LFA算法的一种高效实现方法

研究表明,网络中的故障不可避免而且频繁出现.当故障发生时,目前互联网部署的域内路由协议需要经历收敛过程.在此过程中,路由信息可能不一致,从而导致报文丢失,降低了路由可用性.因此,业界提出了利用LFA（loop free alternates）应对网络中发生的单故障情形,从而提高路由可用性.然而,已有的LFA实现方式算法时间复杂度大,需要消耗大量的路由器CPU资源.针对该问题严格证明了当网络中出现单故障时,只需要为特定的节点计算备份下一跳,其余受该故障影响节点的备份下一跳和该特定节点的备份下一跳是相同的.基于上述性质,分别讨论了对称链路权值和非对称链路权值中对应的路由保护算法.实验结果表明：与LFA相比较,该算法的执行时间降低了90%以上,路径拉伸度降低了15%以上,并且与LFA具有同样的故障保护率.     

一种基于转发图的域内路由保护算法

业界提出利用路由保护算法来解决网络中的故障问题,然而已有的路由保护算法存在4个方面的问题：1）无法应对网络中所有可能的单故障情形;2）需要额外辅助机制的协助;3）不支持增量部署;4）每个结点存储多个到达目的地址的备份下一跳.提出一种基于转发图的域内路由保护算法（an intradomain routing protection algorithm based on forwarding graph, RPBFG）来解决这4个问题.首先建立了以最大化故障保护率为目标、以转发图包含反向最短路径树为约束条件的路由保护模型;然后提出了利用遗传算法构造满足上述目标的转发图;最后根据构造的转发图计算出所有结点到达目的结点的备份下一跳.在11个真实拓扑结构中比较了RPBFG,NPC,U-turn,MARA-MA,MARA-SPE在故障保护率和路径拉伸度的性能.实验结果表明,RPBFG可以应对网络中所有可能的单故障;在平均路径拉伸度方面,RPBFG比NPC,U-turn,MARA-MA,MARA-SPE分别降低了0.11%,0.72%,37.79%,36.26%.     

基于软件定义网络的高故障保护率的路由保护方案

软件定义网络(Software Defined Network, SDN)以其强大的可编程性和集中控制的优势得到了学术界的广泛关注。现有的SDN设备在执行报文转发时仍然使用最短路径协议，当最短路径中的结点发生故障时，网络仍然需要重新收敛，在此期间报文可能会被丢弃，进而无法传递至目的结点，给实时性应用的流畅性造成了冲击，影响用户体验。学术界普遍采用路由保护的方案来应对网络故障，现有的路由保护方案存在以下两个方面的问题：(1)故障保护率低；(2)当网络出现故障时，备份路径可能会出现路由环路。为了解决上述两个问题，首先提出了备份下一跳计算规则；然后基于此规则设计了一种软件定义网络下的高故障保护率的路由保护算法(Routing Protection Algorithm with High Failure Protection Ratio, RPAHFPR),该算法融合了路径生成算法(Path Generation Algorithm, PGA)、旁支优先算法(Side Branch First Algorithm, SBF)和环路规避算法(Loop Avoidance Algorithm, L...     

一种线性时间复杂度的高效路由保护方法

如何高效快速地应对网络中的故障是设计路由协议的基本要求和主要任务。由于动态路由协议在应对网络中的故障时,在协议动态收敛的过程中将会有大量的报文被丢弃。因此,目前路由器厂商普遍采用路由保护方法来克服网络故障,在众多的路由保护方法中,DC（downstream criterion）规则是一种被普遍认可的方法。然而,已有的实现 DC规则算法的时间复杂度普遍较高,并且复杂度随着网络节点平均度的增加而迅速增加。为了应对上述问题,提出一种线性时间复杂度的高效路由保护方案ERPLR（an efficient routing protection method with linear time complexity）,该方法首先提出了备份下一跳计算规则,然后在已有最短路径树的基础上,根据备份下一跳计算规则为所有的源目的节点对计算备份下一跳。在计算备份下一跳的过程中,每个节点和其邻居最多被访问一次,因此ERPLR的时间复杂度为O（V+E）。实验结果表明,与已有的实现DC规则相比较,ERPLR在故障保护率和路径拉伸度两个度量指标结果相似的情况下,在真实网络拓扑和模拟拓扑中,ERPLR分别降低了大约74.93%和78.91%的计算开销,该方法可以极大地降低DC规则的计算开销。     

基于逐跳方式的单链路故障保护算法

当网络中的某条链路出现故障时,互联网部署的域内路由协议需要重新收敛,在收敛过程中经过该链路的报文将会被丢弃。针对该问题,IETF(the Internet Engineering Task Force)提出了快速重路由保护框架,利用该框架可以有效地解决网络中单链路故障造成的报文丢失问题,然而该方案并不能完全保护网络中所有可能的单链路故障。基于该框架研究者提出了一种基于隧道的解决方案,该方案虽然可以提供100%的单链路故障保护,但是需要辅助机制的协助,开销较大,难以实际部署。因此,提出了一种基于逐跳方式的针对单链路故障的全保护方案,该方案可以解决网络中任意的单链路故障造成的报文丢失问题。     

