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CN101883293A - 在邻接节点间多边条件下实现k优路径算法的方法及装置 - Google Patents

在邻接节点间多边条件下实现k优路径算法的方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种在邻接节点间多边条件下实现K优路径算法的方法及装置,记录原始的拓扑信息到拓扑结构中备份;如果两节点间有n条原边,除权重最短的那条原边以外,在其余n-1条原边上分别增加假节点,将原有的节点间的整条原边分成两个子段;每一子段形成为一新边,新边的权重通过拆分原边的权重得到;根据新修订的拓扑信息,计算指定节点间的K优路径;依次对算出的K优路径中的每一路径进行检查:将属于假节点、新边的hop跳跃,还原成备份拓扑结构中记录的原始的拓扑结构数据;其中n≥2。本发明通过虚拟假节点和拆分相关原边,使各边都能够参与到K优路径的算法计算中,K优路径算法的结果准确可靠,能够计算出拓扑中真正的K优路径。

Description

在邻接节点间多边条件下实现K优路径算法的方法及装置
【技术领域】
本发明涉及通信领域,特别涉及其中的路由技术。
【背景技术】
K优路径算法是一种解决在网络图拓扑中获得指定的源到目的节点的多条路径问题的算法,通过该算法可以在网络图拓扑中获得路径权重和由小到大排序的K条路径。K优路径算法作为一种很实用的算法,被广泛应用到交通运输、通信路由计算、人工智能、经济理论研究、数学应用等领域,具备很高的应用价值,并能够给使用者带来巨大的经济利益。长期以来,国内外学术界对K优路径算法都进行了广泛、深入的研究,旨在改善和提高算法的效率,尽可能的减少算法的时间与空间复杂度,先后涌现了诸多的迥异K优路径算法。
近年来,随着光传送网波长交换光网络(WSON)技术的迅猛发展,K优路径算法正被越来越多地应用到解决路由波长分配(RWA)算法的路由问题中来。由于RWA本身具有非确定型多项式的特征,其所包含的路由的R过程和波长分配的WA过程要分为两步实现。目前的WSON传送网的WA波长分配过程,往往不是全波长交换的,由于面临传送节点有阻交叉约束的限制,需要在R路由的计算过程中,提供K优条可替代路由,以防止在选定路由上WA波长分配失败后,提供可替换的路由以进行再次的WA波长分配过程。在RFC4655、RFC4657中着重描述了路径计算单元(PCE)作为通用多协议标记交换技术(GMPLS)的路径计算单元的功能以及架构,而满足邻接点间多边条件下的K优可替代路由问题正是PCE在WSON有阻交叉条件下需要具备的功能。
在以往的K优路径算法文献中,研究人员往往都仅关注算法的执行效率,研究的重点通常是怎样降低算法的时间和空间复杂度。但对于如何在千差万别的网络拓扑场景下实现K优路径算法,很少有文献做过深入细致的归纳与总结。在WSON的组网环境、尤其是在多维可重构型光分插复用设备(ROADM)的拓扑应用中,经常会有邻接节点间多条链路的场景出现。不幸的是,目前已知的诸多K优路径算法,通常要求图拓扑具备一定的先决条件:
1.边的个数m>=节点的个数n;
2.边的权重w>0,且如果拓扑图是无向的,要求边的双向权重相等;
3.对图拓扑是有向、还是无向的要求:有些K优路径算法明确要求仅适用于有向图;
4.任意两点间的路径不允许成环,也就是路径中不包含重复节点;
5.K路径算法一般基于图拓扑的定义实现:针对邻接点间的边,对于无向图而言,仅限于一条双向边;而对于有向图而言,仅限于正、反方向至多各一条边(或某个方向上有边,而另一个方向的边不存在);
K优路径算法在上述的先决条件下实现时,通常适用于K优路径算法计算的图拓扑场景如附图1所示。
而现实应用中,往往会遇到邻接节点间多边的情况,如附图2所示。此时,通常的K优路径算法无法将邻接节点间多出的其他边考虑到算法中来,只能保留邻接节点间的一条边参与算法计算,其他边做屏蔽处理,不参与算法计算,这样算出的“K优路径”并不是拓扑中真正的K优路径。
【发明内容】
本发明的主要目的是:提供一种解决邻接节点间多边条件下的K优路由算法问题的方法及装置。
为此,本发明提出了一种在邻接节点间多边条件下实现K优路径算法的方法:记录原始的拓扑信息到拓扑结构中备份;对原始的拓扑信息进行改造,如果两节点间有n条原边,除权重最短的那条原边以外,在其余n-1条原边上分别增加假节点,将原有的节点间的整条原边通过假节点分成两个子段;每一个子段形成为一条新边,新边的权重通过拆分原边的权重得到;根据新修订的拓扑信息,计算指定节点间的K优路径;依次对算出的K优路径中的每一条路径进行检查:将属于假节点、新边的hop跳跃,还原成备份拓扑结构中记录的原始的拓扑结构数据;其中n≥2。
上述方法中,如果两节点间有n条原边,除权重最短的该条原边以外,在其余n-1条原边上分别增加一个假节点,将原有的节点间的整条原边分成两个子段;所述新边的权重由原边权重均分得到。
