基于混合信息的复杂网络路由策略研究

第 ３卷 第３ ３ 期
刘倩 星 ，张达敏 ：基 于混合 信 息的 复杂 网络路 由策略研 究
．８ １ ． ８
息流处于通畅状态 至关 重要 。 由于 网络 规模 的不 断增大 和 网络 中的信息量 的增 大 可能会 导致 网络交 通拥 塞甚 至 网络
是随机选取 的 ，但是 一经 选定 就不 能再 改变 。每一 结点 既
传递 。文 章对 这一新 的 混合路 由策 略进 行研究 ，仿真 结果
表 明通讯 网络 的交通 路 由效率 得到 了显 著提 高 ，有效 缓解 了交通压力 。
化 的 Ｇ 能更 好的体现真实 网络 的特点 。
（ ）采 用对每一结点 的最邻 近邻 域结 点进 行 局域搜 索 ３
的策略 ，如果在直接邻 域结 点范 围 内搜 索 出信息 包 的 目的 地 ，则将 信息包直接传递到该 目的地 ，否则 ，以优先概率
Ｏ 引 言
在 现实世界 中复杂 系统无 处不 在 ，复杂 网络能 够很全
面地描述复 杂系统 ，因此 复杂 网络 已经成为 一种广 泛用 于 分 析复杂系统 的重要工 具＿ 。自从 Ｗａｔ ｔ ｇ ｔ 提 出小世 １ ］ ｔ Ｓｒ ａｚ － ｏ 界模 型和 Ｂ ｒｂ ｓ Ａｌｅｔ 出无标度 模型 开始 ，研究 者对 ａａｄ ｉ ｂ ｒ 提 －
Ａｂ ｔａ ｔ ｏ ｋ ｅ ｈ ｆ ｒ ｔ ｎ ｔ ａ ｓ ｓｉｎ ｆ ｓ ｄ ｅｆｃ ｉｅｙ ａ ｄ ｅ ｈ ｃ ｅｎ ｔ ｒ ａ ａ ｉ ｓｍｕ ｈ ａ ｏ ｓ ｌ ，ｂ ｓ ｄ ｏ ｈ ｓ ｒ ｃ ：Ｔ ｅ ｐ ｔ ｅ ｉ ｏ ｍａｉ ｒｎ ｍｉ ｏ ｔａ ｆｅ ｔ ｌ ｎ ａ ｅ ｔ ｅｗｏ ｋ ｃｐ ｃ ｙ ａ ｃ ｓｐ ｓ ｉ ｅ ａ ｅ ｎ ｔ ｅ ｎ ｏ ｓ ａ ｎ ｖ ｎ ｎ ｈ ｔ ｂ
ｓａｅｆｅ ｅｗ ｒ ，ａｍｉｅ ｏ ｔ ｔａｅ ｙｉｔｇ ａｉｇｔｅｓａｉ ａ ｄｄ ｎ ｍｉ ｉ ｏ ｍａｉｎ ｉ ｐ ｏ ｓｄ ｃｌ－ ｅｎ ｔ ｋ ｘ ｒ ｕｉ ｓｒｔｇ ｅ ｒｔ ｈ ｔｔ ｙ ａ ｃ ｎ ｒ ｔ ｓ ｒｐ ｅ ． ｒ ｏ ｄ ｇ ｎ ｎ ｎ ｃｎ ｆ ｏ ｏ Ｔｈ ｔａｅｙ ｉ ｇ ｖｒ ｅ ｙ ａ ｅｓｒｔｇ ｏ ｅ ｄ ｂ ｓ ｎ ｔｎ ｂｅｐ ｒｍｅｅ ａｅ ｎｄｆｅｅｔｄｌ ｅｉｇａ ｉｔ．Ｔｈ ｏ ｅ ’ ｅｉｅｉ ｂｌ ｙｉ ａｓｍｅ ｅａｖｒａ ｌ ｉ ｅｅ ａ ｔ ｏｉ ｅ ｕ ａ ｌ ａａ ｔｒｂ ｓｄｏ ｉ ｒｎ ｅｉ ｒ ｂｌｙ ｆ ｖ ｎ ｉ ｅｎ ｄ ｓ ｄｌ ｒ ａ ｉｔ ｓｕ ｄｔ ｂ ａｉｂｅｗｈｃ ｉ ｒｌ ｎ ｓｄ — ｖ ｎ ｇ ｉ ｓ ｏ ｈｓ ｖ ｔ ｔ
—
（ ）为 了避 免 网络 中的信 息包无 目的的游荡 ，采用 路 ４ 径重复避免 规则 （ ａｈ ｉ ｒｔ ｎ ａｏｄｎ ｅ Ｉ ，即任 何 ｐ ｔ ｅａｉ ｖｉａ ｃ ，Ｐ Ａ） ｔ ｏ
