就网络负荷而言优化的最短路径路由选择方法

摘要

本发明涉及一种就网络负荷而言优化的最短路径路由选择的方法。在此，从链路代价(LK(L))的初始值开始来计算针对网络内路由选择而言最短或最佳的路径(Pi(Z))。这些路径包括可能的路径替代。通过按照各条链路(L)的负荷来改变链路代价(LK(L))，最初所计算的路径(Pi(Z))的集合被减少成唯一路径(无路径替代)的组，所述组导致链路(L)的优化的负荷、即优化的网络负荷。本发明方法允许花费低地为就网络负荷而言优化的最短路径路由选择来确定路径。

权利要求

1.用于在由链路(L)所构成的通信网络中为就网络负荷以及针对通信网络所期望的通信业务量(VM)而言优化的最短路径路由选择来确定路径(Pj(Z))的方法，其中a)给链路(L)分配链路代价(LK(L))的初始值，b)为通信网络中的路由选择来计算就链路代价(LK(L))而言最佳的路径(Pi(Z))，c)为经由所计算的就链路代价(LK(L))而言最佳的路径(Pi(Z))的所期望的通信业务量(VM)的路由选择来确定通信网络的链路(L)的涉及链路通信业务负荷的参数(V(L))，d)按照为相应的链路所确定的参数(V(L))通过以下方式来改变各条链路(L)的链路代价(LK(L))，即相较于第二链路(L)具有更高参数值的第一链路(L)的链路代价(LK(L))相对于第二链路的链路代价(LK(L))被提高，e)为经由所计算的路径(Pi(Z))的路径子集(Pj(Z))的所期望通信业务量(VM)的路由选择来确定通信网络的链路(L)的涉及链路通信业务负荷的参数(V(L))，其中所述路径子集(Pj(Z))就被改变的链路代价(LK(L))而言是优化的，f)经历步骤d)和e)，直到在步骤e)中针对通信网络的链路(L)所确定的涉及链路通信业务负荷的参数(V(L))在所有链路(L)上的最大值高于在过去经历步骤d)和e)时的最大值为止，以及g)在最后经历步骤e)的一次时为确定涉及链路通信业务负荷的参数(V(L))而使用的路径子集(Pj(Z))被用于在通信网络中的路由选择。

2.如权利要求1所述的方法，

其特征在于，

在步骤b)中，为在通信网络中的路由选择来计算所有路径(Pi(Z))，其就链路代价(LK(L))的初始值而言是最佳的。

3.如权利要求1或2所述的方法，

其特征在于，

所述参数(V(L))通过绝对通信业务负荷、涉及链路带宽的相对通信业务负荷、在链路利用时所出现的与通信业务有关的代价、链路可用性、相应链路的传播时间、或者相应链路的端节点的容许负荷来给出。

4.如上述权利要求1-2之一所述的方法，

其特征在于，

所有链路(L)的链路代价(LK(L))的初始值被选择为相同的。

5.如上述权利要求1-2之一所述的方法，

其特征在于，

借助于ECMP(等价多路径)方法来计算路径(Pi(Z))。

6.如上述权利要求1-2之一所述的方法，

其特征在于，

链路代价(LK(L))的改变在于，将链路(L)的链路代价(LK(L))乘以系数，其中所述系数表示链路(L)的负荷相对于链路的平均负荷的尺度。

7.如权利要求1所述的方法，

其特征在于，

只有当附加地符合以下情况时才中止所述步骤f)中的方法，即在过去经历时路径子集(Pj(Z))不包含替代路径。

8.如权利要求7所述的方法，

其特征在于，

-借助于通信业务矩阵来描述所期望的通信业务量(VM)，并且-在经历时借助于小的随机数来如此改变通信业务矩阵，使得路径子集(Pj(Z))不包含替代路径。

9.如上述权利要求1-2之一所述的方法，

其特征在于，

借助于通信业务矩阵来描述所期望的通信业务量(VM)。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于在由链路所构成的通信网络中为就网络负荷以及对于通信网络所期望的通信业务量而言优化的最短路径路由选择来确定路径的方法。

