申请/专利权人：广东工业大学

申请日：2019-04-25

公开（公告）日：2021-02-19

公开（公告）号：CN110086716B

主分类号：H04L12/721(20130101)

分类号：H04L12/721(20130101);H04L12/705(20130101)

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2021.02.19#授权;2019.08.27#实质审查的生效;2019.08.02#公开

摘要：本发明公开了一种基于正态随机分布下的全局寻优路由方法，包括如下步骤：S1：根据路由器的网络图，将链路花费C定义为电阻R，路由节点定义为电位节点，从而得到整个电路图；S2：在电路图中计算出各电位节点的电势，利用电流由电势高流向电势低的特点，得到各个节点之间的连接关系，进而得到全局可供选择的路径集；S3：用评估函数计算出路径集中每条路径的值E，筛选出最小的值E即为正态随机分布下的全局最优解。本发明不仅能选择出较短的路由路径，最关键的是可以提高各条链路的利用率和各个路由器节点的使用率，合理地配置网络资源，提高路由效率。

主权项：1.一种基于正态随机分布下的全局寻优路由方法，其特征在于：所述该方法包括如下步骤：S1：根据路由器的网络图，将链路花费C定义为电阻R，路由节点定义为电位节点，从而得到整个电路图；S2：在电路图中计算出各电位节点的电势，利用电流由电势高流向电势低的特点，得到各个节点之间的连接关系，进而得到全局可供选择的路径集；S3：用评估函数计算出路径集中每条路径的值E，筛选出最小的值E即为正态随机分布下的全局最优解；所述步骤S1，具体地，将网络图中的发送方定义为电路图中的正极，将网络图中的接受方定义为电路图中的负极；网络中传递着的信息定义为电路图中的正电荷，信息在网络图传输中符合正态分布，具有选择任意一种可能的路径；步骤S2，计算出各电位节点的电势，具体地，根据欧姆定律：U＝IR进行计算；步骤S3，具体地，所述评估函数E公式下： 式中，i表示节点编号，Ui表示每条路径的中节点的电势，表示每条路径中所有节点的电势的平均值，N表示每条路径中节点的数量；所述正态分布，具体计算公式如下： 式中，

