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时变网络不交路径优化与时变最短路径修复算法研究

时变网络不交路径优化与时变最短路径修复算法研究

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作者：薛小红太原理工大学

学位级别：硕士

在交通和通信网络中,由于自然灾害和服务遭受攻击等故障频繁发生,而这些重大问题都会导致网络服务失败和中断.因此,为了克服这些网络问题,制定合理的故障容错机制和故障恢复机制对于网络正常传输至关重要,这些机制可以在网络发生故障或... 详细信息

在交通和通信网络中,由于自然灾害和服务遭受攻击等故障频繁发生,而这些重大问题都会导致网络服务失败和中断.因此,为了克服这些网络问题,制定合理的故障容错机制和故障恢复机制对于网络正常传输至关重要,这些机制可以在网络发生故障或攻击时仍然保持服务连续性.通常情况下,为了确保网络系统的高容错性和高连续性,在容错性能方面通常设计节点或链路不交多路径路由方案,而在路径传输连续性方面通常针对故障设计全局或局部故障恢复方案.另外,由于真实网络的时变性和大型性,实时响应故障并建立满足所需实时约束的故障应急方案是许多工业应用的迫切需要.因此,本文在时变网络中从容错性和传输连续性方面考虑网络的故障应急方案.在路径容错性方面,为避免由于故障的发生导致网络瘫痪,通常设计多路径路由方案来提高系统的容错性和可靠性.一种特殊方案就是采用节点不相交多路径方法对网络性能进行优化,因为节点不相交的多路径路由能够很好地应对网络频繁变化和反复出现的链路故障带来的严峻挑战.因此本文首先在先进先出(FIFO)时变网络中提出了从源节点到目的节点之间的两条minsum的时变节点不相交路径问题,即在任意时刻找两条节点不相交路径且满足这两条路径的总时变延迟最小.在设计算法方案的过程中本文采用了时间区间划分的方法并巧妙设计时间差函数来构造时变的交错路径,最终该算法方案O(nα(T))时间内获得最优解.在路径传输连续性方面,当故障发生时通常的方案是重新路由一条从源点到汇点的可行路径,然而重新路由通常会导致较高的时间复杂度和空间复杂度.因此,采用局部修复路径方案以缓解链路或节点故障是非常必要的.据此,本文针对时变网络中路径的故障修复问题进行了相关研究,并提出了有效算法来解决时变网络中的最短路径修复问题.该算法方案设计了一个时变自适应参数|δ|t来衡量时变网络中网络规模的变化量并在局部范围内对时变路径进行故障修复,不仅保证了时变网络中节点在时间上的连续性,而且充分利用了时变最短路子图,在保证传输连续性的基础上降低计算复杂度.最后得出,对于具有n个顶点和m条边的时变网络,算法的时间复杂度为O(α(T).[‖δ‖+|δ|·log|δt]),其中|δ|表示所有出发时间区间内受影响区间点数目的最大值,‖δ‖表示所有出发时间区间内受影响区间点和受影响区间边总数的最大值.本文从容错性和传输连续性方面在时变网络中针对故障设计了多路径路由方案和局部修复方案,对时变网络可靠通信提供了理论基础以及技术支持.

关键词：时变网络节点不相交路径 minsum 容错故障恢复旅行时间最短路径

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