一
个新的结点并且连接到 １ 个已存在的结点上 ，且 ｍ＜ｒ 。 Ｔ １ ￣ｎ ｏ
对结点之 间的连边 不能够被同一个信息 包访 问二 次 以上 。
是改变通讯 网络 的网络拓 扑结 构 ，二是研 究更 优化 的路 由 策略。由于改变 网络拓 扑结构 的成本 较高且 不易 实现 ，所 以研究者在 寻找 更优 化 的路 由策 略方 面投 入 了更 多精 力 。 目前 ，在路 由策 略方 面已经取 得 了较大进 展 ，研究 人员 提
出了不少优 良的路 由策 略，如随机路 由策 略 ］ 、最短路 径 策略 、有 效 路 径 策 略ｌ ］ ］ ＿ 、邻 域 搜 索 和 次 近 邻 搜 索 策 ７ 略 等 。臧海娟 等人 对这 些路 由策 略进 行 了总结 。大 致 。 分为 ３ ：基 于全局信 息 的路 由方 法 ，基于局 域信 息 的路 类
由方法和基于混合 信息的路 由方法［ １ 。这些路 由策略在 一 定程度上提高了通讯 网络 的路 由效 率 ，然而 由于通 讯 网络 的规模不断增 大采 用全 局信 息 的路 由策 略愈 加难 以实现 ， 基于局部 路由策略 的信息虽适 用 于大规模 网路 ，但 是没 有 充分利用网络中各种信 息 ，因此为 了更好地 提 高通 讯 网络 的路 由效率 ，研究 人员又 将 网络 中各种特 性信息进 行综 合 考虑 ，提出了混合路 由策略。
复杂 网络产 生了浓厚兴 趣 ， 自此 掀起 了研究 复杂 网络 的热
潮 ＿３。近年来 ，复杂 网络在各 个领域 都取 得 了很大 进展 ， ２＿ ＿
如信息传输 ，疾 病传 播 ，交通 ，能源等方面 “ 。 ］
现代社会中 ，互联 网、万维 网、点对 点 网络 和其 它通
信 网络发挥 着越来越 重要 的作用 。随着人们 对这 些大 规模
Ｋｅ ｒｓ ｉ ｘ ｄｒｕ ｉ ｓｒｔｇ ｙｗｏ ｄ ：ｍ ｅ ｏ ｔｇ ｔａｅｙ；ｓａｅｆｅ ｅｗｏ ｋ ；ｔｎ ｂｅｐ ａ ｔｒ ｏ ｍｍｕ ｉ ｔ ｎｎ ｔ ｒ ｎ ｃｌ－ｒｅｎ ｔ ｒｓ ｕ ａ ｌ ａ ｍｅｅ ；ｃ ｒ ｎｃ ｉ ｅｗｏｋ；ｔａｆ ｆ ｃ ｎｙ ｏ ｙ ｔｍ ａ ｏ ｒｆｉ ｅｆ ｉ ｃ ｆｓｓｅ ｃ ｉｅ
优 化的信息 包传递概率模 型来研究 网络通讯能力 ，通过对可变参数 Ｑ 的调控 可 以使 网络 通讯能力达到 最大值 。实验 结果表
明 ，当 ｏ ｃ 一～４时 ，网络的路 由效率最高。通过与其它路 由策略 对比证 实该路 由策略有效地提 高 了通讯 网络的路 由效率 。
关 键 词 ：混 合路 由 ；无 标 度 网 络 ；可 变 参数 ；通 讯 网络 ；路 由效 率
１ 路 由策 略
１１ Ｂ ． Ａ无 标 度 模 型
一
Ｐｚ ： ———— —■ － ＝ —— －
