基于关键节点的域内路由保护算法

随着互联网规模的膨胀,大量的实时应用部署在互联网上,这些实时应用对网络时延提出了更加严格的要求。然而,目前互联网部署的域内路由协议无法满足实时应用对网络时延的要求,因此提高域内路由可用性成为了一项亟待解决的关键性科学问题。学术界和工业界提出利用路由保护方案来提高路由可用性,从而减少由于网络故障造成的网络中断和报文丢失。已有的路由保护方案将网络中的节点同等对待,没有考虑节点在网络中的重要程度,然而实际情况并非如此。因此,提出了一种基于关键节点的域内路由保护算法(Intra-domain Routing Protection Algorithm Based on Critical Nodes,RPBCN)。首先,建立路由可用性模型,以定量衡量路由可用性;其次,建立节点关键度模型,以定量衡量网络中节点的重要程度;最后,基于路由可用性模型和节点关键度模型,提出基于关键节点的域内路由保护方案。实验结果表明,RPBCN在保证路由可用性的前提下极大地降低了算法的计算开销,从而为ISP解决路由可用性问题提供了一种全新的高效解决方案。     

基于节点多样性的域内路由保护算法

已有的路由保护方案都没有考虑网络中节点的重要程度,然而在实际网络中不同节点在网络中的重要程度是不相同的。针对该问题,提出一种基于节点多样性的域内路由保护算法（intra-domain routing protection algorithm based on node diversity,RPBND）。计算节点构造以目的为根的最短路径树（shortest path tree,SPT）,从而保证RPBND算法和目前互联网部署的路由算法的兼容性;在该最短路径树的基础上构造特定结构的有向无环图（directed acyclic graph,DAG）,从而最大化路由可用性。实验结果表明,RPBND极大地提高了路由可用性,降低了故障造成的网络中断时间,为ISP部署域内路由保护方案提供了充分的依据。     

无线传感器网络一种不相交路径路由算法

无线传感器网络经常被用来采集物理数据,监测环境变化.由于低功耗无线通信不确定性、链路质量不稳定性以及节点失效等问题,传感器网络很容易导致路由数据包丢失.为了提高网络路由的可靠性,人们提出多路径路由算法.多路径路由中源节点到目的节点的多条路径可能含有公共节点,或者公共边,如果公共节点或者公共链路失效,则这个数据包也丢失,因此又有人提出不相交多路径路由算法.不相交多路径路由算法又分为链路不相交多路径路由算法和节点不相交多路径路由算法.提出了一种不相交路径路由算法,可以将感知节点采集到的数据通过不相交路径传送到汇聚节点,提高路由的可靠性.而且,这个算法还可以很方便地应用到多Sink节点的网络当中.该路由算法用到的路由表大小为|K|,其中|K|表示路径数.算法的运行时间复杂度是O(|L|),其中|L|表示网络中的边数.     

一种适合低连接度拓扑的集中式保护路由机制

在集中式路由中,由路由控制平台统一计算路由表进行分发,路由器不再具备决策能力,需要预先构建一种具备保护功能的路由机制,使得路由器的下游路径失效后都有立即可用的备份路径,确保报文的最小损失,已有的集中式保护路由机制在低连接度拓扑上保护效果不佳.为了解决该问题,提出了一种适合低连接度拓扑的集中式域内保护路由机制,允许失效处的相邻节点在没有可用路径时将报文返回至其上游节点,由有可用备份路径的上游节点通过备份路径发送,确保单个节点或连接失效后报文的最小损失.证明了为给定拓扑构建最优保护路由的问题是一个NP-hard问题,并且提出了解决该问题的三阶段启发式算法.在各种类型的拓扑中验证了启发式算法的性能.实验结果表明,该方法优于已有保护路由方案.     

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.     