同时,本发明提出了一种在邻接节点间多边条件下实现K优路径算法的装置,在邻接节点间多边条件下实现K优路径算法时,包括如下步骤:记录原始的拓扑信息到拓扑结构中备份;对原始的拓扑信息进行改造,如果两节点间有n条原边,除权重最短的那条原边以外,在其余n-1条原边上分别增加假节点,将原有的节点间的整条原边通过假节点分成两个子段;每一个子段形成为一条新边,新边的权重通过拆分原边的权重得到;根据新修订的拓扑信息,计算指定节点间的K优路径;依次对算出的K优路径中的每一条路径进行检查:将属于假节点、新边的hop跳跃,还原成备份拓扑结构中记录的原始的拓扑结构数据;其中n≥2。
上述的在邻接节点间多边条件下实现K优路径算法的装置,如果两节点间有n条原边,除权重最短的那条原边以外,在其余n-1条原边上分别增加一个假节点,将原有的节点间的整条原边分成两个新边。
本发明的方法及装置,在邻接节点间多边条件下,通过虚拟假节点和拆分相关原边,对图拓扑进行修正,使各边都能够参与到K优路径的算法计算中,而非简单作屏蔽处理,这样,K优路径算法的结果准确可靠,能够计算出拓扑中真正的K优路径。
【附图说明】
附图1是通常适用于K优路径算法的图拓扑场景举例;
附图2是邻接节点间多边的图拓扑场景举例;
附图3是本发明实施例中的修改后的邻接节点间多边的图拓扑场景举例。
【具体实施方式】
下面通过具体的实施例并结合附图对本发明作进一步详细的描述。
实施例一:
本例的在邻接节点间多边条件下实现K优路径算法的方法,所面临的图拓扑和算法场景满足以下前提:
1.本例的研究对象仅限于无向图;
2.本例所针对的K优路径算法,要求本质上是通过迭代调用Dijkstra算法实现的;
3.图拓扑所包含的边的个数m>=节点的个数n;
4.图拓扑所包含的边的权重是整数,且权重w>0;
5.算得的任意两点间的路径不允许成环,也就是路径中不包含重复节点;
本例采用以下解决步骤:
1.记录附图2中原始的拓扑信息到基于K优算法的拓扑结构中(可以以邻接表的形式记录)并做备份;原始的拓扑信息中存在的边,本说明书中称之为原边;
2.如果两节点间有n条原边,那么除权重最短的那条以外,在其余n-1条原边上分别增加假节点,假节点的节点ID取值范围,不和原始节点的节点ID取值范围重合。这样就将原有的节点间的整条原边分成了两个子段;这样每一个子段就成为一条新的边,本说明书中称之为新边,新边的权重可通过拆分原来那条边的权重得到,如附图3所示;
3.根据附图3的拓扑信息,计算指定节点间的K优路径;
4.依次对算出的K优路径中的每一条路径进行检查:凡是属于假节点、新边的hop跳,都还原成基于K优算法的拓扑结构中记录的原边;例如,对于通过K优路径算法依照附图3得到的节点3到节点5的某一优路径,节点3-25-节点L-25-节点7-15-节点K-15-节点5,可依照附图2对应的基于K优算法的拓扑结构,还原成节点3-50-节点7-30-节点5的路径信息;
实施例二:
本例的在邻接节点间多边条件下实现K优路径算法的装置,在邻接节点间多边条件下实现K优路径算法时,所面临的图拓扑和算法场景满足以下前提:
1.本例的研究对象仅限于无向图;
2.本例所针对的K优路径算法,要求本质上是通过迭代调用Dijkstra算法实现的;
3.图拓扑所包含的边的个数m>=节点的个数n;
4.图拓扑所包含的边的权重是整数,且权重w>0;
5.算得的任意两点间的路径不允许成环,也就是路径中不包含重复节点;
本例的装置,在邻接节点间多边条件下实现K优路径算法时,采用以下解决步骤:
1.记录附图2中原始的拓扑信息到基于K优算法的拓扑结构中(可以以邻接表的形式记录)并做备份;原始的拓扑信息中存在的边,本说明书中称之为原边;
2.如果两节点间有n条原边,那么除权重最短的那条以外,在其余n-1条原边上分别增加假节点,假节点的节点ID取值范围,不和原始节点的节点ID取值范围重合。这样就将原有的节点间的整条原边分成了两个子段;这样每一个子段就成为一条新的边,本说明书中称之为新边,新边的权重可通过拆分原来那条边的权重得到,如附图3所示;
3.根据附图3的拓扑信息,计算指定节点间的K优路径;
4.依次对算出的K优路径中的每一条路径进行检查:凡是属于假节点、新边的hop跳,都还原成基于K优算法的拓扑结构中记录的原边;例如,对于通过K优路径算法依照附图3得到的节点3到节点5的某一优路径,节点3-25-节点L-25-节点7-15-节点K-15-节点5,可依照附图2对应的基于K优算法的拓扑结构,还原成节点3-50-节点7-30-节点5的路径信息;
实施例三:
本例与实施例一的不同之处在于,如果有的原边的权重是1,则将拓扑中所有原边的权重扩大10倍,并拆分到新边上,计算后再按照上述步骤4还原。
实施例四:
本例与实施例一的不同之处在于,如果K优路径算法按照跳数最少的策略实施,那么可以将原拓扑中全部原边的权重暂定设为10,新边所拆分的权重设为5即可,这样算出的路由就是按跳数最少策略得出的。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明,不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干简单推演或替换,都应当视为属于本发明的保护范围。例如,上述实施例中,如果有的原边的权重是1,可以将拓扑中所有的原边的权重扩大任意偶数倍,以利于拆分给新边;同理,如果K优路径算法按照跳数最少的策略实施,全部原边的权重暂定设为任意一个偶数,新边所拆分的权重将该偶数一分为二即可。