本发明处于通信网络领域，并且尤其涉及基于分组的网络的领域方面。

背景技术

在数据网络或基于分组的网络(诸如基于IP(因特网协议)的因特网)中，目前大多使用所谓的单一最短路径路由选择方法。在例如OSPF(开放最短路径优先)和IS-IS(中间系统-中间系统)的这些方法中，给由链路所构成的网络的链路分配所谓的链路代价。在此也被称为度量标准。于是，按照该度量标准，在两个点或节点之间确定代价最有利的或最短的路径(Shortest Path)。该最短的路径是通过以下路径来给出的，所述路径具有针对组成路径的链路所累加的最少链路代价。一种很保守的选择是将每条链路的链路代价设置为相等的(例如，等于1)。由此，最短的路径(Shortest Path)是具有最少跳数或链路数的路径。
值得期望的是，在网络中尽可能均匀地加载所有链路。在网络中，均匀加载使相对于动态负荷变化的不灵敏性最大化，其中所述动态负荷变化既可能通过附加的通信业务量而产生，又可能通过链路故障而产生。以下方法是公知的，所述方法以高的编程和计算花费如此给网络中的链路分配代价，使得实现就通信业务分配而言最佳的路由选择。然而，这些方法通常花费如此大，以致在网络的所有路由器中的分布式实施是不合理的。因此，当今大多使用非最佳的链路代价、例如使用对所有链路或节点都相同的代价，其与链路的带宽成反比。链路代价的必要匹配通常手工地进行，这带来高的错误风险。因此，在实际网络中大多容忍次佳的通信业务分配。

发明内容

本发明的任务是，给出一种简单的用于为优化的最短路径路由选择来确定路径的方法。具体地，根据本发明的用于在由链路所构成的通信网络中为就网络负荷以及针对通信网络所期望的通信业务量而言优化的最短路径路由选择来确定路径的方法，其中：a)给链路分配链路代价的初始值，b)为通信网络中的路由选择来计算就链路代价而言最佳的路径，c)为经由所计算的就链路代价而言最佳的路径的所期望的通信业务量的路由选择来确定通信网络的链路的涉及链路通信业务负荷的参数，d)按照为相应的链路所确定的参数通过以下方式来改变各条链路的链路代价，即相较于第二链路具有更高参数值的第一链路的链路代价相对于第二链路的链路代价被提高，e)为经由所计算的路径的路径子集的所期望通信业务量的路由选择来确定通信网络的链路的涉及链路通信业务负荷的参数，其中所述路径子集就被改变的链路代价而言是优化的，f)经历步骤d)和e)，直到在步骤e)中针对通信网络的链路所确定的涉及链路通信业务负荷的参数在所有链路上的最大值高于在过去经历步骤d)和e)时的最大值为止，以及g)在最后经历步骤e)的一次时为确定涉及链路通信业务负荷的参数而使用的路径子集被用于在通信网络中的路由选择。
在本发明方法中，为就网络负荷而言优化的最短路径路由选择来确定路径(在本文献中通常也被称为通路)。在此，最短路径路由选择表示：根据度量标准来确定最短的路径。为了能够量化网络负荷而以所期望的通信业务量为出发点。该通信业务量在数学上例如借助于通信业务矩阵、也即为源点和目的地点设置要传送的通信业务量的矩阵来表述。通信业务矩阵的项可以根据经验值或所测量的值加以确定。在本发明方法中执行下列步骤：
a)给通信网络的链路分配链路代价的初始值。该初始值例如全部都相等并且具有一个数值(例如1)。
b)根据所述链路代价或通过其所给出的度量标准，为通信网络中的路由选择计算最佳路径。在该计算时有意义的是，考虑尽可能所有的最佳路径、亦即还有替代路径，并且将其用于进一步的处理。这种计算例如可以在每个路由器中为了可能的目的地借助于如OSPF或IS-IS的协议来进行。为了考虑替代路径，可以使用在OSPF协议范畴内所定义的ECMP(等价多路径Equal Cost Multi Path)方案，其中所述ECMP方案规定使用等效的替代路径。
c)借助于所期望的通信业务量，为所计算的最佳路径确定通信网络的各条链路的涉及链路利用或者链路通信业务负荷的参数。该参数例如通过各条链路的绝对通信业务负荷、涉及带宽的相对通信业务负荷、在链路利用时所出现的与通信业务有关的代价、链路可用性、相应链路的传播时间、或者相应链路的端节点的容许负荷来给出。
d)利用为各条链路所确定的参数来改变各条链路的链路代价，而且通过以下方式来改变，即相较于第二链路具有更高参数的第一链路相对于该第二链路得到了链路代价的提高。于是，该改变导致，较高负荷的链路变得“更贵”，也即具有较高的链路代价，并且因此按照最短路径路由选择不太强烈地被优选。链路代价的提高例如可以通过以下方式来进行，即将链路代价乘以系数，所述系数表示该特定链路的参数相比于参数的平均值的相对大小的尺度。
e)根据这些新的、按照参数所改变的链路代价来确定最初所计算的路径中的按照所改变的链路代价仍最佳的路径。然后，以所期望的通信业务量为出发点，为经由该路径的最佳子集的路由选择来确定通信网络的链路的涉及链路利用的参数。
f)链路代价的改变以及基于最佳路径子集对涉及链路利用的参数的确定被经历或重复，直到满足中止判据为止。该中止判据例如在于，该参数的最大的与链路有关的值比在过去经历时的值更大。因此，在过去经历时属于最佳通路子集的通路可以被用于网络内的路由选择。对于单一最短路径路由选择有意义的是，除了作为中止判据之外还要求：最佳路径子集不包含路径替代。可以强化路径子集的该特性，其方式是通过小的随机数改变对所期望的通信业务量进行描述的可能的通信业务矩阵，以便打破通路中的可能的对称。
g)然后，在步骤e)中已被标识的最佳路径的子集被用于通信网络中的路由选择。根据中止判据有意义的是，例如使用分别在最后步骤或倒数第二步骤中所确定的子集。
本发明方法是花费低的。仅在步骤b)中进行路径的计算。在本方法的范畴内，从这些路径中确定对均衡的通信业务分配最佳的路径。对于单一最短路径路由选择，本方法可以被如此理解，即从尽可能包括所有替代通路的最佳通路的集合中找出导致优化的通信业务分配的路径，其中不再允许路径替代。于是，该方法在一定程度上从例如借助于ECMP所确定的多路径路由选择引导到就通信业务分配而言优化的单路径路由选择。