MANET中一种新QoS路由技术的研究

移动AdHoc网络（MANET）支持QoS保证的能力,受限于无线介质的带宽和节点的移动特性。由于节点的移动,网络拓朴频繁发生变化,一旦节点移动,当前的路由就很容易失效,从而造成通讯中断,这种情况就是链路失效。QoS路由是MANET获得端到端QoS保证的第1步。然而,拓朴变化造成的链路失效状况的存在,使得路由的可靠性对于QoS路由而言非常重要。为使链路失效造成的影响最小,找到生存时间长并且可靠性高的路由就显得尤为重要。提出了一种在MANET中支持Oos路由,并能较好解决链路失效状况的方案。该方案定义了一种新机制,在执行时类似表驱路由协议,通过利用主路径上被共享的邻居节点信息,为主路径上各个独立的子路径预备了可替换的路径。     

一种链路不相交的多约束QoS路由算法

针对波分复用技术中的网络路由问题,提出一种满足多个QoS约束的基于链路保护机制的路由算法,该算法通过图论的有关性质得到满足带宽、时延2个QoS约束条件的源与目标节点对间的所有路径及其最短链路不相交相似路径,从而使高实时性网络得到更好的优化。     

基于双转发机制的车载自组织网络路由算法

在车载自组织网络(VANET)中,节点高速移动性与动态拓扑快速变化会引起控制开销大、链路不稳定等问题.利用节点的位置、运动速度等信息,提出一种基于双转发机制的VANET路由算法.在路由寻路阶段,运用方向转发、动态概率转发限制路由请求(RREQ)包的洪泛广播.在路由回溯阶段,运用链路预测机制,选择路径失效时间最大的路径作为传输路径.在路由维护阶段,设置定时器,在路径断裂前触发新的路由寻路,寻找新路径替换即将断裂的旧路径.实验结果表明,与链路时间预测-按需路由算法以及无线自组织网络按需距离向量路由算法相比,该算法在转发的RREQ包数量、平均端到端延迟、传输吞吐率及报文投递率方面的性能较好.     

基于路由生命期的动态源路由协议

无线Ad hoc网络拓扑结构的频繁变化以及无线信道的不稳定,使得如何提高路由可靠性成为无线Ad hoc网络路由协议研究的主要目标之一.在动态源路由协议(Dynamic Source Routing,以下简称DSR)基础上提出一个新的基于路由生命期估计的Ad hoc网络路由协议,REBDSR(Route-lifetime Estimation Based Dynamic Source Routing).该协议通过对链路状态预测估计路由生命期;路由发现算法同时使用路由生命期、路由跳数作为路径选择参数;当路由上的链路进入危险期后,启动主动式路由维护机制,发送路由失效警告以保证快速路由切换.REBDSR还以路由生命期为超时值进行路由缓存管理,解决了DSR路由缓存中存在较多过时路由的问题.大量仿真实验表明:在网络中载和重载情况下,REBDSR协议的整体性能要优于DSR协议,特别是在节点运动频繁的网络中,REBDSR协议的性能优势更为明显.     

基于子网的E-2DMesh网络容错单播路由算法

基于k-E-2DMesh子网连通概念和局部信息,提出分布式E-2DMesh网络容错单播路由算法。对算法容错性进行概率分析,假设每个节点具有独立的出错概率,推导出路由算法成功返回由正确节点组成路径的概率。推理结果表明,对于规模较大的E-2DMesh网络,当k值为3而节点出错概率小于0．03％时,该算法找到正确节点所组成路径的概率大于等于99％。其具有线性时间复杂性,构造的路由路径长度接近2点间最优路径长度。     

基于软件定义网络的域内路由保护方案研究

软件定义网络（SDN）是一种将控制平面和转发平面分离的新型网络体系结构。由于其灵活性和可控性得到了业界的青睐。然而,目前SDN采用最优路径转发报文,很难应对网络中频繁出现的节点或者链路故障。因此,为了提高SDN网络的可用性,提出了一种基于软件定义网络的域内路由保护方案（intra-domain routing protection scheme based on software defined network,RPBSDN）。该方案可以为网络中的每个源-目的对计算出多个备份下一跳,利用节点加入到最短路径树的偏序关系来保证转发路径没有路由环路。实验结果表明,该方案不仅具有较小的计算复杂度,而且大大提高了网络的可用性。     

