路由选择范文

路由选择范文（精选9篇）

路由选择 第1篇

源站选路的原理是由发送端指定路由。它可以使用如下种方法:

严格源路由选路(命令参数Strict):

发送源指定II PP数据包所必须采用的具体路由(沿途所经过的路由器接口的IIPP地址序列)。数据包必要严格按照指定的路由转发,如果其中一个路由器发现源路由中所指定的下一跳路由器不在其直连的网络上,那么,它将返回一个“源站路由失败”的ICMP差错报文。

宽松源站路由选路(命令参数为Loose):发送源指定一个数据包沿途所经过的IP地址列表(一串路由器的接口IP地址序列),报文须沿着指定的IP地址顺序来传送数据,但是此时也可以允许在相继的两个地址之间存在多个路由器。

在IP头部中,源站路由的选项格式如下:

宽松的源站选路,其中code字段的数值为0x83。

严格的源站选路,其中code字段的数值为0x89。

1)选项len:是源站选项的总长度39byte。

2)选项ptr:称作指针字段,它是一个基于1的指针,用于指向存放下一个I P地址的位置。

对于源站选路,我们必须在发送I P数据包之前填充I P地址列表;而对于记录路由的选项部分,我们需要为I P地址列表,分配并清空一部分的存储空间,并让路由器来自动填充该列表中的各个项。

同时,对于源站选路,要为所需要的I P地址数分配适当的存储空间并进行初始化,通常设置其数量小于9。而对于用来记录路由的选项来说,需要尽可能的分配地址空间,以充分利用所预留的地址空间。

1 论证实验

(1)实验拓扑图:

图

(2)环境描述:

RR11、RR22、RR33、RR4、R5、R6都运行OSPF路由协议且都属于区域0。由:5566..5566..5566..66 ppiinngg 1122..1122..1122..11做验证。

1.1 严格源站路由

验证测试:

实例一:

指定全部下一跳时:

实例二:

指定部分下一跳时:

1.2 宽松源站路由

验证测试:

实例一:

指定下一跳地址为:56.56.56.5 34.34.34.3

实例二:

指定下一跳地址为:56.56.56.5 23.23.23.2 12.12.12.1

实例三:

指定下一跳地址为:56.56.56.5 23.23.23.2

实例四:

指定下一跳地址:34.34.34.3

实例五:

指定下一跳地址:56.56.56.5 45.45.45.4 12.12.12.1

实例六:

指定下一跳地址:56.56.56.5 12.12.12.

实例七:

指定下一跳地址为:12.12.12.

2 论证结果

1)在严格源站中所有的下一跳管理员都必须手动指定,如果有一个或多个下一跳没有在列表中手动指定则会出现ICMP的报错信息。

2)在宽松源站中下一跳可以按照管理员自己的意愿随意的定义需要经过的下一跳地址,在数据发送到目标时,先通过查询路由表到达管理员手动指定的下一跳地址,然后再通过路由表中的路由到达目标,数据在回包时也是先需要查路由表到达管理员手动指定的下一跳,然后再查询路由表中的路由信息发送到源。

3)测试显示的映射信息,有两部分构成:一是路由器映射数据在去往管理员手动指定的下一跳的地址;二是数据回包时,依次逆向显示管理员手动指定的每一个下一跳地址的路由器出站接口地址,而最后一个映射地址则是最后一个下一跳的路由器到达源的出站接口地址。

摘要：源站路由的思路是让源主机指定一条路径穿越网络。以便测试在某个网络环境上的吞吐量,即使正常的情况下路由器选择的路径中不包含该网络,网络管理员可以使用源站路由强制要求IP数据报经过该网络。路由器将按照所指定的每一个下一跳去路由,不按照路由表的导向去传递数据。它可以使用如下两种技术手段来实现选路:严格源路由和宽松源站。

关键词：源站路由,严格,宽松

参考文献

[1]多伊尔,卡罗尔.TCP/IP路由技术(2卷)[M].北京:人民邮电出版社,2009.

[2]胡卡比,麦觉理,维塔克.Cisco路由器配置手册(第2版)[M].北京:人民邮电出版社,2012.

如何选择路由协议 第2篇

内部网关协议首先适合于在那些只有单个管理员负责网络操作和运行的地方;否则，将会出现配置错误导致网络性能降低或是导致网络运行不稳定的情况。对于由许多管理员共同分担责任的网络，如Internet，则考虑使用EGP协议(InteriorGatewayProtocol，外部网关协议)，如BGP4。

如果网络中只有一个路由器，不需要使用路由协议;只有当网络中具有多个路由器时，才有必要让它们去共享信息。但如果仅有小型网络，完全可以通过静态路由手动地更新路由表。

路由信息协议

RIP(RoutingInformationProtocol)协议基于一个被称为“routed”的程序，该程序运行在BSDI版本的Unix系统之上，并在1988年被标准化在RFC1058中。而在RFC1388中所描述的版本2中，增加了对VLSM(VariableLengthSubnetMasks，可变长子网屏蔽)的支持，但没有弥补该协议的主要缺陷。例如，在有多重路径到相同目标的网络中，RIP确定使用一条可选择的路径将花费许多时间，在没有多重路径的网络中，RIP协议已经被广泛使用。

RIP协议被列为距离矢量协议，这意味着它使用距离来决定最佳路径，如通过路由跳数来衡量。路由器每30秒互相发送广播信息。收到广播信息的每个路由器增加一个跳数。如果广播信息经过多个路由器收到，到这个路由器具有最低跳数的路径是被选中的路径。如果首选的路径不能正常工作，那么具有较高跳数的路径被作为备份。

对于RIP协议(和其他路由协议)，网络上的路由器在一条路径不能用时必须经历决定替代路径的过程，这个过程称为收敛(Convergence)。RIP协议花费大量的时间用于收敛是个主要的问题。在RIP协议认识到路径不能达到前，它被设为等待，直到它已错过6次更新总共180秒时间。然后，在使用新路径更新路由表前，它等待另一个可行路径的下一个信息的到来。这意味着在备份路径被使用前至少经过了3分钟，这对于多数应用程序超时是相当长的时间。

RIP协议的另一个基本问题是，当选择路径时它忽略了连接速度问题。例如，如果一条由所有快速以太网连接组成的路径比包含一个10Mbps以太网连接的路径远一个跳数，具有较慢10Mbps以太网连接的路径将被选定作为最佳路径。

RIP协议的原始版本不能应用VLSM，因此不能分割地址空间以最大效率地应用有限的IP地址。RIP2协议通过引入子网屏蔽与每一路由广播信息一起使用实现了这个功能。

路由协议还应该能防止数据包进入循环，或落入路由选择循环，这是由于多余连接影响网络的问题。RIP协议假定如果从网络的一个终端到另一个终端的路由跳超过15个，那么一定牵涉到了循环。因此当一个路径达到16跳，将被认为是达不到的。显然，这限制了RIP协议只能在网络上的使用。

RIP的最大问题涉及到具有多余路径的较大网络。如果网络没有多余的路径，RIP协议将很好地工作，它是被几乎每个支持路径选择的厂商实施的Internet标准，

RIP协议适用于多数服务器操作系统，它的配置和障碍修复非常容易。对于规模较大的网络，或具有多余路径的网络，应该考虑使用其它路由协议。

OSPF2

OSPF2是类似RIP协议的Internet标准，可以弥补RIP协议的缺点。1991年在RFC1247中它被第一次标准化;最新的版本是在RFC2328中。但是与RIP协议不同，OSPF是一套链路状态路由协议，这意