附图说明

下面在实施例的范畴内根据附图更详细地说明本发明方法。
该图示出在本方法中所经历的步骤的流程图。

具体实施方式

网络的链路L的链路代价LK(L)利用值1被初始化。在下一步骤中，借助于在OSPF协议范畴内所定义的ECMP方法来计算按照由链路代价LK＝1所给出的度量标准最佳的所有通路Pi(Z)的集合。在OSPF协议时，通常在每个节点中进行该计算。在此，为每个节点确定通向目的地Z的最佳通路Pi(Z)，并且与此相应地确定用于将数据分组转发到该目的地Z的链路。借助于通信业务矩阵VM，为每条链路确定在该通路Pi(Z)上所传输的通信业务V(L)(在该实施例的范畴内，涉及链路利用的参数通过在每条链路上的通信业务来给出)。然后，按照以下公式来改变链路代价LK(L)：
$\mathrm{LK}\left(L\right)=\frac{\mathrm{LK}\left(L\right)\times V\left(L\right)}{\mathrm{Vav}}$
在此，Vav是链路上的平均通信业务负荷。在下一步骤中，考察通路或者路径子集Pj(Z)，其按照被改变的链路代价仍是最小的。也就是说，所述路径Pj(Z)的链路代价LK(Pj(Z))就从节点到相同的目的地Z的路径而言是最小的。根据通信业务矩阵VM为经由该路径子集Pj(Z)的路由选择来计算各条链路的通信业务负荷V(L)。链路代价的改变、最小路径子集Pj(Z)的确定、以及各条链路的通信业务负荷V(L)的计算被一直重复，直到满足以下中止判据为止：不再存在路径替代，也就是说，在倒数第二步中从每个节点到每个目的地Z仍只存在一条按度量标准是最佳的通路Pj(Z)，并且在当前步骤中，在所有链路上的通信业务负荷V(L)的最大值大于在以前步骤中的最大值。现在，倒数第二步骤的路径Pj(Z)以及倒数第二步骤中的链路代价LK(L)n-1被用于就通信业务分配而言优化的单一最短路径路由选择。