基于NPV广义超立方体最佳容错路由算法

在网络可靠性研究中,设计较好的容错路由策略、尽可能多地记录系统中最优通路信息,一直是一项重要的研究工作.超立方体系统的容错路由算法分为可回溯算法和无回溯算法.一般说来,可回溯算法的优点是容错能力强:只要消息的源节点和目的节点有通路,该算法就能够找到把消息传递到目的地的路径;其缺点是在很多情况下传递路径不能按实际存在的最短路径传递.其代表是深度优先搜索(DFS)算法.无回溯算法是近几年人们比较关注的算法.该算法通过记录各邻接节点的故障信息,给路由算法以启发信息,使消息尽可能按实际存在的最短路径传递.这些算法的共同缺点是只能计算出Hamming距离不超过n的路由.在n维超立方体系统连通图中,如果系统存在大量的故障,不少节点对之间的最短路径大于n,因此,这些算法的容错能力差.提出了一个实例说明采用上述算法将遗失60%的路由信息.另外,由于超立方体的结构严格,实际中的真正超立方体系统不多.事实上,不少的网络系统可转换为具有大量错误节点和错误边的超立方体系统.因此,研究能适应具有大量错误节点和错误边的超立方体系统的容错路由算法是一个很有实际价值的工作.研究探讨了:(1) 定义广义超立方体系统;(2) 在超立方体系统中提出了节点通路向量(NPV)概念及其计算规则;(3) 提出了中转点技术,使得求NPV的计算复杂度降低到O(n);(4) 提出了基于NPV的广义超立方体系统最佳容错路由算法(OFTRS),该算法是一种分布式的和基于相邻节点信息的算法.由于NPV记录了超立方体系统全部最优通路和次最优通路的信息,在具有大量故障的情况下,它不会遗漏任何一条最优通路和次最优通路信息,从而实现了高效的容错路由.在这一点上,它优于其他算法.     

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。     

一种基于分治策略的多路径Ad Hoc路由协议

在无线自组织网络(MANET)中,比起单路径路由协议,多路径路由协议提供了更好的可靠性、容错性、负载平衡等,并且提供较小的端对端延迟、提供较大的有效总带宽;但是,当网络规模较大、通信节点之间相距较远时,多路径路由协议的开销会很大,多路径的条数也减少.针对这一问题,提出了一种基于分治思想的多路径路由协议(DCMR).当通信节点之间必须经过的节点较多时,将这些节点划分为较小的节点集,对各个节点集分别进行路径查找及维护.模拟实验表明,该协议明显提高了路由寻径效率,减小了网络维护开销,并且实现简单,更具实用性.     

Mesh网络路由算法容错性的概率分析

该文基于k-Mesh子网的概念提出了两个简单的基于局部信息和分布式的Mesh网络容错路由算法，并对其容错性进行概率分析；在每个结点具有独立的出错概率的假设条件下，推导出路由算法成功返回由正确结点组成的路径的概率．该文运用严格的数学推理，证明了Mesh网络结点出错概率只要控制在1．87％以内，则对于多达几十万个结点的Mesh网络，提出的路由算法具有99％的概率确保找到正确结点组成的路径．路由算法的时间复杂性是线性的．模拟结果表明路由算法所构造的路由路径长度非常接近于两结点之间的最优路径长度．     

点对点网络容错路由算法的概率分析

基于网络中结点错误概率 ,提出一种新的概率分析方法 ,对网络中点对点的路由算法的容错性概率、路径长度、算法复杂性进行严格的推导 .以超立方体网络为分析的网络拓扑 ,提出在其上的一个路由算法 .分析表明 :在所有实际规模的超立方体网络中 (其结点数可以高达十亿个 ) ,在相当大的结点出错概率 (可高达 8% )的情况下 ,路由算法可达到 99.9%的成功概率     

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%。