味着路由选择的变化基于网络中路由器物理连接的状态与速度，并且变化被立即广播到网络中的每一个路由器。

当一个OSPF路由器第一次被激活，它使用OSPF的“hello协议”来发现与它连接的邻节点，然后用LSA(链路状态广播信息)等和这些路由器交换链路状态信息。每个路由器都创建了由每个接口、对应邻节点和接口速度组成的数据库。每个路由器从邻接路由器收到的LSA被继续向各自的邻接路由器传递，直到网络中的每个路由器收到了所有其它路由器的LSA。

链路状态数据库不同于路由表，根据数据库中的信息，每个路由器计算到网络的每一目标的一条路径，创建以它为根的路由拓扑结构树，其中包含了形成路由表基础的最短路径优先树(SPF树)。LSA每30分钟被交换一次，除非网络拓扑结构有变化。例如，如果接口变化，信息立刻通过网络广播;如果有多余路径，收敛将重新计算SPF树。计算SPF树所需的时间取决于网络规模的大小。因为这些计算，路由器运行OSPF需要占用更多CPU资源。

一种弥补OSPF协议占用CPU和内存资源的方法是将网络分成独立的层次域，称为区域(Area)。每个路由器仅与它们自己区域内的其它路由器交换LSA。Area0被作为主干区域，所有区域必须与Area0相邻接。在ABR(区域边界路由器，AreaBorderRouter)上定义了两个区域之间的边界。ABR与Area0和另一个非主干区域至少分别有一个接口。最优设计的OSPF网络包含通过VLSM与每个区域邻接的主干网络。这使得在路由表的一个条目中描述多个网络成为可能。

虽然OSPF协议是RIP协议强大的替代品，但是它执行时需要更多的路由器资源。如果网络中正在运转的是RIP协议，并且没有发生任何问题，仍然可以继续使用。但是如果想在网络中利用基于标准协议的多余链路，OSPF协议是更好的选择。

增强内部网关路由协议

在Cisco公司的产品中，EIGRP(EnhancedInteriorGatewayRontingProtocol)协议具有一些优势。最重要的是它能迅速广播链路状态的变化。但EIGRP协议的最大缺点是没有标准化。

与OSPF协议一样，EIGRP路由器寻找它们的邻接路由器并交换“hello”数据包。EIGRP协议每隔5秒传送“hello”数据包。如果失败3次，邻接路由器则被认为是宕机状态，替代的路径将被使用。

浅析路由选择协议 第3篇

关键词：路由,路由选择,路由协议,路由算法

在计算机网络中,路由器处于十分重要的地位。路由器使用路由选择协议管理从其他路由器接收到的信息以及自身接口配置中产生的信息。路由选择协议识别所以有效的路由,将最佳路由放在路由选择表中,同时删除不再有效的路由。路由器则使用路由选择表中的信息转发被路由协议分组。然而,路由选择算法是动态路由选择的基础。无论何时,因为网络扩大、重新配置或者故障而导致网络拓扑结构的改变,那么所掌握的网络信息业必须改变。最终网络信息需要反映新拓扑结构的准确和一致的视图。

1 路由选择协议简介

1.1 被路由协议(routed protocol)

被路由协议用于导引用户流量。被路由协议在其网络层地址内提供充足的信息,使分组能够根据寻址方案从一台主机转发到另一台主机。被路由协议定义了分组中字段的格式。分组一般在端系统之间传送,使用路由选择表转发分组。被路由协议的例子有:Internet协议(IP)、网间分组交换(IPX)。

1.2 路由选择协议(routing protocol)

在功能和任务上,路由选择协议与被路由协议不同。路由选择协议是路由期间使用的通信。它允许一台路由器与其他的路由器共享消息,而不管它所知道的网络以及是否与其他路由器临近。路由选择协议通过提供共享路由选择信息机制来支持被路由协议。路由选择协议的消息在路由器之间传递,允许路由器与其他路由器通信来更新和维护路由选择表。TCP/IP中的路由选择协议例子有:路由选择信息协议(RIP)、内部网关路由选择协议(IGRP)、增强内部网关路由选择协议(EIGRP)、开放式最短路径优先(OSPF)。

2 识别路由选择协议的种类

大多数路由选择算法可以被分为以下类型:距离矢量(Distance vector);链路状态(Link-state)。

距离矢量路由选择协议方法确定互联网络中任何一条链路的方向(或矢量)和距离。链路状态路由选择协议方法也被称为最短路径优先(SPF),它重建整个互联网络的精确拓扑结构。另外,平衡混合路由选择协议方法(如EIGRP)结合了链路状态和距离矢量算法的特点。

2.1 距离矢量路由选择协议特性

距离矢量路由选择算法周期性地将路由选择表的拷贝从一个路由器发往另一个路由器。这些在路由器间的定期更新交流了拓扑的变化。基于距离矢量的路由选择算法也称为贝尔曼-福特(Bellman-Ford)算法。

在图1中,每个路由器收到来自相邻路由器的路由选择表。路由器B收到来自路由器A的信息。路由器A就加一个距离矢量书,例如跳数,来增加距离矢量。然后,路由器B将新的路由选择表发送给它的其他邻居,路由器C。这种一步一步的处理发生在所有相邻路由器之间的所有方向上。

算法累积网络距离信息,以便可以维护一个网络拓扑信息的数据库。但是,距离矢量算法不向路由器提供互联网络的确切拓扑结构,因为路由器仅知道自己的邻居路由器。

每个使用距离矢量路由选择的路由器从标识自己的邻居路由器开始。每个直连网络的接口都显示距离为0。当距离矢量网络发现进程启动后,路由器根据接受自每个邻居的信息发现到目的网络的最佳路径。例如,路由器A根据接收自路由器B的信息获知其他的网络。路由选择表中的每一条其他网络条目通过累积的距离矢量值表示该网络在给定方向上的距离是多少。

一旦网络拓扑发生改变,就会引起路由选择表更新。与网络发现过程一样,拓扑变化的更新也是路由器到路由器一步一步地进行。距离矢量算法要求每个路由器将自己的完整路由选择表发送给它的邻居。路由选择表包括以度量标准定义的总路径代价,以及到表中每个网络的第一个路由器的逻辑地址。

距离矢量可以类比于高速公路上的标记。高速公路标记指示司机到达目的地的方向并指出达到目的地的距离。沿着高速公路走下去,还有另外的标记指向同一个目的,但是距离会越来越短。只要标示的距离在变短,说明车流在正确的方向上行使。

2.2 链路状态路由选择协议的特性

链路状态算法也称为Dijkstras算法或者最短路径优先(SPF)算法。它们维护一个复杂的拓扑信息数据库。尽管距离矢量算法没有关于远端网络的确切信息以及对远端路由器的认识,链路状态算法却维护着远端路由器及互连情况的全部信息。链路状态路由选择使用以下内容:

1)链路状态通告(LSA)路由器之间发送的路由选择信息的小分组。

2)拓扑数据库通过LSA收集到的信息集合。

3)最短路径优先(SPF)算法基于数据库的计算,结果是SPF树。

4)路由选择表已知路径和接口的列表。

工程师已经在开放式最短路径优先(OSPF)路由选择中实现了这种链路状态的原理。RFC1583描述了OSPF链路状态的原理和操作。

2.3 混合路由选择协议的特性

第三种路由选择协议是平衡混合路由选择,它具有距离矢量和链路状态两种路由选择协议的特点。平衡混合路由选择协议使用具有更精确度量标准的距离矢量来确定到目的网络的最佳路径。但是,它们与大多数距离矢量协议不一样的地方式它们使用拓扑改变来触发路由选择数据库的更新,而不是周期性的更新。

类似链路状态协议,平衡混合路由选择协议收敛很快。但是它与距离矢量和链路状态协议不同的是使用更少的带宽、内存和处理器开销。混合协议的例子有cisco公司的增强内部网关路由选择协议(EIGRP)。

3 结束语

计算机网络已经是我们生活不可缺少的一部分,而计算机网络中又离不开路由器。本文从路由器在网络中的作用,路由器的工作原理及主要的路由选择算法等方面作了简明的阐述,希望能对那些想了解路由器的读者起到一定的作用。

参考文献

[1]思科网络技术学院教程[M].北京:人民邮电出版社,2006.

