基于动态最短路径策略的多QoS路由算法Word下载.docx

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　　0引言

　　本文在基于多QoS路由模型的FallBack算法基础上用动态最短路径D*算法得出可能满足所有QoS需求的路径。

在一定程度上克服了由路由器所获得的状态信息不准确引起的问题。

在理想状态下，我们希望每个路由器都能拥有网络上所有链路最新的信息，这样才能保证其路由选择时作出最正确的决定，但是过于频繁的状态更新又会严重浪费网络资源。

为了解决这个问题，除了周期更新路由表以外，规定链路状态信息发生一定比例变化的时候，利用基于动态最短路径策略的多QoS路由算法更新路由表，其采用动态最短路径D*算法，可以只计算变化处附近局部节点，减少了计算量，从而做出新的最短路径选择。

算法根据网络的拓扑变化和流量的变化动态调整路由选择，从而更好地保证了网络的服务质量。

　　1多QoS路由模型

　　假设G=（V,E）表示一个网络，其中V表示节点集合，E表示边的集合。

V中的任一元素v表示网络中的一个路由器，E中的任一元素e表示网络中的一条通信链路。

G中的每条边e均具有多种QoS度量参数。

在多QoS路由选择问题中，同时满足不同性质的QoS是复杂的，因此，对不同性质的QoS约束条件分别进行最大最小化处理、加权处理和对数处理后，在进行路径选择时只包括加法性QoS，问题即可转换为在多加法性QoS机制下的路径选择。

将QoS路由问题经过变换可以转化为多目标决策问题。

　　在QoS路由选择目标中，决策空间X=（x\-1,x\-2,…,x\-n）分别对应业务类型、带宽、时延、链路长度、跳数、端口吞吐能力，端口缓冲能力，则目标函数f\-1（x）,f\-2（x\-2）,…,f\-n（x）分别代表路径P上端到端的可利用带宽函数，传输时延函数、时间抖动函数、网络资源消耗函数、成本函数、丢包率函数、链路利用率函数等。

得到QoS路由的一般表现形式：

　　[JZ（]（VOL）min∑[DD（]p[]i=1[DD）]w\+0\-if\-i（x）

　　s.t.f\-i（x）≤δ\-ii=1,2….px∈X[JZ）][JY]

（1）

　　其中，X为节点的链路属性，δ\-i为链路的一组临界指标，w\+0\-i为一组权值，一般应满足：

　　[JZ（]∑[DD（]p[]i=1[DD）]w\+0\-i或∏[DD（]p[]i=1[DD）]w\+0\-i=1[JZ）][JY]

（2）

　　2基于多QoS路由模型FallBack算法

　　2.1Dijkstra算法

　　Dijkstra算法的基本思想是按照路径长度递增的顺序来寻找最短路径，通过对路径长度迭代得到从源节点到目的节点的最短路径。

其可以简单描述为：

把图中所有节点分为OPEN和CLOSED两个集合。

OPEN保存所有已生成而尚未确定最短路径的节点，CLOSED保存已确定最短路径的节点。

按最短路径长度递增的顺序逐个把OPEN集合中的节点加到CLOSED集合中，且从源点S到CLOSED各节点的最短路径都不大于从源点S到OPEN中任意节点的最短路径长度，直到OPEN表为空或找到目标节点，算法结束。