Segment Routing体系结构中的域内路由保护方案

学术界和工业界提出利用路由保护方案来提高域内路由协议应对故障的能力，从而加速网络故障恢复，降低由于网络故障引起的网络中断时间。目前互联网普遍采用的路由保护方案包括LFA和U-turn，由于它们的简单和高效，受到了互联网服务提供商的支持，但是这两种方案的单链路故障保护率较低。因此，段路由（Segment Routing，SR）被提出解决上述两种方案存在的问题，已有的针对SR的研究主要集中在其体系结构和应用场景。研究如何在SR中计算segments，将该问题表述为一个整数线性规划问题，提出一种两阶段的启发式算法（Two Phase Heuristic Algorithm，TPHA）求解该问题，将算法在不同网络拓扑中进行了模拟。模拟结果表明，TPHA的单链路故障保护率远远高于LFA和U-turn的单链路故障保护率。     

基于节点偏序关系的路由可用性框架研究

为了维护路由可用性,需要采取一定的路由保护策略来防止网络故障可能对网络造成的影响。因此,提出了一种基于节点偏序关系的路由可用性框架,该框架首先利用节点之间的偏序关系构造有向无环图,然后根据构造的有向无环图为每个节点计算备份下一跳节点。在此框架基础上,根据节点之间的偏序关系提出了四种路由保护方法。实验结果表明,四种路由保护算法都拥有较高的故障保护率,能有效降低故障造成的网络中断,在真实拓扑中故障保护率可以到达89.76%,在模拟拓扑中故障保护率达到98.995%,几乎接近100%。     

基于混合软件定义网络的单节点故障保护方法

软件定义网络(Software Defined Network,SDN)是由美国斯坦福大学Clean Slate课题组提出的一种新型网络体系架构,该架构通过解耦控制平面和转发平面的功能来实现网络流量的灵活转发。但是,由于经济开销和技术条件的限制,互联网服务提供商的骨干网必定长期处于传统设备和SDN设备共存的混合SDN状态。因此,在混合SDN网络中研究应对单节点故障情形的路由保护方法是一个关键的科学问题。文中首先描述了混合SDN网络中应对单节点故障情形时需要解决的问题,然后通过两种启发式方法来解决该问题,最后在真实拓扑结构和模拟拓扑结构中对提出的启发式算法进行测试。实验结果表明,在传统骨干网中,仅需要将一小部分传统设备升级为SDN设备,所提算法就可以应对网络中所有可能的单节点故障情形。     

基于最短路径搜索序列编码的多下一跳路由

多下一跳路由较之单下一跳路由有许多天然的优势,通过分析现有多下一跳路由实现机制下的路由算法,提出了基于最短路径搜索序列编码的多下一跳路由.针对SPT(shortest path tree)路由实现机制无法利用等距离邻居节点之间链路的问题,提出了采用Dijkstra算法对网络节点编码赋值的思想.该方法可以对节点进行严格有序的赋值,规范了链路传输方向,有效地避免了环路,提高了网络资源利用率.仿真分析结果表明了该算法的可行性和有效性.     

基于有故障区域的Mesh网络目标结点间的最短路由算法

Mesh网络是较早研究的且现在仍然是最为重要的、最有吸引力的网络模型之一。因其结构、规则简单及良好的可扩展性,易于VLSI(超大规模集成电路)的实现,网格(Mesh)网络不仅成为了许多理论研究的基础模型,而且也是许多大型多处理器并行计算机系统所采用的拓扑结构。给出了两种故障情形下的最短路由算法:1)当Mesh的行数大于等于3且列数大于等于3、出现一个矩形故障区域时,给出了任意两个无故障结点间的最短路由算法,并且计算出了路径长度；2)当Mesh的行数≥3且列数≥3、某个结点及其k跳以内的邻居结点出现故障时,给出了任意两个无故障结点间的最短路由算法,并且计算出了路径长度。     

基于最小路径交叉度的域内路由保护方案

已有的路由保护方案面临下面两个问题：（1）默认路径和备份路径包含的公共边数量较高,如ECMP和LFA等;（2）为了计算两条包含公共边数量较少的路径,限制默认路径不能使用最短路径,如红绿树方案等.针对上述两个问题,首先将计算默认路径和备份路径描述为一个整数规划问题,然后提出采用启发式方法求解该问题,接着介绍了转发算法,最后通过仿真实验和真实实验对算法进行了测试.实验结果表明,该算法不仅具有较低的计算复杂度,而且可以降低默认路径和最短路径包含的公共边的数量,提升网络可用性.     