[2]郝兴伟.计算机网络技术及应用[M].北京:高等教育出版社,2005.

[3]谭建中.计算机网络技术[M].北京:电子科技大学出版社,2008.

选择OSPF路由协议的最佳方式 第4篇

每个路由器仅与它们自己区域内的其它路由器交换LSA。Area0被作为主干区域，所有区域必须与Area0相邻接。在ABR(区域边界路由器，AreaBorderRouter)上定义了两个区域之间的边界。ABR与Area0和另一个非主干区域至少分别有一个接口。最优设计的OSPF网络包含通过VLSM与每个区域邻接的主干网络。这使得在路由表的一个条目中描述多个网络成为可能。

虽然OSPF路由协议是RIP协议强大的替代品，但是它执行时需要更多的路由器资源。如果网络中正在运转的是RIP协议，并且没有发生任何问题，仍然可以继续使用。但是如果想在网络中利用基于标准协议的多余链路，OSPF路由协议是更好的选择，

增强内部网关路由协议

在Cisco公司的产品中，EIGRP(EnhancedInteriorGatewayRontingProtocol)协议具有一些优势。最重要的是它能迅速广播链路状态的变化。但EIGRP协议的最大缺点是没有标准化。

与OSPF路由协议一样，EIGRP路由器寻找它们的邻接路由器并交换“hello”数据包。EIGRP协议每隔5秒传送“hello”数据包。如果失败3次，邻接路由器则被认为是宕机状态，替代的路径将被使用。

网络规划中路由协议选择 第5篇

在网络设计及实施的过程中,选择合理的路由协议可以提高网络的效率,减少网络建设的投入,延长设备的使用寿命。而不合理的选择则可能导致网络效率低下,设备始终处于高设备占有率状态,导致设备寿命降低,从而增加了设备的投入资金。那么如何选择合理的路由协议呢,我们先来了解一下路由协议的作用及分类。

1 静态路由协议

静态路由表由网络管理员在系统安装时根据网络的配置情况预先设定,网络结构发生变化后由网络管理员手工修改路由表。静态路由表在开始选择路由之前就被网络管理员建立,并且只能由网络管理员更改,所以只适于网络传输状态比较简单的环境。

2 动态路由协议

动态路由协议随网络运行情况的变化而变化,路由器根据路由协议提供的功能自动计算数据传输的最佳路径,由此得到动态路由表。

根据路由算法,动态路由协议可分为距离向量路由协议(Distance Vector Routing Protocol)和链路状态路由协议(LinkState Routing Protocol)。

2.1 距离矢量协议

距离向量路由协议基于Bellman-Ford算法,主要有RIP、IGRP(IGRP为Cisco公司的私有协议);在距离向量路由协议中,路由器将部分或全部的路由表传递给与其相邻的路由器,这种特性不仅造成了网络收敛的延时,而且消耗了带宽。随着路由表的增大,需要消耗更多的CPU资源,并消耗了内存。

2.2 RIP

RIP是路由器生产商之间使用的第一个开放标准,是最广泛的路由协议,在所有IP路由平台上都可以得到。RIP有两个版本:RIPv1和RIPv2,它们均基于经典的距离向量路由算法,最大跳数为15跳。

RIPv1是有类路由(Classful Routing)协议,因路由上不包括掩码信息,所以网络上的所有设备必须使用相同的子网掩码,不支持VLSM。RIPv2可发送子网掩码信息,是无类路由(Classless Routing)协议,支持VLSM。

2.3 IGRP

内部网关路由协议(Interior Gateway Routing Protocol,IGRP)是Cisco公司20世纪80年代开发的,是一种动态的、长跨度(最大可支持255跳)的路由协议,使用度量(向量)来确定到达一个网络的最佳路由,由延时、带宽、可靠性和负载等来计算最优路由,它在同个自治系统内具有高跨度,适合复杂的网络。Cisco IOS允许路由器管理员对IGRP的网络带宽、延时、可靠性和负载进行权重设置,以影响度量的计算。

3 链路状态(LS)路由协议

链路状态路由协议基于Dijkstra算法,即最短优先路径(Shortest Path First,SPF)算法,主要有EIGRP,IS-IS和OSPF。在链路状态路由协议中,路由器将链路状态信息传递给在同一区域内的所有路由器。

3.1 EIGRP(思科私有)

EIGRP使用与IGRP相同的路由算法,但它集成了链路状态路由协议和距离向量路由协议的长处,同时加入散播更新算法(DUAL)。

EIGRP具有如下特点:

(1)快速收敛。快速收敛是因为使用了散播更新算法,通过在路由表中备份路由而实现,也就是到达目的网络的最小开销和次最小开销(也叫适宜后继,feasible successor)路由都被保存在路由表中,当最小开销的路由不可用时,快速切换到次最小开销路由上,从而达到快速收敛的目的。

(2)减少了带宽的消耗。EIGRP不像RIP和IGRP那样,每隔一段时间就交换一次路由信息,它仅当某个目的网络的路由状态改变或路由的度量发生变化时,才向邻接的EIGRP路由器发送路由更新,因此,其更新路由所需的带宽比RIP和EIGRP小得多——这种方式叫触发式(triggered)。

(3)增大网络规模。对于RIP,其网络最大只能是15跳(hop),而EIGRP最大可支持255跳(hop)。

(4)减少路由器CPU的利用。路由更新仅被发送到需要知道状态改变的邻接路由器,由于使用了增量更新,EIGRP比IGRP使用更少的CPU。

(5)支持可变长子网掩码。

(6)IGRP和EIGRP可自动移植。IGRP路由可自动重新分发到EIGRP中,EIGRP也可将路由自动重新分发到IGRP中。如果愿意,也可以关掉路由的重分发。

(7)EIGRP为模块化设计,支持三种可路由的协议(IP、IPX、Apple Talk),更新版本支持IPv6。

(8)支持非等值路径的负载均衡。

(9)因EIGIP是Cisco公司开发的专用协议,因此,当Cisco设备和其他厂商的设备互联时,不能使用EIGRP。

3.2 OSPF

开放式最短路径优先(Open Shortest Path First,OSPF)协议是一种为IP网络开发的内部网关路由选择协议,由IETF开发并推荐使用。OSPF协议由三个子协议组成:Hello协议、交换协议和扩散协议。其中Hello协议负责检查链路是否可用,并完成指定路由器及备份指定路由器;交换协议完成“主”、“从”路由器的指定并交换各自的路由数据库信息;扩散协议完成各路由器中路由数据库的同步维护。