Claims (10)

1.一种在邻接节点间多边条件下实现K优路径算法的方法,包括如下步骤:记录原始的拓扑信息到拓扑结构中备份;如果两节点间有n条原边,除权重最短的那条原边以外,在其余n-1条原边上分别增加假节点,将原有的节点间的整条原边分成两个子段;每一个子段形成为一条新边,新边的权重通过拆分原边的权重得到;根据新修订的拓扑信息,计算指定节点间的K优路径;依次对算出的K优路径中的每一条路径进行检查:将属于假节点、新边的hop跳跃,还原成备份拓扑结构中记录的原始的拓扑结构数据;其中n≥2。
2.如权利要求1所述的在邻接节点间多边条件下实现K优路径算法的方法,其特征是:如果两节点间有n条原边,除权重最短的那条原边以外,在其余n-1条原边上分别增加一个假节点,将原有的节点间的整条原边分成两个新边。
3.如权利要求2所述的在邻接节点间多边条件下实现K优路径算法的方法,其特征是:所述新边的权重由原边权重均分得到。
4.如权利要求1-3中任一项所述的在邻接节点间多边条件下实现K优路径算法的方法,其特征是:如果存在权重是1的原边,则将拓扑信息中邻接节点间其余n-1条边中的每一原边的权重放大偶数倍,并拆分到新边上,进行计算;在还原成备份拓扑结构时,根据原先的边权重信息进行还原。
5.如权利要求1-3中任一项所述的在邻接节点间多边条件下实现K优路径算法的方法,其特征是:如果K优路径算法按照跳数最少的策略实施,则将原始拓扑中邻接节点间其余n-1条边中的每一原边的权重设为同一偶数,所拆分出来的每一新边的权重设为该偶数的二分之一,进行计算;并在还原成备份拓扑结构时,根据原先的边权重信息进行还原。
6.如权利要求1-3中任一项所述的在邻接节点间多边条件下实现K优路径算法的方法,其特征是:假节点的节点ID取值范围和原始节点的节点ID取值范围相异。
7.如权利要求4所述的在邻接节点间多边条件下实现K优路径算法的方法,其特征是:如果存在权重是1的原边,则将拓扑中邻接节点间其余n-1条边中的每一原边的权重放大为10的整数倍,并将该被放大的权重拆分到新边上。
8.如权利要求5所述的在邻接节点间多边条件下实现K优路径算法的方法,其特征是:如果K优路径算法是按照跳数最少的策略实施,则将原拓扑中邻接节点间其余n-1条边中的每一原边的权重设为10,所拆分出来的每一新边的权重设为5。
9.一种在邻接节点间多边条件下实现K优路径算法的装置,在邻接节点间多边条件下实现K优路径算法时,包括如下步骤:记录原始的拓扑信息到拓扑结构中备份;如果两节点间有n条原边,除权重最短的那条原边以外,在其余n-1条原边上分别增加假节点,将原有的节点间的整条原边分成多个子段;每一个子段形成为一条新边,新边的权重通过拆分原边的权重得到;根据新修订的拓扑信息,计算指定节点间的K优路径;依次对算出的K优路径中的每一条路径进行检查:将属于假节点、新边的hop跳跃,还原成备份拓扑结构中记录的原始的拓扑结构数据;其中n≥2。
10.如权利要求9所述的在邻接节点间多边条件下实现K优路径算法的装置,其特征是:如果两节点间有n条原边,除权重最短的那条原边以外,在其余n-1条原边上分别增加一个假节点,将原有的节点间的整条原边分成两个新边。
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