周期性移动公交车载网络路由协议

公交车载网络作为城市车载网络中的重要组成部分,由于具有周期性移动规律,能为城市车载网络的大范围通信提供支撑,而复杂的城市道路环境给公交车载网络的高效可靠路由协议带来了极大的挑战。针对具有周期运动特征的公交车载网络,设计单跳与实时改进的多跳路由协议SRMHR,保证单跳转发的链路生存时间以及多跳转发有限延时内的提交概率;根据城市信号传播衰减特征和车辆移动模型设计单跳链路筛选机制,并结合改进的多跳延时相关概率转发模型,保证公交转发的高效、可靠。在城市交通模拟仿真平台上,结合微调的真实道路交通数据,分别测试了方案中信号衰减模型、不同车流密度下候选筛选以及红灯延时修正的性能参数,验证了方案中各环节的有效性;最后与SF和SW协议的性能进行了对比,结果表明SRMHR协议具有较高的数据传输成功率和较低的递交延时。     

BA-BGP:一种基于备份AS通告的域间路由协议

BGP协议通过触发全局、反应式收敛应对网络拓扑和策略变化,然而由于其收敛时间过长、收敛过程中大量AS经历不可达、环路,造成大量转发中断,难以支持VoIP、远程医疗等关键业务的应用。本文提出了一种基于备份AS通告的新型域间路由协议BA-BGP,在不影响BGP协议动态性的基础上,通过在更新报文中增加备份AS属性,使AS节点可以获取到达目标的备份AS地址,当节点面临瞬时失效时可将报文封装转发到与备份AS关联的路径,从而降低了转发中断。大量模拟实验证明,通过采用具有互联网特征的拓扑以及广泛采用的BGP策略,BA-BGP有效降低了链路失效引起的瞬时失效率与转发中断时间,增强了网络可靠性。     

Wait and Spray:一种改进的机会网络路由算法

灾难场景是机会网络重要的应用场景之一,在灾难场景下能量成为稀缺资源,高效转发数据包的同时尽可能减少节点能量消耗成为路由算法追求的目标之一,为此提出了Waitand Spray路由算法,该算法将数据包的转发过程分为Wait和Spray两个阶段,在不同阶段采用不同的路由策略。该算法具有W、K、M参数,恰当的参数设置可控制Spray阶段的泛洪程度,大幅提高算法性能。仿真结果表明,该算法可在获得高传输成功率的同时,大幅降低路由开销,是一种适合在能量稀缺场景下应用的路由算法。     

Trust-based minimum cost opportunistic routing for Ad hoc networks

Recently, opportunistic routing has received much attention as a new design direction. It can exploit the wireless broadcast and more highly reliable opportunistic forwarding, so as to substantially increase the throughput of network. Due to dynamic topology, distributed collaboration, limited bandwidth and computing ability, the absence of enough physical protection in Ad hoc networks, opportunistic routing is vulnerable to attacks by malicious nodes. In order to alleviate the malicious behaviors, we incorporate the concept of trust to Ad hoc networks, build a simple trust model to evaluate neighbors’ forwarding behavior and apply this model to opportunistic routing for Ad hoc networks. A new trusted opportunistic forwarding model is proposed by choosing the trusted and highest priority candidate forwarder, then a trusted minimum cost routing algorithm (MCOR) is formally formulated, the correctness and effectiveness of this algorithm from theoretical analysis are also approved. Finally, MCOR algorithm is verified by simulation using nsclick software and compared its performance with the classic protocols: ExOR, TAODV and Watchdog-DSR. The simulation results show that MCOR scheme can detect and mitigate node misbehaviors. Furthermore, MCOR scheme outperforms the other protocols in terms of: throughput, delay, Expected ETX, security-gains and cost of routing.     

基于关键网络状态的域内路由可用性研究

业界通常采用路由保护方案来提高域内路由可用性.然而已有的路由保护方案存在下面两个方面的问题:a)没有考虑网络中链路的失效概率,同等对待网络中所有的链路,事实上在互联网中,不同链路的失效概率是不同的,因此应该在路由保护方案中考虑链路的失效概率;b)将保护链路的数量作为设计目标,事实上方面某些链路出错的概率非常低,保护这些链路反而会增加开销,而另一方面某些链路出错的概率非常高,需要重点保护这些链路.因此应该将路由可用性作为路由保护方案的设计目标.针对上述两个问题,提出了一种基于关键网络状态的域内路由保护方案(RPBCNS),该算法首先通过链路失效概率计算出所有的关键网络状态,然后在每种关键网络状态下计算节点对之间相应的路径,保证节点对之间路径的多样性,从而使得尽可能多的节点对满足路由可用性需求.仿真实验将RPBCNS算法与主流算法ECMP、DC、path splicing分别在三个真实网络中进行对比,在网络可用性和节点对可用性满足率上RPBCNS的性能明显优于其他三种算法.仿真结果表明,RP-BCNS不仅具有较高的网络可用性,并且能够使得尽可能多的节点对满足路由可用性目标,更符合实时应用的实际需求.     

DTN中基于两跳ACK确认机制的备用副本转发算法

针对容迟容断网络(Delay/Disruption Tolerant Networks,DTN)在遇到路由空洞问题时缺乏有效回避路由空洞区域的方法,导致信息端到端传输时延较大的问题,提出一种基于两跳ACK确认机制的备用副本转发算法。消息在空洞区域无法传播时由上一跳节点寻找其他符合条件的节点,另辟路径转发消息,从而避开路由空洞区域。仿真实验结果表明,该算法在递交率、平均时延和网络开销方面表现优于Spray and Wait等对比算法,在车载自组网中具有很强的应用性。