3.3 ISIS

ISIS是一个分级的链接状态路由协议,基于DECnetP hase V路由算法,实际上与OSPF非常相似,它也使用Hello协议寻找毗邻节点,使用一个传播协议发送链接信息。ISIS可以在不同的子网上操作,包括广播型的LAN、WAN和点到点链路。

4 路由协议的选择主要应从以下几个方面考虑:

4.1 网络的规模和路由表信息的交换量

通常小型网络适合采用静态路由或RIP路由协议,静态路由协议对网络的变化不够敏感,而RIP路由协议由于设计15跳的限制和传送整张路由表,导致网络的规模不可能太大,超出一定规模的网络使用RIP协议还会导致网络效率的降低。这两种协议对网络设备CPU负荷也比较低适合与在一些低端的路由设备上使用,在某些单链路连接互联网的网络,通常会在出口路由器上设置静态路由。

对于大型网络,通常建议使用OSPF或ISIS,与静态路由协议RIP路由协议比较,OSPF和ISIS路由协议会使用更多的网络设备CPU负荷,增加设备的负担,因为OSPF和ISIS需要根据周围邻居的信息计算得出适合自身的路由表。这个路由表相对于RIP和静态路由协议收敛速度快,网络效率高,而且没有15跳的限制,非常适合于大型网络。可以通过设置区域的方式来降低区域内路由表的信息量,已达到降低网络设备的负荷的目的。

4.2 路由协议的兼容性和配置难度

相对而言,静态或RIP路由协议的配置难度比较低而且兼容性较好,可以用在网络设备产品型号和类型都很复杂的网络内,但网络规模有限制。OSPF和ISIS具有更好的网络兼容性,但ISIS配置难度相对较高。OSPF路由协议兼具了较好的网络兼容性和较为简单的配置,建议在大中型网络内使用。

使用何种路由协议运行在网络内并不是一个孤立的概念,完全可以实现在同一网络内使用不同的网络路由协议同时运行,实现路由表信息的交换。采用何种路由协议更好,更科学,不但要依靠在网络运营过程中不断积累的经验,也要在实践中不断变化网络路由协议的运行的设计思路,在实践中寻址答案。

摘要：本文通过对路由协议的分析,论述了现有路由协议的分类,及各种路由协议的原理和特点,并阐述了如何在不同的网络环境中使用不同的路由协议。

因特网的路由选择协议的研究 第6篇

路由器是网络层的关键系统，在计算机网络中发挥至关重要的作用。路由器的作用是运作其中的路由协议，即用于不同网络之间的互连，能连接不同物理介质、链路层协议，网络层协议的网络。根据其中路由选择协议来转发报文。

1 路由算法的特点

路由选择协议的核心部分就是其中的路由算法，路由算法有以下几个特点：

算法必须在正确的前提下保证算法的简单并且完整。

算法具有适应网络通信量和网络拓扑结构变换的能力，就是我们常说的自适应性。当不能正常工作时，算法要具有及时改变路由。我们还称之为稳定性。

算法在保证以上前提的同时应该确保算法对于每个用户都是公平的(除少数优先级高用户)，此外算法应该是最佳的，确保分组的平均延时最小而其平均吞吐量是最大的。对于某些网络来说，网络的可靠性比“最佳”显得更加重要。因此，我们经常说的最佳，只能是相对于某一种特定的条件下得出的较为合理的选择。

2 多播路由协议

(1)由于单播路由协议对于网络来说，定点到定点单播路由大大增加了网络资源的开销，我们在这儿着重讨论多播路由协议。多播路由发送信息模式如下图所示。

(2)多播与单播路由异同点

首先：能够运行多播协议的路由器称之为多播路由器多播路由具有单播路由的特点，可以转发普通的单播IP数据报。

其次：多播地址只能用于目的地址，而不是用于源地址。

再者：多播数据报不产生ICMP差错报文。

最后：在局域网上可以进行硬件多播，没有硬件单播。

(3) IP多播需要的协议

IP多播需要两种协议，这儿我们只谈论，多播的路由选择协议。在以前我们已经在TCP/IP中把IP多播协议设立为建设多播协议的标准。

多播路由选择协议的本质是找到下图中的中心节点即多播转发树，在多播转发器上只能接收到一个信息，即不会有重复信息出现。有三种方法来转发多播数据报：

首先：洪泛与剪切，这种方法适用于较为小型的多播组。

其次：广域隧道技术，顾名思义这种方法适用于位置比较分散的多播组。

最后：可变化的发现技术，这种方法对于多播来说是其福音。因为这种方法对于多播来说能适应其位置大小的改变。

(4)多播分为以下几个反面

首先：一对多，一个主机对应多个接受者，例如我们常见的实时资讯，传播媒体，公司发布信息都是一对多的代表。

其次：多对多，一系列主机对多个接受者发送消息，他可以作为发送者也可以作为接受者，例如我们经常参与的各种网络聊天群，网络游戏等等。

再者：多对一，一组发送者向一个用户发送信息，例如我们常用的人员管理系统，籍贯管理系统等等都是多对一的代表。

(5)目前在整个网络中使用的常见多播路由选择协议。

1.距离向量多播路由选择协议DVMRP这个协议作为我国第一代IP多播协议诞生于20世纪80年代与就是年代之间，是迄今为止最为成熟的多播路由IP协议。

2.基于核心的转发树CBT，这个路由选择协议的核心是使用传统的核心路由器作为转发报文的起始点，一个大型的自制系统，划分为若干个自由的区域，这几个区域都有自己独有的核心路由转发器，然后再由此核心路由转发器向叶子节点转发报文。

3.开放最短通路优先多播扩展协议MOSPF这个协议的关键是知道需要接受和发送报文的源地址和目的地址而且通过此地址计算出两者之间的最短路径，每当接收到一个报文就把这个路径剪除，形成最短路径树。

4.协议无关多播稀疏方式PIM-SM。这个协议类似于核心转发树协议CBT，采用协议无关主要是考虑到虽然协议建立在使用单播数据报来连接路由器，但是并无特定要求必须使用单播路由协议，而且适用于用户相对分散的情况下。于此对应的是协议无关多播密集方式PIM-DM，这种方式显而易见就是用于用户相对集中的情况下。

3 新型协议的服务质量路由协议

现在又提出一种新型的路由协议，并广泛被采纳基于实时流服务质量路由协议，这种协议不仅能提高节点的靠干扰能力，还能在减少用于实时流造成的网路负担。

4 结论

本文主要是对因特网的路由选择协议进行研究，首先讲述了路由算法的几种特点。然后对多播路由协议和服务质量路由协议进行了分别阐述，其中对多播路由协议进行了重点研究和介绍，服务质量路由协议是一种新型的协议，目前仅仅是对其进行了展望。

摘要：路由器是是网络中的不可获取的部分, 而路由器中最关键的部分就是其中的路由选择协议, 本文讨论传统路由选择协议的最优算法特点, 以及针对常见的单播和多播路由信息进行对比, 最后对常见几种多播路由协议进行分析。

关键词：路由选择协议,最优算法特点,多播路由协议,单播与多播路由协议对比

参考文献

[1]Andrew S.Tanenbaum《Computer Networks》, Third Eidtion, Prentice HallPress, 1999.

[2]DouglasE.Comer, 《ComputerNetworks and Internet》, Prentice Hall Press, 1994.中文版《计算机网络与互联网》[M], 电子工业出版社, 1999.