全文数据：一种基于正态随机分布下的全局寻优路由方法技术领域本发明涉及计算机网络技术领域，更具体的，涉及一种基于正态随机分布下的全局寻优路由方法。背景技术随着互联网时代的快速发展，人与人之间的联系日益密切，我们已然走进了“信息时代”。我们享受着时代进步所带来的红利和便捷，每天使用的各种各样的软件在网络中分享所见所闻，网络中充斥着文字、语音、图片和视频等数据信息，然而这导致信息量爆炸性增长，进而导致网络传输堵塞，信息发送时间延长。同时由于互联网时代的发展，互联网的能耗问题逐渐凸显，不容忽视。目前路由算法有两种，一个是链路状态路由算法，这是一种掌握全局信息的算法，所有的路由器掌握完整的网络拓扑和链路费用信息；另一个算法是距离向量路由算法，这是一种分散信息的算法，路由器只掌握物理相连的邻居以及链路费用。传统的路由算法只是单纯的考虑路径最短，片面强调了少数信息通过路由器时的情况，当大量的数据信息通过网络时，最短路径反而不是全局最优解，常常导致网络拥塞、路由器使用率不均衡，链路利用率低和流量分布不均匀等问题，导致了用户使用网络体验不佳和能源损失等问题。发明内容本发明为了解决传统的路由算法只是单纯的考虑路径最短，片面强调了少数信息通过路由器时的情况，当大量的数据信息通过网络时，常常导致网络拥塞的问题，提供了一种基于正态随机分布下的全局寻优路由方法，其能选择出较短的路由路径，同时还能提高各条路径的利用率和各个路由器节点的使用率，合理地配置网络资源，提高路由效率。为实现上述本发明目的，采用的技术方案如下：一种基于正态随机分布下的全局寻优路由方法，所述该方法包括如下步骤：S1：根据路由器的网络图，将链路花费C定义为电阻R，路由节点定义为电位节点，从而得到整个电路图；S2：在电路图中计算出各电位节点的电势，利用电流由电势高流向电势低的特点，得到各个节点之间的连接关系，进而得到全局可供选择的路径集；S3：用评估函数计算出路径集中每条路径的值E，筛选出最小的值E即为正态随机分布下的全局最优解。优选地，所述步骤S1，具体地，将网络图中的发送方定义为电路图中的正极，将网络图中的接受方定义为电路图中的负极；网络中传递着的信息定义为电路图中的正电荷，信息在网络图传输中符合正态分布，具有选择任意一种可能的路径。优选地，步骤S2，计算出各电位节点的电势，具体地，根据欧姆定律：U＝IR进行计算。进一步地，步骤S3，具体地，所述评估函数E公式下：式中，i表示节点编号，Ui表示每条路径的中节点的电势，表示每条路径中所有节点的电势的平均值，N表示每条路径中节点的数量。再进一步地，所述正态分布，具体计算公式如下：式中，本发明的有益效果如下：本发明利用网络图和电路图的高度相似性，把路由路径的网络图定义成电路图，并通过评价函数进行计算得到路径的值，最小路径的值对应的路径为全局最优路径。本发明不仅能选择出较短的路由路径，最关键的是可以提高各条链路的利用率和各个路由器节点的使用率，合理地配置网络资源，提高路由效率。附图说明图1是本实施例全局寻优路由方法。图2是本实施例假设路由器的网络图。图3是图2网络图定义成的电路图。图4是图3电路仿真结果图。图5是图3的电路等效图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本发明做详细描述。实施例1如图1所示，一种基于正态分布下的全局寻优路由方法，所述该方法包括如下步骤：S1：根据路由器的网络图，将链路花费C定义为电阻R，路由节点定义为电位节点，从而得到整个电路图；S2：在电路图中计算出各电位节点的电势，利用电流由电势高流向电势低的特点，得到各个节点之间的连接关系，进而得到全局可供选择的路径集；S3：用评估函数计算出路径集中每条路径的值E，筛选出最小的值E即为正态随机分布下的全局最优解。本实施例具体地，假设路由器的网络图，如图2所示，一共有六个节点，分别是节点U、V、W、X、Y、Z；网络拓扑图：G＝N,E；路由器集合：F＝U,V,W,X,Y,Z链路集合＝[U,X,U,V,U,W,V,W,X,W,X,Y,W,Y,V,Y,Y,Z,X,Z]其中：N是路由器集合，F是路由器集合TCP连接的集合。图的抽象概念在计算机网络领域应用非常常见。网络图中的节点，节点之间的数值代表的是费用，这个费用是一个抽象的概念，抽象成每个节点之间的连接费用，本实施例假设CU,W＝3、CU,X＝5、CU,V＝7、CV,W＝3、CX,W＝4、CX,Y＝7、CW,Y＝8、CV,Y＝4、CY,Z＝2、CX,Z＝9路由算法的关键问题在于从一个节点到另一个节点的最小费用路径。本实施例在路由器掌握全局信息的情况下，利用图的概念，把网路定义成电路，将网络图定义成电路图，得到相应的电路图。把图2中的网络图定义为电路图，得到如图3所示的电路图，路由器节点定义成电位的节点,而链路之间的费用C定义成电路中的电阻R。在路由的过程中，信息由出发点U发送到接收点Z，选择的路径是随机的且遵循正态分布的，对于考虑整体的网络信息来说，信息选择每条可能的路径都会有一个特定的概率。那么对于网络图和定义后的电路图来说，将网络图中的发送方定义成电路图中的正极，即起始点，将网络图中的接受方定义成电路图中的负极，即终点；而网络中传递着的信息定义为电路图中的正电荷，即电流的方向，信息在网络中选择某一可能的路径，是遵循自然法则中的正态分布的，而电路中数量巨大的电子移动，大数定理证明样本均值收敛到总体均值，中心极限定理证明当样本量足够大时，样本均值的分布慢慢变成正态分布，正电荷由电势高的节点流向电势低的节点就形成了电路中的一条条通路，电路中的每个电位点和通路中的电流电压符合基尔霍夫电流定律、电压定律，并一直趋向稳定，所以整个电路图中每个节点电势电位、支路电流电压和环路等是最优解。换言之信息从网络中的链路和路由器经过时，通过定义成电路图的形式是可以找出全局最优的路径的。本实施例所示全局寻优路由方法为了寻找节点U到节点Z的最小费用路径，选择一条路径定义为电流在电路中通过的路径，则需要计算成电位U到电位Z之间的电位差电压UUZ，并根据评价函数选出全局最优路径。如图3所示，电位点U分别连接到接下来的节点，分别是电位点X，电位点W，电位点V；而电位点W分别连接四个电位点；电位点Y连接四个电位点，电位点X连接四个点位点；电位点V连接三个点位点。然后在电位点U和电位点Z之间增加一个电压UUZ，让电流在电路中流动，这与路由器的选择路径是极其相似的。根据欧姆定律：U＝IR计算出各电位节点的电势，本实施例为了快速便捷，通过仿真软件，算出各个电位节点的电势，如图4电路仿真结果图所示，结果如下：设UUZ＝24V，令UZ＝0V则UU＝24V；UW＝16.9V；UV＝15.2V；UX＝14.4V；UY＝7.84V；UZ＝0V根据等效电路图，可得出如下结果则UUW＝24-16.9＝7.1V；UUV＝24-15.2＝8.8VUUX＝24-14.4＝9.6V；UWV＝16.9-15.2＝1.7VUWX＝16.9-14.4＝2.5V；UWY＝16.9-7.84＝9.06VUVY＝15.2-7.84＝7.36V；UXY＝14.4-7.84＝6.56VUXZ＝14.4-0＝14.4V；UYZ＝7.84-0＝7.84V那么网络图完全地抽象成电路等效图，如图5等效电路图所示，路由选择的起点U则抽象成了电势U，路由的终点Z则抽象为接地点，而且是有方向性的，只能由高到低，绝对不会产生回环，完美解决了计算机网络中的难题---“网络风暴”。则根据图5所示，可以得出如下七条路由的路线：L1＝U-W-X-Y-Z；L2＝U-W-X-ZL3＝U-W-V-Y-Z；L4＝U-W-Y-ZL5＝U-X-Y-Z；L6＝U-X-ZL7＝U-V-Y-Z；一共产生了七条可供选择的路由路径。而路由器选择每个路径遵循正态分布的，选择每条路径是具有特定的概率，正态分布如下公式所示：μ是期望，σ2为方差，所示的评估函数计算公式如下：其中，i表示节点编号，Ui表示每条路径的中节点的电势，表示每条路径中所有节点的电势的平均值，N表示每条路径中节点的数量。则七条可供选择的路由路径的链路花费如下：CL1＝3+4+7+2＝16；CL2＝3+4+9＝16CL3＝3+3+4+2＝12；CL4＝3+8+2＝13CL5＝5+7+2＝14；CL6＝5+9＝14CL7＝7+4+2＝13根据评估函数，可得七条可供选择的路由路径的值E如下：EL1＝7.1-62+2.5-62+6.56-62+7.84-624＝4.2898EL2＝7.1-82+2.5-82+14.4-823＝24.0066EL3＝7.1-62+1.7-62+7.36-62+7.84-624＝6.2338EL4＝7.1-82+9.06-82+7.84-823＝0.65306EL5＝9.6-82+6.56-82+7.84-823＝1.553EL6＝9.6-122+14.4-1222＝5.76EL7＝8.8-82+7.36-82+7.84-823＝0.3584当E最小的时候，这条路径就是一条最理想的路由路径，同时不仅找出了一条路径较短，最关键的是合理的配置了网络图全局各个节点的最优解。显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

