[发明专利]一种复杂网络中避免关键节点的启发式路由方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种复杂网络路由优化技术，特别是一种复杂网络中避免关键节点的启发式路由方法。

背景技术

复杂网络成为近年来很多领域科学家研究的热点，对复杂网络的研究蕴藏着巨大的潜在应用价值，然而复杂网络所表现出的脆弱性，成为其在实际应用中的一大缺陷，尤其是在面对随机攻击、蓄意攻击、协同攻击、分布式攻击等多种复杂攻击下，复杂网络的安全性越来越受到严重的威胁，对复杂网络的防御和保护方法研究是人们现在面临的热点和难点问题之一。

大规模通信网络可视为复杂网络，这种拥有不同类型的节点、链路和其它资源的复杂通信网络往往会引起流量负载分布不均匀，网络中拥塞常常出现在某些关键节点上。关键节点拥有更多的连接，也因此承担了更多的流量传输任务，由此出现了节点间负载的严重不平衡，关键节点成为最容易使网络产生拥塞的节点。如果一个关键节点失效，它承担的负载就会重新分配到网络中的其它节点，这样大量负载的重分配可能导致网络的级联失效，使整个互联网络造成灾难性的破坏。为了提高数据传输的效率，避免或减少网络拥塞现象，特别是避免关键节点中高负荷拥塞情况，一个方法就是修改网络的底层网络结构，另一种方法是寻求更优化的路由方法。由于改变网络底层结构的成本较高且不易实现，因此，研究人员在寻求更优化的路由方法方面投入了更多的精力。例如，

Yang Junlong等（Yang Junlong,Yu HeWei.Optimizing Multi-Path Routing by Avoiding Key Nodes.[C].Proceedings of IC-BNMT2009.2009.）提出通过避免关键节点的多路径路由方法MRABKN，他们给出了一个简单有效的探测关键节点并且避免它们的方法，模拟结果显示了该方法在获取不相交路径上有很好的性能，能有效地减缓关键节点的拥塞，提高了网络的可靠性。中科大的Gang Yan等（Gang Yan,Tao Zhou,Bo Hu,Zhong-Qian Fu,Bing-Hong Wang.Efficient routing on complex networks[J].Phys.Rev.E,73:046108.2006.）提出了有效路径路由策略，该有效路径路由策略并不是像最短路径路由算法那样寻找最短的路径，而是寻找“有效路径”，所谓“有效路径”就是在有效的路径中避开那些可能产生拥塞的关键节点。Cun-Lai Pu等（Cun-Lai Pu,Si-Yuan Zhou,et al.Efficient and robust routing on scale-free networks[J].Physica A392(866-871).2012.）在有效路由的基础上进行了改进，提出了积极的路由（AR）策略，AR策略改进了路径P的代价函数，并通过模拟网络的容量和级联失效的大小等参量，证明了该策略比有效路由策略在防御网络的级联失效方面稍微更优。陈华良等（陈华良,刘忠信,等.复杂网络的一种加权路由策略研究[J].物理学报.2009.58(9):6068-6073.）提出了度积加权路由策略，该策略在计算任意节点对之间路由时，通过改变路径的权重来实现负载传输分配的均衡，实验结果也显示了在防御关键节点的拥塞、提高网络容量方面类似于有效路径路由策略，在网络出现高负载的情况下，提高了网络传输效率。郭磊等（郭磊，汪斌强，等.一种面向关键节点的多路径路由算法[J].计算机工程与应用.44(26)119-121.2008.）为了解决关键节点的拥塞问题，在研究分析多路由协议的基础上，提出了一种面向关键节点分流的多路径路由算法（KNMRA），KNMRA有效地使网络中的负载趋于均衡，大大改善了关键节点上的拥塞现象。

然而，上述几种复杂网络的有效路由方法都彻底改变了现实中大多使用的最短路径优先的路由方法，实现较为复杂，求得的路由长度与最短路径差别较大。因此，如何寻求一种简单、有效的路由方法成为复杂网络路由优化技术领域中的研究难点和热点。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种复杂网络中避免关键节点的启发式路由方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种复杂网络中避免关键节点的启发式路由方法，包括以下步骤：