浅析直埋光缆的路由选择及保护 第7篇

关键词：光缆,路由,保护措施

光缆线路工程设计是通信系统基本建设的一个重要环节, 做好通信线路设计工作对保证通信畅通, 提高通信质量, 加快施工速度具有重大的意义, 同时光缆线路工程中路由选择与线路的保护措施又是光缆设计中一个很重要的环节, 因此在设计过程中必须进行认真细致的调查分析。

1 光缆路由选择的基本原则

光缆线路路由的选择非常重要, 路由选择的是否合理、安全, 直接影响到光缆线路建成后的安全, 是影响光缆使用寿命的直接因素之一。在光缆线路工程的勘测设计中, 主要从以下几个方面考虑来选择合理、安全的光缆线路路由。

(1) 光缆路由的选择应以设计任务书为依据在保证传输质量的前提下, 使线路安全可靠、经济合理、施工维护方便。

(2) 光缆路由沿公路敷设应做到顺路取直, 不要随弯取线, 以免增加线路长度。在一些地形复杂、障碍较多的地段, 应考虑施工维护的方便, 不要强求长距离的大直线, 其隔距要求应根据规范或设计要求确定。

(3) 光缆路由应选择在地质稳固、地形平坦、自然危害少的地方。在平原地区应避开湖泊、沼泽、水塘、沟渠及排涝积洪等地带;山区路由应尽量避免翻山越岭, 选择地质稳固、坡度较平、石方工作量少, 便于维护施工的地带, 避开沟渠和水土流失的地方等。山区选择路由时还应进行防雷调查, 尽量避开落雷较多的地段。

(4) 进入市区、城镇的光缆路由, 应符合城市发展规划, 避免选择在规划的建筑红线范围以内, 防止设于待拓宽或变动的街道, 未定型的街道, 远期规划的工业区及城市发展区, 应在已设或新设电信管道中敷设, 在市区应尽量利用配合市话管线路由一并考虑。

(5) 光缆线路穿越河流, 当过河地点附近存在可供光缆敷设的永久性桥梁时, 光缆宜在桥上通过。

2 光缆线路的保护措施

光缆线路的保护措施是设计中一个很重要的问题, 因光缆敷设后, 受到外界自然条件的影响很多, 如穿越铁路、公路、沟渠、堤坝、山区、丘陵、河流等, 都将会受到各种各样的压力、拉力, 以致使光缆由于外力而产生损伤, 因此必须认真考虑和消除各种机械力对通信光缆的影响。

2.1 光缆穿越铁路、公路

光缆穿越铁路干线时, 应选择在铁路路基略高于两侧。大地的地段, 同时应避开路基下沉和石质土区。穿越铁路可采用顶钢管或开挖铺管法通过。在穿越时光缆应与铁路垂直交越, 一般选用Φ80镀锌管, 内穿两根塑料子管保护。

光缆穿越公路时, 不论何种路面, 都应与公路垂直交越, 并使保护管两侧的光缆走向顺直, 当光缆穿越高等级道时 (混凝土路面) , 应与光缆穿越铁路一样, 宜采用顶管的保护措施施工, 以免破坏路面影响交通。光缆穿越一般公路时, 可剖开路面埋设钢管, 埋设钢管长度应伸出公路两侧排水沟外侧各1~2 m, 如道路两排水沟较深时, 不能与光缆埋深相配合, 钢管可敷设到柏油路面外侧的碎石路面与路肩之间的位置, 光缆穿越乡间小路或水渠时, 可采用Φ50塑料管保护。

2.2 光缆穿越沟渠

光缆穿越沟渠, 一般指山沟或平原地区的深沟。这些地方是洪水集中汇流处, 水流的冲刷易于把沟刷深或局部刷深, 使敷设于沟下的光缆悬空露出, 易于损坏, 因此必须采取保护措施。对于山洪冲刷力较大的山沟, 可采用钢丝铠装缆加大埋深的方法来保护, 其埋深应在沟底变动深度以下, 当光缆敷设位置穿越山沟或深沟时, 为阻挡流水对沟的冲击和保护圩砂免遭流失, 采用在敷设光缆位置流水方向的下游主流的地方设漫水坡进行保护, 对一些深沟可采用砌石封沟或砂袋封沟。

2.3 光缆穿越沼泽、水塘

一条光缆干线在施工过程中难免会遇到很多沼泽地带或水塘, 从光缆安全上考虑, 原则上光缆应尽量绕避以上地区, 当光缆无法绕避或绕避会给光缆增加很长距离时, 应认真分析调查, 采用有效的防护措施。

(1) 光缆穿越水塘时, 一般应将光缆绕避水塘敷设, 当无法绕避时, 应采用水底冲槽或用草袋装土后再用钢筋水泥板铺在光缆上方加以保护。

(2) 光缆穿越沼泽地区时, 应做深入的调查工作, 了解历年冰冻深度, 以便将光缆敷设在冰冻层下, 防止逐年冬冻膨胀, 春暧融化将光缆抬出地面而遭损坏;同时应对光缆结构进行变换, 一般采用钢丝铠装光缆, 以适应冻土层的膨胀应力, 对个别沉降严重地段光缆应采用“S”形敷设 (或立面S形) , 给光缆适当余留, 以适应大地膨胀起伏的需要。

2.4 光缆穿越城市、乡镇

干线光缆应昼绕避乡镇居民区, 原则上是不穿越或少穿越, 必须穿越时应调查了解乡镇发展规划, 光缆采用敷设Φ50大长度塑料管保护或在光缆上方进行铺砖保护。

2.5 光缆穿越山丘地段

光缆在山丘地段选择路由时, 一般应选择坡度较小的地段敷设, 当坡度小于30度时, 光缆应采用“S”弯敷设;当坡度大于30度时, 或由于受地形限制不宜采用S弯时光缆应采用爬坡光缆 (钢丝缆) 和进行丝网加固等措施;除了以上措施外, 还应注意为了避免光缆沟内回填土的流失, 沟内应做堵塞处理, 一般每隔5~10 m做一处堵塞措施。

2.6 光缆通过矿区

光缆在路由选择进, 一定要避开矿区 (煤矿尤为重) , 且不可粗心大意, 误将光缆选择在废弃或正在开发的矿区地带, 当无法绕避或经济比较后绕行投资过大, 必须穿越矿区时, 应向有关单位详细了解地下矿藏情况, 光缆必须选择在尚未开采的地区, 并与相关单位办理书面协议, 作为设计、施工的依据, 同时对光缆穿越矿区的地段采取必要的保护措施, 如减小光缆埋深采取敷设强度较高的半硬强度较高的光硬塑料管或钢管保护等, 以尽量避免光缆敷设后由于地面发生变化 (包括地震) 而对光缆施加的压力。

2.7 光缆穿越河流与湖泊

在干线光缆敷设中经常会遇到很多河流, 为确保光缆的安全可靠, 勘查设计方案中一定要周密、细致地调查研究, 决不可敷衍了事、掉以轻心, 否则将给通信畅通造成巨大的危害与损失。在河流较多的地区, 一些河流为季节性河流, 平时无水或水较小洪水季节巨大的卵石能随着滚滚流砂移动, 根据以上特点, 对不同的河流情况采取以下措施。

(1) 对季节性河流一般指超过60 m宽以上, 采用2T钢丝光缆, 以增加光缆的张力, 同时对河床部分采取加大埋深, 将光缆敷设在流砂动态范围以下。

(2) 对常年流水的较大河流, 若有坚固可靠的桥梁, 可优先考虑选择在桥上通过若桥上有预留管, 应从管内穿放, 若无预留应采用Φ50钢管 (或塑料管) 沿桥卡固, 钢管内穿放一根塑料子管保护, 但必须征得公路桥梁相关部分的同意, 并办理、签订必要的文字协议。