　　Dijkstra算法是根据单个指标（路径长度）选择路径的，它不能直接用于多QoS约束路由，需对它进行扩展才能应用到多QoS约束路由中。

　　2.2基于多QoS路由模型FallBack算法

　　算法的基本思想是：

首先依据上面描述的多QoS路由模型综合考虑所有的QoS需求，将具有多个QoS参数约束的路由问题转化为单混合度量参数的路由问题。

令边的权值

　　[JZ（]w\-\{ij\}=∑[DD（]p[]i=1[DD）]w\+0\-if\-i（x）[JZ）][JY]（3）

　　其中i=1,2,….px∈Xp表示源节点的QoS需求的个数。

　　利用Dijkstra算法计算出可能满足所有QoS需求的路径P，然后针对每一个QoS需求对路径P进行检查，若满足每一个QoS需求，算法结束。

若存在不满足某些QoS需求的子路段则标记该路段，在路径P中删除标记的路段，余下的路段即为共同链路。

将路径P不满足的QoS需求根据其重要性依次对路径P进行修改，产生满足要求的子路段，最后合并共同链路与重新计算的子路段得到所求路径。

若找不到满足要求的子路段，调用FallBack算法对整个网络拓扑结构计算，找出满足要求的路径。

　　但是，当网络状态信息不断发生变化时，此算法不能快速做出反应，它需要重新计算整个网络的所有节点，以至于不能做出正确的路径选择。

　　3基于动态最短路径策略的多QoS路由算法

　　3.1算法的改进

　　本文在上述算法的基础上进行改进，提出基于动态最短路径策略的多QoS路由算法。

先用动态最短路径D*算法得出可能满足所有QoS需求的路径，再对路径进行检查并修补以满足所有的QoS需求。

采用动态算法可以在不影响准确性的情况下，减少计算量，对网络变化做出快速反应，找出理想的路径。

动态最短路径D*算法的思想是：

先用Dijkstra算法以组合权值计算出初始最短路径，信息沿初始路径向目标节点传输，只检查路径上下一节点或临近节点的变化情况。

当最短路径中的下一节点没有变化时，无需计算，信息向后传输即可；

当在一点探测到下一节点发生改变时，把下一节点放到OPEN集合中，取其中组合权值最小的节点，再遍历其邻居节点，找出邻居节点的子节点。

按照子节点指引传输信息，直到找到目标节点，得到的路径即为基于组合权值的动态最短路径。

　　3.2算法具体描述

　　Step1：

输入网络拓扑结构，QoS需求信息。

　　Step2：

若存在可用带宽等凹性参数，则根据QoS需求信息中的凹性参数对网络拓扑结构进行简化形成新的网络拓扑，否则转入Step3。

　　Step3：

依据多QoS路由模型将多QoS参数转化为单混合度量参数，作为链路代价，运用动态最短路径D*算法计算路径P。

　　先用Dijkstra算法规划初始路径，储存目标节点到各个节点的最短路径权值之和。

信息沿最优路径向目标节点传输，若发现下一节点没有变化，无需计算，信息向后传输即可；

当信息传输到C节点，发现C节点到D节点的路径权值发生变化时，把D节点放到OPEN集合中。

计算C到目的节点O的实际费用h（C），h（C）=d（C,D）+h（D）。

d（C,D）是C到D的新权值，并将C放入OPEN集合，取OPEN集合中各个节点X所采用过的权值之中的最小值k（X），若k（X）<

h（X），则路径代价增大；

若k（X）=h（X），则产生新路径；

若k（X）>

h（X）,则路径代价减小。

直到当k（X）大于等于h（C）时，C被移出OPEN集合，将权值变化传递给附近节点，附近节点的子节点也有可能发生变化，这样新的最短路径序列产生，直到找到目的节点O，得到的路径P即为基于组合权值的动态最优路径，返回路径P。

Step4：

网络拓扑结构，QoS需求信息，输入路径P。

依据每一个QoS需求，对路径P进行检查。

若满足所有的QoS需求，则执行Step6。

若路径P不满足某些QoS需求，则把这些QoS需求依照其重要性的顺序记录下来，执行Step5。

　　Step5：

根据记录的QoS需求依次对路径P进行修补，修补的过程分为以下两步：

（1）标定共同链路：

先根据一个QoS需求，在路径P中找出一个或多个该QoS指标的值最差或较差的链路，并记录下该链路的首尾节点。

以同样的方法依次找出其他QoS指标的最差链路，并记录其首尾节点。

然后在这些首尾节点中选择最靠近路径P的首尾节点、（p,q{0,1,2,…,QoSnum}）。

在路径P中删除不满足QoS需求并且参数性质最差的子路段，余下的路径就是共同链路。

（2）修改链路：

以u\-p、v\-q为源节点和目的节点重新构造网络拓扑，然后调用FallBack算法在小规模的网络中计算新的满足要求的子路段。

最后将共同链路与重新计算的子路径合并成最终的路径。

　　Step6：

算法结束。

　　4基于动态最短路径策略的多QOS路由机制在OSPF上的扩展

　　4.1链路状态广播（LSA）信息的改进

　　为了区别于标准OSPF中的LSA，添加两种LSA分别为路由器链路广播（RouterLinksAdvertisement）和链路摘要广播（SummaryLinksAdvertisement），用于携带QOS参数。

