[发明专利]一种基于层次化IP网络坐标系统的路由选择方法

说明书

技术领域

本发明涉及计算机网络性能优化技术领域，尤其涉及一种基于层次化的IP网络坐标系统的路由选择方法。

背景技术

IP网络坐标系统能够利用部分节点间实测时延，预测出全网任意节点间的时延，与传统的直接测量方式相比(如Ping主动测量)，这种非直接测量的方法能快速获取网络时延，时间复杂度从O(N²)降到O(N)；并且可以采用几何方法相互独立地对网络时延进行存储和计算等操作，极大方便了获取时延。目前网络性能测量领域热点问题是快速获取时延，因为时延作为反映网络性能状况的重要指标，在网络性能优化中发挥着重要作用，如在EIGRP(增强网关内部路由协议)中，正是利用时延等进行负载均衡，为数据包的转发提供多条可选路径，避免网络拥塞、性能恶化。而如何利用IP网络坐标系统所具有的时延预测能力，为数据包的转发提供基于网络位置感知的路由决策，能够对优化网络应用提供新思路。

但是目前，传统的IP网络坐标系统仅具有时延预测能力，缺乏对其它网络性能信息的了解，如节点间路由跳数，对全网拓扑状况认识存在局限性，导致应用受限，表现为仅仅利用IP网络坐标系统所提供的时延信息，而节点并不了解相互邻接关系等缺陷，导致在为数据包进行路由转发过程中，节点并不知道数据包的下一跳出口地址，所以难以形成有效的路由转发路径。因此，传统IP网络坐标系统无法为数据包转发生成有效路径、难以实际优化网络应用。

发明内容

针对上述现有技术，本发明要解决的技术问题是提供一种改善传统IP网络坐标系统仅能预测时延，难以提供更多网络性能信息，导致对数据包路由转发效率低下的基于层次化IP网络坐标系统的路由选择方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种基于层次化IP网络坐标系统的路由选择方法，其特征在于，包括以下步骤：

①构建具有上下层次关系的全局坐标系统和局部坐标系统； 

②坐标信息共享

节点通过集中式方法或分布式方法共享彼此的全局坐标和局部坐标信息，在共享坐标信息时，节点通过IP数据报文中的TTL字段来获取路由跳数，路由选择表根据节点全局坐标系统信息和节点局部坐标系统信息形成反映全网拓扑结构的无向加权图，所述全网拓扑结构中包括节点间方向性关系、相对位置排序、路由跳数及节点间时延大小；

③IP数据包的路由转发

在路由选择表中，全局坐标从若干候选节点中，以选取相对位置最近的节点进行信息交互，并预测源节点与目的节点的方向性关系和相对位置排序，指引IP数据包的路由转发方向，局部坐标也沿此方向，通过预测节点间时延，为IP数据包选取最佳下一跳地址，局部坐标还结合路由跳数所了解的节点间路径及连通性，通过一系列局部坐标短距离时延预测累加达到长距离时延预测的目的，预测出至少一条时延代价最小的路径，IP数据包沿该时延代价最小的路径进行转发。

进一步地，所述全局坐标系统由可扩展性高、冗余通信量小的算法构建，所述局部坐标系统由时延预测精度高的算法构建。

进一步地，所述坐标信息共享的集中式方法包括以下步骤：

预先选取性能优越、网络带宽容量大的节点作为服务节点；

通过服务节点维护IP网络坐标系统信息，普通节点定期与服务节点进行信息交互，将其所知坐标信息告诉服务节点，服务节点负责整理，了解全网拓扑信息。

进一步地，所述坐标信息共享的分布式方法包括以下步骤：

节点定期将所知坐标信息告诉直接相邻节点，该相邻节点结合已有信息，完善对全网拓扑的认识。

进一步地，所述最佳下一跳地址的选取包括沿着以源节点与目的节点全局坐标为中心线的方向上，在弧度为R的扇形区域内，选取若干直接相连的邻居节点，并从中依据局部坐标来预测与候选中继节点时延值大小，以预测时延值最大、直接相邻的中继节点作为最佳下一跳地址。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：通过构建具有上下层次关系全局坐标系统和局部坐标系统并共享坐标信息，进一步了解全局拓扑状况，再相互配合来优化路由选择，即全局坐标预测节点的方向性和相对位置排序，确定数据转发的方向，而局部坐标结合路由跳数，精确预测节点间时延，找到最佳下一跳地址，搜索路由转发路径，从路由选择表的无向加权图中预测出至少一条时延代价最小路径与远端节点进行数据交互，沿此路径进行IP数据包的转发以达到优化网络应用的目的。