(3) 若无桥梁可利用时, 应根据水的流速及河床冲刷程度选择2T或4T水线光缆, 但要特别注意的是水线光缆的过河位置, 水线光缆应选择在河道顺直, 河床平坦, 水流较稳、河面较窄、河床土质稳定、两岸坡度较小的地段, 在勘查设计中对下述地段应特别注意。

(1) 河道弯曲处, 两条河流汇合处, 沙洲附近河岸陡峭、两岸不稳固冲刷严重处; (2) 有拓宽和疏浚计划的地段, 有严重腐蚀性污水排泄区域或其它严重危害光缆安全的地段; (3) 水流速较大, 且为石质河床的地段 (施工困难) 。

以上3条在设计中应尽量绕避。

(4) 水底光缆埋深的确定。

对于不通航的河流, 水底光缆一般采用截流挖沟法较普遍, 一般埋深为2.0 m, 如施工困难其埋深也不应小于1.5 m, 同时要求对河道经常变化的岸滩部分, 也应增加埋深与河底齐平 (防止岸滩崩塌时, 光缆暴露出来甚至悬空) 。在两岸挖深有困难时, 对易受洪水冲刷的河堤应采取石砌拦水护坎, 其长度不可过小, 应视情况而定。为尽量节省工程投资, 拦水护坎在有条件的情况下, 因地制宜采用石笼法同样能起到防护作用, 又能节约工程费用。

(5) 对河床中漫水坡的防护使用。

光缆穿越季节性河流时, 一般不宜采用长距离漫水坡防护, 若过多采用漫水坡将给工程带来巨大的工程投资, 且不一定能起到光缆的防护作用, 笔者认为若将光缆增加埋深敷设至河床变动范围以下, 光缆较安全且工程费用比漫水坡等将减少80%左右。这样比较不是否定漫水坡防护的作用, 由于河床不是很平坦的, 对短距离常流水的沟、槽、为防止冲刷水土的流失, 必须设漫水坡保护, 且不可遗漏。

2.8 防强电、防腐蚀及防雷的考虑

(1) 防强电。

由于目前我们采用的光缆一般都不含金属线对, 所以不考虑强电对信号的干扰影响, 在施工中应将单盘光缆间的金属护套、铠装、金属加强芯等构件在接头处电气断开, 把强电影响的积累段限制在单盘光缆的制造长度以内, 即使这样, 在光缆路由选择时, 应尽量避开强电线线路, 一般对35 kV以下强电线应保持20 m以外的隔距要求, 小于20 m时, 应加塑料管保护;光缆与高压输电线交越最好垂直交越, 并在交越点两侧采用20 m塑料管保护。

(2) 防腐蚀。

虽然光缆PE外护层都具有一定的防腐蚀性能, 在设计路由时为延长光缆寿命应尽量避开粪坑、积肥池等强腐蚀源, 以防止光缆外护层发生过早老化, 一般地区不考虑其它防腐蚀措施。

(3) 防雷。

雷电是使地下光缆线路产生对地绝缘不良和故障的原因之一, 在勘查设计中, 应详细调查了解路由是否经常发生雷击现象和穿越落雷区, 在路由选择中应尽量避开以下地区。

(1) 存在有引雷危险的地面突出物 (如单棵独树) 、电杆拉线及其它高耸建筑物 (包括保护接地装置等) 的地区; (2) 地形突变、地质结构变化较大、大地电阻系数突变地带。

除此以外, 还应向气象部门了解光缆沿线近10年的年平均雷暴日数, 向沿线单位或农牧民了解雷区活动规律, 并在设计中提出防雷措施及建筑方案, 对雷区年雷暴日大于20天/年以上的地区应采取以下防护措施。

(1) 沿线土壤电阻率ρ为500Ωm时, 布放单条防雷排流线; (2) 沿线土壤电阻率ρ为500Ωm以上时, 布放双条防雷排流线 (3) 直埋光缆与引雷目标的防雷隔距应参照相关规范及规定设计。

3 结语

总之, 光缆线路的路由选择及保护十分重要, 其设计是否合理将直接影响到光缆线路在建成后能否安全的使用和光缆的使用寿命。所以在进行施工设计时, 一定要按照规范、标准要求进行路由勘察, 编制出高质量的设计文件, 指导和确保工程施工的顺利实施, 确保长途光缆线路在建成后能够安全、畅通的投入使用。

参考文献

[1]胡先志, 邹林森, 刘有信, 等.光缆及工程应用[M].北京:人民邮电出版社, 1999, 1.

[2]赵梓森.光纤通信工程[M].北京:人民邮电出版社, 1999, 1.

[3]高黎明.直埋干线光缆雷击成因及防雷措施的研究[J].中国新通信, 2012 (15) .

路由选择 第8篇

由于网络中存在路由汇聚时间间隔,路由表中新的路由或更改的路由不能够很快在全网中稳定,使得有不一致的路由存在,于是会产生路由环。路由环的产生,给网络增加了不必要的流量,降低网络性能。为了从根本上提高网络的性能,需要解决路由环的问题。

1 RIP协议路由环的产生

路由选择最基本的问题就是找出任意两个节点之间最小的开销,一条路径的开销等于组成这条路径的所有边上开销之和。但是静态的方法存在以下几个缺点:

1) 它不处理节点或者链路故障;

2) 它不考虑新的节点或链路的增加;

3) 它意味着边的开销不能改变;

由于这些原因,在大多数实际网络中,路由选择由运行在节点间的路由协议来实现。这些协议提供了一种分布式的、动态的方法来解决在链路和节点出现故障时寻找最小开销路径以及改变边路径开销的问题。因此所有被广泛使用的路由协议都采用分布式算法。然而分布式算法会产生这样的问题:在同一时刻,两个路由器对于某个目的地的最短路径有不同的判断。事实上,每个路由器可能会认为另一个路由器到目标更近一些,从而决定将分组发往另一个路由器。显然,这样的分组将会陷入循环,直到这两个路由器之间的矛盾得以解决。因此这是路由器必须解决的问题。

由于网络的路由汇聚时间的存在,路由表中新的路由或更改的路由不能够很快在全网中稳定,使得有不一致的路由存在,于是会产生路由环。

2 RIP解决路由环的机制和实现:

解决路由选择环问题的根本方法有以下几种:

1) 定义最大跳数:指定最大跳数来防止路由回环。路由循环的问题也可用描述为跳数无限(counting to infinity)。其中的一个解决办法就是定义最大跳数(maximum hop count)。RIP是这样定义最大跳数的:最大跳数为15,第16跳为不可达。但是这样不能根本性的解决路由循环的问题。

2) 水平分割:不会接收到由自身传达出去的路由信息。水平分割是一种避免路由环出现和加快路由汇聚的技术。由于路由器可能收到它自己发送的路由信息,而这种信息是无用的,水平分割技术不反向通告任何从终端收到的路由更新信息,而只通告那些不会由于计数到无穷而清除的路由。

3) 路由抑制:路由器将该路由信息的跳数标记为无限大。假设有路由器B和C形成的网络,当路由器C的直连网络无法到达时,路由器C并不立即删除对应网络的路由条目,而是将跳数字值标识为无限大,即不可到达。在C下次更新信息的时候,将把这个不可到达信息发送给邻接路由器。以避免由于C直接删除路由条目,而导致的路由环路。