使用LSA中的TOS位来放置QOS参数，用Q-bit代替原来包头中的“OSPF选项”中的T-bit，LSA包的格式并不发生变化。

如果路由器能够识别Q-bit选项，当收到路由链路广播或链路摘要广播时，可以从中分析得到QOS参数并进行路由计算。

对于不能识别Q-bit选项的路由器，会忽视这个参数，不至于产生负面的效应。

　　4.2路由计算模块的改进

　　理想状况下，我们希望每个路由器都能拥有网络上所有链路最新的状态信息，当一个链路上的信息发生了巨大变化，在更新状态到来之前的一段时间其他路由器无法知道这一情况，从而会做出错误的路由决定，但是过于频繁的状态更新又会严重浪费网络可用带宽。

　　为了解决这个问题，可以采用一种综合性的更新机制，除了周期发送链路状态广播更新路由表之外，规定在链路状态信息组合权值发生一定比例（如比例为2）变化的时候，利用基于动态最短路径策略的多QoS路由算法更新路由表。

也就是说，如果一个链路状态信息在某个时刻的组合权值为A，在周期更新来临前，当链路状态信息组合权值小于A/2或者大于2*A时，利用本算法快速更新路由表。

有学者提出在链路状态信息发生变化时，发送链路状态更新广播，触发路由计算。

相比而言，本文提出的更新机制在一定程度上更加节省网络资源。

5结束语

　　本文主要提出一种基于动态最短路径策略的多QoS路由算法，它能够在网络拓扑结构的变化和流量变化的情况下，根据链路权值的变化选择路径时做出正确的判断，均衡负载并减小网络数据延迟和丢包率，从而满足了更高实时性和稳定性的服务质量要求。

将其应用到OSPF路由协议中，在周期更新来临前，若链路信息发生较大变化时，可以采用本算法动态更新路由表，从而在一定程度上节省了网络资源，扩展了OSPF路由协议的服务质量。

　　参考文献：

　　\[1\]杨云.基于TCP/IP的QoS路由算法的研究\[D\].南京：

南京理工大学,2003.

　　\[2\]LECWC,HLUCHYIMG,HUMBLETPH.RoutingsubjecttoQualityofserverconstrainsinIntegratedCommunicationNetwork\[J\].IEEE,Networks,1995（9）.

　　\[3\]杨云,徐永红,曹立鑫,等.FallBack+——一种多Qos约束路由算法\[J\].计算机应用,2003（4）.

　　\[4\]沈艳琳,李立夏.基于层次最短路径的FallBack路由算法\[J\].计算机与数字工程,2007（4）.

　　\[5\]范德会.基于多QoS路由模型的FallBack算法\[J\].科技论坛,2005（13）.

　　\[6\]杨云,徐永红,李千目,等.一种QoS路由多目标遗传算法\[J\].通信学报,2004

（1）.

　　\[7\]ANTHONYSTENTZ.OptimalandEfficientPathPlanningforPartially-KnownEnvironments\[C\].ProceedingsofIEEEInternationalConferenceonRoboticsandAutomation,1994.

　　\[8\]田鹏飞,王剑英.动态最短路径算法及其仿真\[J\].计算机仿真,2007（6）.

　　\[9\]赵世鑫,潘雪增,平玲娣.OSPF路由协议上的服务质量扩展\[J\].计算机应用,2003（9）.

　　MultipleQoSRouter-ControlAlgorithmBasedonDynamicShortestPathStrategy

　　Abstract:

Inordertomeettheneedsofdifferentapplicationsinnetwork,multipleconstraintconditionQoSroutingproblembecomethekeytoinformationtransmissionofnetworkmultimediatechnology.FallBackalgorithm,whichderivesfromDijkstrastrategy,isabasicalgorithmmainlyfocusingonmultipleQoSrouter-control.ThispaperintroducesaimprovementofFallBackalgorithm,thefirstuseofdynamicshortestpathalgorithmtocalculatetheshortestpath,andthenchecktheQoSrequirements,andfinallyadjustedtoobtaindynamicenvironmenttoensuretheoptimalpathwithmultipleQoSguarantee.Thealgorithmtoacertainextentovercametheproblemsthatcausedbyroutinginformationcannotgettheupdate,accordingtonetworktopologyandtrafficchangesdynamicallyadjusttheroutingsoastobetterensurethequalityofservice.FinallythisstrategyintoOSPFroutingprotocol,andputsforwardakindofcomprehensiveroutingupdatesmechanism.AtleastasmuchaspossibletomeettheQOSofnetworkloadonthelinkstateinformationrequest,whichextendstosomeextentthequalityofserviceroutingprotocolOSPF.

　　KeyWords:

QosRoute；

DynamicShortestPathAlgorithm；

FallBackAlgorithm；

OSPF