[发明专利]一种基于最小搜索信息的路由方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种涉及复杂网络路由领域，尤其是在WWW网、因特网、城市交通网等对传输性能要求较高的大规模网络路由策略设计领域。 

背景技术：

现实世界中复杂网络无处不在，它们由各种实体以及实体间错综复杂的关系所构成。其存在形式既可以是有形的，也可以是无形的。近年来，伴随着诸如因特网等诸多大规模复杂网络的相继出现，现代社会对网络的依赖性不断增强。如何在复杂网络中实现负载的高效传递和快速获取已成为一个重要的研究领域。过去，对网络负载流的研究均是建立在网络同构的假设之上。然而，Barabási与Albert划时代的研究结果表明现实世界复杂网络通常都是异构的，且其节点的度分布具有无标度的统计学特性。此后该领域的研究工作则基本围绕着两个方面展开，一是研究异构结构对网络负载流的影响。如Moreno等人率先提出了基于BA无标度网络的相继故障模型，分析了节点负荷与网络相继故障规模之间的关系以及由于边的拥塞所引发的相继故障问题；Holme等人研究了网络增长过程中相继故障的产生条件；Crucitti等人同时考虑了网络节点和边对网络负载传递的影响；Zhao等人采用动态最短路由策略对异构网络的承载能力进行了理论分析。Kinney等人对成指数规律分布的北美电力网络的传输性能进行了研究。二是研究如何提高异构网络的负载传输能力。如Yin等人提出了一种所谓的次临近节点路径搜索策略；Macrid等人采用动态负载缓和机制减小了无标度网络的阻塞压力；Wang等人提出了一种基于优先选择机制的动态路由策略；Yan等人提出了一种基于路径节点度和最小化原则的“效率路由”策略。该策略通过减小网络核心节点的负载量，实现了网络负载在不同度值节点间的均衡分配。但与上述其它启发式路由策略相同，该策略的提出也缺少相应的理论依据。 

有文献指出在节点的负载传输能力非均匀的条件下，随机路由策略具有明显 的优势。近一步，对随机行走过程的研究表明，单个粒子通过某条特定路径的时间正比于该路径上所有节点度的连乘积。受此启发，本项目在上述研究的基础上，针对复杂网络的本质特性提出了一种新的基于节点度积最小原则的“优化路由”策略。该策略将源节点和目标节点之间所有可能路径中途经节点度的连乘积最小者作为负载的最佳传送路径。在节点处理能力与节点度成正比的前提条件下，较之于最短路由策略和有效路由策略，优化路由策略能够最大限度地提高网络的承载能力，且其平均路径长度较之有效路由策略大大缩短，基本接近于最短路由策略。这使得网络具有较小的平均负载投递时间和较低的单位负载传递成本。分析其中原因，一方面，相比于最短路由策略，优化路由策略不会盲目地选择最短路径，因为在无标度网络中最短路径通常会经过节点度较高的核心节点，甚至可能在一条最短路径上含有多个核心节点，这势必会造成核心节点的拥塞，进而降低网络的承载能力；另一方面，相比于有效路由策略，优化路由策略也不会一味地选择节点度较低的边缘节点，这样势必强制绕开度较高的核心节点，从而增加路径长度，同时使得核心节点的负载处理能力无法得到充分利用。由此可见，优化路由策略在路径长度和路径节点度值之间进行了折中，既避免了路径长度的不合理的增加，又避免了对高度值核心节点的过分依赖，从而在不增加或者是略增加路径长度的前提下实现了负载在不同度值节点间的合理分配，克服了最短路由策略以及有效路由策略两者的缺陷，获得了优化网络负载传输能力的满意效果。 

发明内容

本发明的所要解决的技术问题是提供一种基于最小搜索信息的路由方法，在保证较小的路径延展前提下，可以使网络的传输能力获得较大幅度提升。

本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案： 

一种基于最小搜索信息的路由方法，通过选取节点v_i到节点v_j之间所有路径中，途经节点度的连乘积Θ最小者作为负载传输的最佳路径，设v_i≡v₀，v₁，L v_n-2，v_n-1≡v_j为节点v_i到节点v_j的任意路径，则优化路径P_opt可通过 求得；如果源节点和目标节点间存在多条优化路径，则从 中随机选取一条作为最佳路径。

进一步的，本发明的基于最小搜索信息的路由方法，具体包括如下步骤：