接的一系列節(jié)點(diǎn)，通過所述通信鏈路信息可從該源節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)侥康墓?jié)點(diǎn)，其中該通信系統(tǒng)具有一個(gè)或多個(gè)路由選擇控制器和多個(gè)能與相鄰節(jié)點(diǎn)建立通信鏈路的節(jié)點(diǎn)，該方法由該路由選擇控制器執(zhí)行，其特征在于，下列步驟a.接收在源節(jié)點(diǎn)與目的節(jié)點(diǎn)之間建立通信通路的請(qǐng)求；b.建立在源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)之間的一個(gè)潛在路由的路由表；c.為該路由表中的潛在路由識(shí)別一個(gè)鏈路表；d.根據(jù)鏈路狀態(tài)變量確定該鏈路表中通信鏈路的鏈路剩余容量；e.通過識(shí)別潛在路由的最小鏈路剩余容量確定各潛在路由的路由瓶頸值；f.將具有最高路由瓶頸值的路由識(shí)別為最佳路由；和g.嘗試沿該最佳路由在源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)之間建立通信通路。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其特征在于，步驟(f)包括下列步驟f.1.生成一個(gè)重新安排的路由表，其中各潛在路由這樣安排，即次序最高的路由是具有最高瓶頸值的路由，次序最低的路由是具有最低瓶頸值的路由；和f.2.將最高次序的路由識(shí)別為最佳路由。
9.一種通信系統(tǒng)，它具有能與相鄰節(jié)點(diǎn)建立通信鏈路的多個(gè)節(jié)點(diǎn)和一個(gè)或多個(gè)路由選擇控制器，其特征在于，所述的一個(gè)或多個(gè)路由選擇控制器包括一個(gè)接收機(jī)，接收在源節(jié)點(diǎn)與目的節(jié)點(diǎn)之間建立通信通路的請(qǐng)求；一個(gè)處理器，與該接收機(jī)連接，該處理器建立在源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)之間的一個(gè)潛在路由的路由表，為該路由表中的潛在路由識(shí)別鏈路表，為該鏈路表中的通信鏈路提取鏈路狀態(tài)變量，為該鏈路表中的通信鏈路確定阻塞概率和鏈接概率，通過使?jié)撛诼酚芍型ㄐ沛溌返逆溄痈怕氏喑擞?jì)算各潛在路由的路由概率，將具有最高路由概率的路由識(shí)別為最佳路由并嘗試沿該最佳路由在源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)之間建立通信通路；一個(gè)存儲(chǔ)裝置，與處理器連接用于存儲(chǔ)鏈路狀態(tài)變量；和一個(gè)發(fā)射機(jī)，與處理器連接，處理器利用該發(fā)射機(jī)在嘗試期間向遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，以建立通信通路。
10.一個(gè)通信系統(tǒng)，它具有能與相鄰節(jié)點(diǎn)建立通信鏈路的多個(gè)節(jié)點(diǎn)和一個(gè)或多個(gè)路由選擇控制器，其特征在于，所述的一個(gè)或多個(gè)路由選擇控制器，包括一個(gè)接收機(jī)，接收在源節(jié)點(diǎn)與目的節(jié)點(diǎn)之間建立通信通路的請(qǐng)求；一個(gè)處理器，與該接收機(jī)連接，該處理器建立在源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)之間的一個(gè)潛在路由的路由表，為該路由表中的潛在路由識(shí)別鏈路表，根據(jù)鏈路狀態(tài)變量確定該鏈路表中通信鏈路的鏈路剩余容量，通過識(shí)別潛在路由的最小鏈路剩余容量確定各潛在路由的路由瓶頸值，將具有最高路由瓶頸值的路由識(shí)別為最佳路由，和嘗試沿該最佳路由在源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)之間建立通信通路；一個(gè)存儲(chǔ)裝置，與處理器連接，用于存儲(chǔ)鏈路狀態(tài)變量；和一個(gè)發(fā)射機(jī)，與處理器連接，該處理器利用該發(fā)射機(jī)在嘗試期間向遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，以建立通信通路。
全文摘要
一種在源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)(202)之間(其中具有多個(gè)可用路由)自適應(yīng)的路由選擇的裝置和方法。當(dāng)收到呼叫結(jié)束請(qǐng)求或呼叫到達(dá)請(qǐng)求時(shí)(306、310)，監(jiān)視(302)和更新(308)鏈路狀態(tài)變量。當(dāng)接收到一個(gè)呼叫到達(dá)請(qǐng)求時(shí)(310)，通過對(duì)每個(gè)潛在路由的鏈路狀態(tài)進(jìn)行估計(jì)，選擇一個(gè)最佳路由(312)。在該最佳路由上嘗試呼叫(314)，如果該呼叫不成功(318)，使用下一最佳路由嘗試該呼叫(314)，以此類推。
文檔編號(hào)H04L12/56GK1122079SQ9510992
公開日1996年5月8日 申請(qǐng)日期1995年7月4日 優(yōu)先權(quán)日1994年7月5日
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