4) 反向抑制:超越了水平分割,可以说是水平分割的一种增强形式,在3的情况下,C发送某个网路不可到达的信息给邻接路由器B后,B并不立即更新路由条目为不可到达,而是设置对应路由条目为Possible Down,然后再次将这个Possible Down信息发送给C(这种情况已经打破了水平分割的原则,但是也仅允许这种特例才能打破水平分割原则),其目的在于,要求C确认是否真的不可到达,同时也是防止C收到的是其他路由器的错误信息。通常情况下,反向抑制的水平分割比普通的水平分割更安全。两个相连的网关相互发送尺度为16的逆向路径,就可以直接避免回路。

5) 抑制计时Hold-Down计时:路由器在Hold-Down时间内将该条记录标记为possibly down以使其他路由器能够重新计算网络结构的变化。当一条路由信息无效之后,在一段时间内,这条路由都会是处于抑制状态,即在一定时间内,不会再接收关于同一目的地址的路由更新。如果,路由器从一个网段上得知某条路径已失效,随后又马上在另一个网段上得知这个路径是有效的,然而针对这个路径有效的信息往往是不正确的,抑制计时就是避免了这个问题,而且,当一条链路频繁起停的时候,抑制计时也能够减少路由的浮动,同时提高网络的稳定性。它使用了触发更新(trigger update)来重新设定Hold-Down计时器。

6) 触发更新:当路由表发生变化时路由器立即发送更新消息。触发更新和一般的更新是有区别的,当路由表发生变化的时候,更新报文会立即对相邻的所有路由器广播,而不是像一般的更新那样等待30秒的更新周期。同样的,当路由器刚启动RIP时,它广播请求报文,收到此广播的相邻路由器就不必等到下一个更新周期,就会立即应答一个更新报文。这样,网络拓扑的变化会以最快的速度在网络上传播开,由此也大大降低了路由循环的产生。

但是如果出现触发更新和周期性更新同时发送的情况时,没有收到触发更新的网关就还是会发送不存在的路径。因为网关有可能会先收到触发更新,然后再收到错误的周期更新。这样就会产生局部的错误路径。触发更新没有办法及时发送,就会存在记数到无穷大的情况。

通过以上6种方法,我们能有效地抑制距离向量路由选择环,当然这些方法不是绝对的,总的可以总结在以下几点:

1) 定义最大跳数:指定最大跳数来防止路由回环。

2) 水平分割:不会接收到由自身传达出去的路由信息。

3) 路由抑制:路由器将该路由信息的跳数标记为无限大。

4) 反向抑制:可以说是水平分割的一种增强形式。5) Hold-Down Hold-Down

5) 抑制计时Hold-Down计时:路由器在Hold-Down时间内将该条记录标记为possibly down以使其他路由器能够重新计算网络结构的变化。

6) 触发更新:当路由表发生变化时路由器立即发送更新消息。

综上所诉,这些方法都有各自的一些缺点和优势,这就要求我们在实际应用中灵活地运用不同的方法,在不同的情况和条件下采用最合适的方法,以达到最好的效果!

摘要：该文主要阐述了RIP协议的路由选择机制,RIP协议的相关内容,以及RIP对路由选择环问题的解决方法和具体实现,最后针对抑制路由环,提高网络性能提出了几种解决方法。

路由选择 第9篇

关键词：广域保护,路由算法,蚁群算法,主路径,备用路径

0 引言

广域保护系统(WAPS)运用现代测量和通信技术获取变电站的多点信息,进行广域保护和安全稳定控制[1,2,3]。然而快速可靠地获取变电站的多点信息必须借助于广域通信系统,因此广域通信系统成为广域保护系统的关键因素之一。广域保护系统对通信系统的实时性、可靠性、安全性、自愈性等有严格的要求。信息在广域网中传输都要经过路由选择,尤其当电网系统发生故障时,信息流量瞬间急剧增加,如何选择合适路径实现信息快速、可靠地传输到目的地至关重要[4]。

目前的路由算法大多基于网络图论方法,采用集中式的Dijkstra算法或Bellman-Ford算法建立最短路径树,利用最短路径树来寻找到最短的路径,该算法被广泛地应用到通信网络中,例如Ad-hoc网络中的目的序列距离矢量路由协议(DSDV),互联网中的链路状态路由协议(OSPF)。而广域保护对通信系统的实时性、可靠性以及自愈性等具有严格的要求。因此很多学者对路由算法的带宽、延时、可靠性等服务质量(QoS)参数进行了综合计算,寻找最优路径。

文献[5]中描述了如何在给定目的节点和带宽需求的情况下,利用Dijkstra算法得到最小跳数路径;文献[6]结合源路由算法和Dijkstra算法,寻找满足带宽与延时约束的路径;文献[7]中分别为每个流量请求寻求最短路径;文献[8,9,10]研究了电力通信网络中的可靠性以及网络失效后的自愈;文献[11]研究了如何在满足通信时延的约束条件下,令路径可靠性最大化,并且在此基础上建立了数学模型。针对广域保护通信系统的要求,文献[12]建立了一种基于多协议标签交换(MPLS)的路由选择模型,满足广域保护对通信QoS的要求。

广域保护通信系统对网络的生存性和可靠性具有严格的要求,尤其是当主路径失效后,通信系统仍能通过备用路由可靠地传输数据。目前大多数路由算法主要在满足QoS参数等情况下,计算出一条最优主路径,而并没有考虑当主路径失效后的备用路由问题。本文提出了一种广域保护通信多路径路由选择的改进蚁群算法,在满足广域保护通信要求的情况计算得到节点不交叉或者链路不交叉的主路径路由和备用路径路由,进而提高了广域保护系统的可靠性。在基本蚁群算法的基础上,利用基于链路的时延和可用率对蚁群算法的信息素进行改进。在电力广域保护通信网络中,利用改进后的蚁群算法寻找到从源节点到目的节点之间多条不同质量的传输路径,可以保证当传输保护控制的主路径失效后,快速地切换到备用路径,以提高广域保护系统的可靠性。

1 广域保护通信网络

广域保护通信系统由调度主备站以太网交换机、核心路由器及分布在变电站与发电厂的各子站通信单元和电力数据通信网等构成,如图1所示。该系统的主要任务为:将各子站测量的数据与状态信息等上传到调度主站;将调度主站的控制和保护等信息下传到各测量子站;将调度主站收集到的同一时间断面所有子站数据打包后,通过由地线复合光缆(OPGW)铺设的广域光纤网络传输给各子站。

广域保护通信系统从物理层到网络层可分别使用同步数字体系(SDH)、异步传输模式(ATM)和互联网协议(IP)。在IP层之上的协议有基于连接方式的传输控制协议(TCP)和基于无连接方式的用户数据报协议(UDP),可以根据业务本身对实时性和可靠性的要求选择传输层协议。因此,电力广域保护通信系统采用的通信协议方案为TCP/IP over ATM over SDH或UDP/IP over ATM over SDH。

电力通信网络由于自身的特殊性,比如电力保护类、控制类等不同信息除了对实时性有严格要求[13],对可靠性的要求同样有别于公共通信网络,电力通信网络的可靠性是影响广域保护能否实现其预定功能的决定性因素之一[14,15,16,17]。因此,它必须满足的特定要求如下:①不同电力业务对可靠性和实时性的要求各不相同,必须满足不同电力业务对可靠性和实时性的要求;②当电力通信网络中任何一条链路发生故障时,要求不影响网络的正常通信,必须保证通信网络中通信的两个节点间至少有两条独立连接的路径;③系统必须满足单个节点故障后网络仍然连通,保证电力业务可靠稳定的运行,所以要求网络要具有较高的连通度。因此,广域保护要求电力通信网既具有很高的可靠性,同时又要求各电力业务传输时延满足广域保护的实时性要求。