（ Ｚ）
近年来 ，大量研究 证 明 Ｉ Ｅ ＮＥ ＮＴ Ｒ Ｔ、ｗｗｗ 等通 讯 网 络并不是像随机 网 和规则 网那样 均 匀 ，而是 度分 布遵循 幂
律分布 Ｐ （ ）～ｋ ｋ 的非均匀 系统 。Ｂ ｒｂ ｓ Ａｌｅｔ 出 ］ ａａ ｄ ｉ ｂ ｒ 提 － 的Ｂ Ａ无标度模 型对此 进行 了很 好 的 阐述 。与 其它 模型 相
Ｌ Ｕ ａ — ｉｇ，Ｚ Ｉ Ｑｉｎ ｘｎ ＨＡＮＧ — ｎ Ｄａｍｉ
（ ｃ ｏ ｌ ｆＣ ｍｐ ｔｒＳ ｉｎ ｅａ ｄ Ｉｆ ｒ ｔ ｎ，Ｇｕｚ ｏ ｎｖ ｒｉ Ｓ ｈ ｏ ｏ ｕｅ ｃｅ ｃ ｎ ｎｏ ｍａｉ ｏ ｏ ｉｈ ｕＵ ｉｅｓｔ ｙ，Ｇｕｙ ｎ ５ ０ ５ ｉａ ｇ ５ ０ ２ ，Ｃｈｎ ） ｉａ
甚 至超 大规模 网络依 赖性 的不断 增强 ，网络 中的交通 动力 学特性逐渐引起 人们 的关 注 。为 了使 通讯 网络更 有效 的发 挥其功能 ，必须保 证信 息流处 于 自由通 畅状态 。因此 ，缓
解网络中信息交通拥塞 和提 高通讯 网络 的效率成 为研 究 的
重点 。该领域的研 究工作 则 主要 围绕着 两个 方面 展开 ，一
（）优先连接 ：一个新结点 与一个 已经存在的结点 ｉ ２ 相 连接的概率 Ｂ 与结点 ｉ 的度 ｋ、结点 ｊ 的度 １ 之 间满足 【 ｊ
６ ｆ ± ａ ” Ｇ
将信息 包传 送到其邻 域 结点 。这 里 ｋ是 结点 ｉ 的连 接
度 ，ａ是一个可调 的参数 ，Ｎ 是结点 ｉ 的排队队列长 度 ，Ｇ
是结点 ｉ 的传递能力 。 ＋１ 为了保证结点 处信息包个 数 是
不 为 ０ 。
比，Ｂ Ａ无标 度网络最大的特点是 ：网络增长 和优先连接 特 性＿ 。其构造算法如下 ： ３ ］ （）增长：从一个具有 ｒ 个节点 的网络开始 ，每次引入 １ ｎ ｏ
（ 州大 学 计 算机科 学与信 息学 院 ，贵 州 贵 阳 ５ ０２ ） 贵 ５０ ５
摘 要 ：为 了确保通讯 网络上信息更快更有效的传输且通讯 能力尽 可能增大 ，以无标度 网络为平 台，提 出了一种新 的混合
路 由策 略 。该 策 略 综 合 利 用 了 网络 动 态 信 息 和静 态信 息 ，并将 网络 中 结 点 的 传 递 能 力设 定 为 与 结 点 的度 相 关 的 变量 ，采 用
ｇ眈 ｒ Ｔｈ ａ ｋ ｔｔａ ｓ ｓ ｉ ｄ ｌ ｔ ｐ ｉ ｚ ｔ ｎ ｉ ｄ ｐ ｅ ｈ ｔａｅ ｙ ｉ ｌ ｔ ｎ ｈ ｗ ｈ ｔｔ ｅｍａ ｉ ｌ ｅ ｗ ｒ ａ ａ ｉ ｅ ｐ ｃ ｅ ｒｎ ｍ ｓｏ ｍｏ ｅ ｈ ｏ ｔ ｉ ｎ ｗｉ ｉ ｍ ａｉ ａ ｏ ｔ ｉ ｔ ｅ ｓｒ ｔｇ ．Ｓｍｕ ａ ｉ ｓ ｓ ｏ ｔ ａ ｈ ｘｍａ ｔ ｋ ｃ ｐ ｃ ｙ ｏ ｓ ｄ ｎ ｏ ｎ ｏ ｔ
