[发明专利]在多约束下求取网络中多条最短简单路径的启发式方法

说明书

技术领域

在多约束下求取网络中多条最短简单路径的启发式方法属于互联网路由技 术领域，尤其涉及在多个服务质量参数约束下快速寻找多条简单路径的服务质 量路由领域。

背景技术

在互联网中提供能够保证服务质量(QoS)的路由已经成为当今网络技术的 一个热点问题。QoS约束条件通常分为链路约束(例如带宽)与路径约束(例如 延迟)两类：其中链路约束问题可以通过预先剪除网络中不符合约束的链路的 方法解决；而本发明所关注的路径约束问题则相对复杂，尤其是当约束条件的 数量m≥2时，问题进一步转化为求取多约束下的最优路径。

针对这一问题，宽广的适应性和较低的运算量使得许多由经典的Dijkstra 方法改进的启发式宽度优先的路径搜索方法相继被提出：例如Jaffe的方法提 出通过线性合并所有的路径代价分量，将多约束问题转化回单约束问题后，再 使用Dijkstra方法求解。Never与Mieghem提出的方法TAMCRA综合使用了 k-最短路径、非线性路径代价函数和针对受控路径的拉格朗日松弛等3种新颖的 观念，在清除含环路径方面取得优异效果的同时有效的减少了运算量。Korkmaz 与Krunz提出的方法H_MCOP引入了反向的路径代价预测，预先为随后的正向 路径计算阶段规划出大致的搜索范围。

然而随着具有生存性的网络中的路径修复问题日益得到重视，在搜索路径 代价最小的首选路径的同时还要考虑相应的备份路径。为了提高这种成对路径 的发现概率，不仅需要对首选路径与备份路径各自进行独立的计算以确保它们 在概率上的分离性，即便在同一次计算中也需要得到包括最优路径与次优路径 在内的多条质量尽可能高的有效路径，使得在将2次计算结果中的路径配对时有 更大的选则余地和更好的匹配效果。然而上述算法恰恰在寻找多条路径方面的 效果并不理想，Liu与Ramakrishnan试图用精确方法A^*Prune来解决这一问 题，但是受困于多约束条件下路由问题的NP-简单特性，精确方法不能保证在多 项式时间之内得到结果。这种执行时间的不确定性显然无法满足现代网络中对 路由速度的要求。所以本发明的目的在于提供一种在多约束下求取网络中多条 最短简单路径的启发式方法，该方法在保证得到路径的数量与质量的同时，还 保证在多项式时间之内完成计算。

为了进一步解释上述内容，下面给出几个重要的定义：

1、在多约束下求取网络中多条最短简单路径的问题：

给定由N个节点和E条链路构成的网络G(N，E)。其中连接任意节点u 与v的链路(u→v)∈E拥有一个包含m个分量w_i(u→v)≧0(其中i＝1，...，m) 的代价矢量w。以m个约束条件C_i(其中i＝1，...，m)代表对路径服务质量的 要求。该问题可以表述为，在源节点S与目的节点D之间寻找k条符合公式1 中描述的所有约束条件的简单路径P(S→D[j])(j＝1，...，k)，并且保证上述 路径使得公式3中描述的归一化非线性路径代价取得尽可能小的数值。