2 广域保护信息传输多路径选择模型

2.1 路径可靠性和延时

在广域保护通信网络中,子站的测量数据和状态信息需上传至主站,同时主站的控制和保护命令信息需下传至子站。为保证实时可靠的数据传输,选择低延时高可靠的路径成为关键。将广域保护系统的子站和主站抽象为图论模型中的节点,将它们间的通信链路抽象为图论模型中的边,则广域保护通信系统的网络拓扑可看作由节点与边组成的集合,链路和节点的可用率直接影响到路径的可靠性。

设源节点与目的节点之间存在n条路径p1,p2,…,pk,…,pn。路径是由节点和链路串联所构成的,其可靠性就是节点之间各链路的可用率与各节点可用率的乘积。本文假设网络模型中各节点设备完好,其可用率都为1,则路径可靠性可由其各链路的可用率决定。路径可靠性表达式:

式中:为路径pk的可靠性;N为路径经历的节点总数;Aei为路径pk上链路ei的可用率。

信息传输延时主要由通信媒介、传输距离和所经过的网络设备的数量等因素决定,其表达式为:

式中:Tij为节点i到节点j的网络信息传输延时;dij为节点间传输距离;m为节点i到节点j所经历的节点数;v为光速,信号在光纤里的传播速度为v的2/3;tc为节点交换时延;Δt为随机抖动时延。

路径pk的信息传输延时就是信息经过路径中链路与节点所产生的延时之和,根据式(2)可得路径信息传输延时Tpk的表达式为:

式中:为链路ei的长度。

2.2 路由选择数学模型

为了满足广域保护业务对通信系统高可靠性和实时性的要求,将路径的高可靠性和低传输时延作为主路由路径和备用路由路径选择的双重目标,为此构建如下数学模型:

式中:T(·)为选择路径的网络传输延时;P(·)为选择路径的可靠性。

路径可靠值是经过多年的统计和对设备可靠性的分析所得到的。利用数学选择模型选择可靠性最高和时延最小的最优路由路径。广域保护系统要求有很高的实时性,对于一个省级中等规模电网而言,调度中心主站要求能够在20ms内获得全部子站的测量信息,而主站的控制命令下传到各个子站的时间必须在20ms以内。因此,为满足广域保护对实时性的要求,通信网上的延时必须小于20ms。

3 路径求解方法和步骤

本文基于改进的蚁群算法求解式(4),可以在电力广域保护通信网络中寻找到多条从源节点到目的节点之间不同质量的传输路径。当用于传输保护控制的主路径失效后,可以快速地切换到备用路径,进而提高广域保护系统的可靠性。本文中基于蚁群的基本算法,修改期望因子建立最优路径的模型[18],建立链路的时延和链路可用率来改进蚁群算法中的信息素。其具体的路径求解过程如下。

步骤1:参数初始化。设定初始参数:节点数量和蚂蚁总数K,蚂蚁k的转移概率pkij,边(i,j)上的信息素强度τij,节点i转移到节点j的启发度ηij,信息启发式因子α,期望启发式因子β,最大循环次数Ncmax,边(i,j)上的最大链路可用率Aij,信息素挥发系数ρ和ω均为算法引进的参数。

步骤2:将蚂蚁k放置于源出发节点s。

步骤3:蚂蚁按式(5)和式(6)计算的概率选择下一节点前进。

式中:ak为蚂蚁k下一步可以选择的节点集合。

在基本约束条件———节点链路距离dij的基础上增加了约束条件Tij和Aij。

步骤4:蚂蚁选择下一节点j并完成对边(i,j)的遍历后(即一个循环结束),须按式(7)至式(9)对边(i,j)上的信息素进行更新。

式中:Δτij(Δt)为本次循环中边(i,j)上的信息素增量,初始时刻Δτij(0)=0;Δt为本次循环花费的时间;Δτkij(Δt)为蚂蚁k在本次循环中边(i,j)上的信息素增量;Q为信息素强度;Lk为蚂蚁k在本次循环中所走路径的总长度。

步骤5:在每一只蚂蚁都生成一条路径之前,循环执行步骤3和4。

步骤6:根据式(10)进行全局更新。

式中:r为目的节点。

步骤7:循环执行步骤3至6直到迭代次数达到指定数目或连续若干迭代后没有更好的解出现。

算法实现流程见附录A图A1。

4 算例仿真及结果分析

4.1 算例介绍

本文以云南电网部分网架结构抽象出的网络拓扑图为例,网络由15个节点、24条链路组成,如图2所示。信息在通道的传输速度为2×108m/s,节点交换时延为0.1 ms,随机抖动产生的时延为0.1ms。系统网络结构涉及的距离、延时、链路可用率等参数见附录A表A1。

4.2 仿真结果分析

利用附录A表A1的参数和本文提出的多路径路由算法在MATLAB里进行仿真,将网络拓扑模型里链路的实际状态和改进的蚁群算法仿真结果进行对比,路由算法选择的路径与实际最优路径保持一致。本文的路由算法在求解路径过程中根据式(6)中链路上的信息启发值(综合可靠性与实时性两个性能参数的比值计算得到)以及链路上的信息素计算式(5)中的状态转移概率,通过状态转移概率选择较优的链路同时在链路上留下更多的信息素,更多的信息素反馈再影响状态转移概率的计算,整个反馈的过程使得初始信息素值得到不断的扩大,同时又引导整个系统向着最优解的方向进化。

路径的信息素归一化值是本文对可靠性和实时性多目标优化模型求解得到的综合性指标参数,根据各条路径上蚂蚁信息素归一化值的大小作为传输路径选择的依据,其值越大则路径质量越优,相反值越小则路径质量越差。算例将图2中节点1(变电站)作为源节点,节点15(区域决策中心)作为目的节点,根据式(1)得到路径可靠性,根据式(2)和式(3)得到路径最大延时,利用附录A表A1中链路的延时和可用率按照以上路由算从步骤1至7依次计算求解得到链路的信息素归一化值Tau。表1、表2、表3分别为链路的信息素归一化值、路径的信息素归一化值、网络中各路径的参数,表中的参数为路径的选择提供依据。其中,路径质量对应的值越大表示路径质量越优。

根据各条路径上信息素归一化值的大小作为传输路径选择的依据,路径信息素归一化值越大则传输路径质量越优,相反值越小则路径质量越差。从表2可知路径1的信息素归一化值最高,则该路径质量最高,路径7的信息素归一化值最低,则该路径质量最差,而路径2为除最优路径路径1以外的次优路径。因此,把路径1作为广域保护通信网络信息传输的主路径,根据其他路径质量的优劣将路径2作为主要的备用路径。

5 结语

本文提出了用改进的蚁群算法在广域保护通信系统的网络拓扑模型里求解节点不交叉且质量优差不同的多路径路由,并给出了路由选择模型和路由求解方法。本方法既可以在正常状态下进行路径选择,又可以在信息传输路径失效的情况下进行路径重构计算。本文求解得到的多路径路由提高了广域保护通信系统传输的可靠性,一旦广域保护通信系统里主用的最优路径路由发生故障可迅速启用备用的次优路由,质量次优的备用路径也相对减小了数据传送的延时,满足了电力广域通信网对可靠性和实时性的要求。