包个数最多为 Ｇ。由于现 实网络 中各结 点 的传 递能 力是 不 同的 ，因此假定 每 一结 点 的传递 能 力为 ：ｃ —ｋ。ｋ 是结 ｉ
点ｉ 的连接 度 。而不是仅 仅将 Ｇ 设 定 为某一 常数 。采用变
新 的混合 路由策略 。该策 略 中假 定结 点传 递能 力等 于结 点
的度 ， 局域结构 的静 态信 息 与交通 拥塞 的动 态信 息结 合 将 在一起综合考 虑 ，并 以优化 的信 息包传 递概 率 向邻 域结 点
２１ 年 ３ ０２ 月
计 算 机 工 程 与 设 计
ＣＯＭ ＰＵＴＥＲ ＥＮＧＩ ＮＥＥ ＮＧ ＲＩ ＡＮＤ Ｓ ＧＮ ＤＥ Ｉ
Ｍ ａ ． Ｏ１２ ｒ２
第３ ３卷
第 ３ 期
Ｖｏ ． ＮＯ ３ １３ ．
基 于 混 合信 息 的复 杂 网络 路 由策略 研 究
刘倩 星 ，张达 敏
是产生信息和接 收信 息 的服务器 终端 ，又是 中介传 递信 息
的路 由器 。
系统 的崩溃 ，因此研 究如 何缓 解 网络交通 拥塞 具有 重要 意
义 。基 于这个思想 ，本 文 以无标 度 网络为 模型 建立 了一 种
（）在每一 时步 ，每 个结 点 向其 邻域 结点 传递 的信 息 ２
收 稿 日期 ：２ １一５３ ； 修 订 日期 ：２ １ －７３ ０ １Ｏ —０ ０ １０ —０
对于一个通讯 网络 ，提高 路 由效率 ，保持 网络 中的信
基金项 目：贵州大学创新基金项 目 （０ １ ４ ） ２ １ ０ ０ ；贵州大学引进人才科研基金项 目 （０ ０ ２ ） ２ １０ ９ ；贵州省国际合作基金项 目 （０ １ ０ ７ ２１７０） 作者简介 ：刘倩 星 （９ ５一 ，女 ，河北石 家庄人 ，硕士研究生 ，研究方 向为数 字通信与信息系统 ；张达敏 （ ９７一 ，男 ，贵州六 盘水人 ， １８ ） １６ ） 教授 ，硕士生导师，研究方 向为计算机应用技术、网络拥塞控制 、视音频编解码 、病毒传播机制等 。Ｅｍａ ：３ ２ ５ ７ ６ ｑ ｃｒ － ｉ ７ ９ ２ ０ ＠ｑ．ｏ ｌ ｎ
ｃ ｒｅ ｐ ｎ ｓｔ 一 一 ４ ａ ｄ ｔ ｅｅ ｆ ｉ ｃ ｆｔ ｅｓ ｓｅ ｉ ｅ ｈ ｃ ｄ ｃ ｍｐ ｒ ｏ ｏ ｈ ｒｍ ｕ ｉ ｔ ｔｇ ｅ ． ｏ ｒ ｓ ｏ ｄ Ｏ ｄ ｈ ｆ ｃｅ ｙ ｏ ｈ ｙ ｔ ｍ ｎ ａ ｅ ｏ ａ ｅ ｔ ｔ ｅ ｔ ｓｒ ｅ ｉ ｎ ｉ ｎ ｓ ｎ ｄ ｇ ｎ ａ ｓ
中图法分类号 ：Ｔ ３ ３ 文献标识号 ： Ｐ ９ Ａ 文章编号 ：１０ —０ ４（０ ２ ３０ ８ ～５ ０ ０７ ２ ２ １ ）０ —８ ００
Ｒｏ ｔｎ ｔａ ｅ ｙ ｒ ｓ ａ ｃ ａ ｅ ｎ ｍ ｉ ｅ ｎ ｏ ｍａ ｉ ｎ ｏ ｏ ｐ ｅ ｅ ｗｏ ｋ ｕ ｉ ｇ ｓ ｒ ｔ ｇ ｅ ｅ ｒ ｈ ｂ ｓ ｄ ｏ ｘ ｄ ｉ ｆ ｒ ｔｏ ｎ ｃ ｍ ｌ ｘ ｎ ｔ ｒ ｓ