电力通信网络中负载均衡的路由协议

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1、电力通信网络中负载均衡的路由协议　　摘要：在电力通信网络中，负载均衡能够减少瓶颈节点的过载情况，有助于提升电力通信系统的可靠性和网络资源利用率。针对电力通信网络独特的结构与流量特征，提出一种确定性路由与机会路由相结合的负载均衡的路由协议。每个节点从以自己为中心的区域中选出候选节点集合负责转发数据包，候选节点依据局部的准确代价与远处的估计代价划分优先级并决定转发概率。提出的协议既拥有确定性路由对于局部状态精确控制的优点，又兼具机会路由高容错与负载均衡的特点。与负载均衡优先的开放最短路径优先（LBA-OSPF）协议相比，节点平均负载降低了32.3%，端到端时延减少了50.3%。　　关键

2、词：负载均衡；确定性路由；机会路由；电力通信网络　　中图分类号：TP393　　文献标志码：A　　文章编号：1001-9081（2016）11-3028-05　　0引言12　　电力生产系统需要严格控制间断性和状态的突变，因此要求电力通信网络的路由协议具有非常高的可靠性，并且能够及时应对故障，保证系统持续可靠地运行。不同于其他类型的网络，在电力通信网络中，站点与业务量的分布非常不均匀，这就导致部分关键的节点和链路承载着大量的网络流量，极大地影响了系统的可靠性[1]。传统的因特网中负载均衡策略并不能很好地针对电力通信网络独特的结构特征与流量特征，无法满足电力通信网络极高可靠性的需求，因此

3、设计高效的负载均衡的路由策略是电力通信网络中非常重要的问题。　　开放最短路径优先（OpenShortestPathFirst，OSPF）协议在电力信息网中得到了广泛的应用。在大规模的部署OSPF的网络中，网络拓扑会被划分成多个区域。当节点需要向所在区域外的目的地发送数据包时，需要首先将数据包发送到合适的边界路由器，并由边界路由器负责向区域外传输。作为不同区域间沟通的桥梁，边界路由器往往承载着大量的网络流量，一旦发生故障将对整个网络造成严重的影响。原始的OSPF算法的区域划分算法有较大的改进空间，已有的工作[2-4]主要集中在如何根据实际需求对基于OSPF的网络进行更合理的区域划分。

4、然而这些算法并不能从根本上解决边界路由器容易成为网络瓶颈的问题，不能很好地实现负载均衡。12　　OSPF协议是一个典型的确定性路由，当有数据包需要转发时，每个节点依据路由表选取确定的下一跳。通过收集准确的路由信息，确定性路由能够选出最优的转发路径，但当网络规模较大时，很难获取并维护全网范围内准确的路由信息，这也是OSPF协议进行区域划分的原因。机会路由协议被广泛应用到高度动态的无线网络中（如无线传感网[5]与车载网[6]），当节点进行数据包转发时，并不是指定一个确定的下一跳节点，而是根据实时的网络状态信息分配给候选节点相应的转发概率，然后从中动态选出下一跳作为转发节点。机会路由中节

5、点不需要维护全局精确的路由信息，因而适合大规模的网络。此外，由于每个候选节点均有机会成为最终的转发节点，机会路由[7-8]天然地具备高容错、负载均衡的特性。文献[9]针对OSPF中单一传输路径导致的文件下载响应时间长的问题，使用多路径负载均衡的技术对OSPF进行改进，能够减少文件下载的相应时间。文献[10]提出负载均衡优先的OSPF协议（LoadBalanceAdvanced-OSPF，LBA-OSPF），依据工作链路的负载动态调整链路的权重。文献[11]使用粒子群优化算法来实现多路径路由中的负载均衡，粒子群算法可以从理论上分析每条路径上的转发比例，路由策略可以依次进行转发策略的调

6、整，有效地均衡网络的负载，降低丢包率。但是上述的负载均衡方案并没有考虑到区域划分对于负载均衡的影响，与区域内的普通节点相比，区域边界的边界节点往往承载着更大的网络流量，极容易成为网络的瓶颈。已有的算法很好地解决了同一个区域内的负载均衡问题，应用到多区域的OSPF网络依然存在网络负载不均衡的问题[12]。　　本文综合考虑确定性路由与机会路由的优点，提出一种适用于电力通信网络的负载均衡的路由协议。在局部范围内基于精确的路由信息部署确定性路由，而在全局范围内通过预估的远处代价对候选节点划分优先级并确定转发概率，实现高容错与负载均衡，避免瓶颈节点的产生。　　1候选节点集合的确定　　1.1O

7、SPF区域与候选节点集合　　在一个OSPF区域中，节点间通过交换链路状态通告（LinkStateAdvertisement，LSA）可以获得该区域内所有节点的链路状态数据库（LinkState12DataBase，LSDB）。基于LSDB，每个节点可以生成最短路径树作为数据转发的依据来确定路由表，当网络状态发生变化时，通过LSA的交换，可以对LSDB进行更新，进而更新路由表。　　由于节点可以获得本区域内较为准确的网络状态信息，当出现节点故障或链路故障时，通过OSPF的