基于链路关联度模型的绿色节能路由框架

随着信息技术的高速发展,互联网的规模逐渐增大,与此同时,网络的能耗也随之攀升。业界普遍采用关闭利用率较低的链路来降低网络能耗。然而,目前的网络节能方案并不能有效平衡能量节约率、计算开销和路径拉伸度三者之间此消彼长的关系。为了应对上述问题,文中提出了一种基于链路关联度模型的绿色节能路由框架。该框架支持不同的链路关联度模型,仅需要网络拓扑结构,而不需要网路中的实时流量矩阵,更易于在实际网络中部署。基于提出的链路关联度模型的绿色节能路由算法的框架,文中实现了链路行关联度算法LRC(Link Row Correlation)、链路列关联度算法LCC(Link Column Correlation)、链路行-列关联度算法LRCC(Link Row Column Correlation)和链路介数关联度LBC(Link Betweenness Correlation)4种不同的绿色节能路由算法。实验结果表明,在The Internet Topology Zoo公布的真实拓扑和由Brite模拟生成的拓扑中,LRC,LCC,LRCC和LBC的平均能量节约率比DLF算法的平均能量节约率高12.65%和7.17%,且它们的平均路径拉伸度比DLF算法的平均路径拉伸度低3.00%和13.75%。

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%.

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(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。

基于逐跳转发方式的单故障路由保护方法

业界提出利用LFA(loop free alternates)方案来应对网络中频繁出现的故障,然而LFA并不能保护网络中所有可能出现的单故障情形。针对上述问题,提出了一种基于逐跳转发方式的单故障路由保护算法SFRPA(single failure routing protection algorithm based on hop by hop forwarding)。SFRPA首先提出了三个无环路备份下一跳选取规则,然后制定了优先级队列的操作规则,最后利用优先级队列和无环路备份下一跳选取规则为所有源目的节点对计算出一个最优的备份下一跳。该算法具有支持逐跳转发、支持增量部署、保护网络中所有可能的单故障情形三个特征。实验结果表明,与经典的路由保护方案LFA、DMPA、TBFH和IAC相比较,SFRPA不仅可以应对网络中所有可能的单故障情形,并且具有较小的路径拉伸度。

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.

基于代数连通度的域内节能路由算法

通过节能路由算法减少网络能耗是网络中需要解决的一个关键性的科学问题。如今已有的节能方案都是在已知流量矩阵的前提下研究网络节能,由于实时流量难以获取,使得这些方案都难以在实际中部署。因此,文中提出一种基于代数连通度的域内节能方案(Intra-domain Energy Efficient Routing Scheme Based on Algebraic Connectivity,EERSBAC)。EERSBAC不需要网络中的实时流量矩阵,仅依靠网络中的拓扑结构就可以实现节能。首先,提出链路关键度模型,利用链路关键度模型计算出网络中所有链路的重要程度;然后,提出代数连通度模型,利用代数连通度模型可以定量的衡量网络的连通性能。实验结果表明,EERSBAC不仅能够降低网络能耗,而且具有较小的路径拉伸度。

基于网络熵的域内节能路由方案

减少网络能耗和建立绿色网络已经成为学术界和工业界研究的关键科学问题。已有的节能方案均在已知流量矩阵的前提下展开研究,但是获得实时流量数据并不容易。因此,文中研究了如何在未知流量矩阵的情况下降低网络能耗,提出了一种基于网络熵的域内节能路由方案(Intra-domain Energy Efficiency Routing Scheme Based on Network Entropy,EERSBNE),该方案通过关闭网络中的链路来实现节能的效果。首先提出了链路关键度模型和网络熵模型,然后根据链路关键度计算网络中所有链路的重要程度,最后根据链路的重要性和网络熵模型依次关闭网络中的链路。实验结果表明,该算法在降低网络能耗的同时不会引入较大的路径拉伸度。