权利要求：1.一种基于正态随机分布下的全局寻优路由方法，其特征在于：所述该方法包括如下步骤：S1：根据路由器的网络图，将链路花费C定义为电阻R，路由节点定义为电位节点，从而得到整个电路图；S2：在电路图中计算出各电位节点的电势，利用电流由电势高流向电势低的特点，得到各个节点之间的连接关系，进而得到全局可供选择的路径集；S3：用评估函数计算出路径集中每条路径的值E，筛选出最小的值E即为正态随机分布下的全局最优解。2.根据权利要求1所述的基于正态随机分布下的全局寻优路由方法，其特征在于：所述步骤S1，具体地，将网络图中的发送方定义为电路图中的正极，将网络图中的接受方定义为电路图中的负极；网络中传递着的信息定义为电路图中的正电荷，信息在网络图传输中符合正态分布，具有选择任意一种可能的路径。3.根据权利要求1所述的基于正态随机分布下的全局寻优路由方法，其特征在于：步骤S2，计算出各电位节点的电势，具体地，根据欧姆定律：U＝IR进行计算。4.根据权利要求2所述的基于正态随机分布下的全局寻优路由方法，其特征在于：步骤S3，具体地，所述评估函数E公式下：式中，i表示节点编号，Ui表示每条路径的中节点的电势，表示每条路径中所有节点的电势的平均值，N表示每条路径中节点的数量。5.根据权利要求4所述的基于正态随机分布下的全局寻优路由方法，其特征在于：所述正态分布，具体计算公式如下：式中，

百度查询： 广东工业大学 一种基于正态随机分布下的全局寻优路由方法

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