基于局部路由策略的复杂网络拥塞控制

刘伟彦; 刘斌

doi:10.7498/aps.63.248901

摘要

提出一种复杂网络上的局部路由策略, 算法采用节点收缩法评估节点的重要度, 发送节点根据邻居节点的重要度及网络的状态自适应地调整向邻居节点转发数据包的概率. 在网络处于自由流通状态时充分发挥关键节点的优势, 保证数据包快速到达目的地; 在网络处于即将拥塞时分散业务, 根据节点重要度准确识别网络中的关键节点, 通过有效分流予以保护. 仿真结果表明: 在网络处于自由流通状态时, 该局部路由策略能充分发挥网络中关键节点的枢纽作用, 保持较低的传输时延; 在网络部分关键节点出现拥塞时, 该局部路由策略能有效避开拥挤严重的节点, 将数据包均匀地分布在各个节点上, 有效抑制网络拥塞, 提高网络的容量.

关键词:

Abstract

In this paper, we propose a local routing strategy in a complex network, use the node contraction method to evaluate the node importance. The probability of the node transmit packet to its neighbors is adaptively adjusted based on the importance of neighbor nodes and the state of the network. The strategy can take advantage of key nodes when the network is in free flow state, ensure that packets can arrive at their destination faster, protect the key nodes by accurately identifying its importance, and fully use the capabilities of all nodes when the network is in a congestion state, and stop some key nodes from becoming the bottleneck of network. Simulation results show that the proposed local routing strategy can effectively control the network congestion, enhance the network capacity.

Keywords:

作者及机构信息

刘伟彦^1,2,
刘斌¹

1.
江苏开放大学信息工程系, 南京 210017;

2.
威斯康辛大学密尔沃基分校, 工程和应用科学学院土木工程系, 威斯康辛州 WI 53201, 美国

基金项目: 江苏省高校"青蓝工程"中青年学术带头人项目(2014)、江苏省高校优秀中青年教师境外研修计划项目和江苏开放大学"十二五" 2013年度规划项目(批准号: 13SEW-Y-013)资助的课题.

Authors and contacts

Liu Wei-Yan^1,2,
Liu Bin¹

1.
Department of Information Engineering, Jiangsu Open University, Nanjing 210017, China;

2.
Department of Civil Engineering and Mechanics, College of Engineering and Applied Science, University of Wisconsin-Milwaukee, Milwaukee 53201, USA

Funds: Project supported by the Qing Lan Project of Universities of Jiangsu Province, China (2014), the Jiangsu Overseas Research and Training Program for University Prominent Yong and Middle-aged Teachers Presidents, China, and the “Twelfth Five-year Plan” of Jiangsu Open University, China (Grant No. 13SEW-Y-013).

参考文献

[1]	Welsh R 2008 Contemp. Sociol. 37 479
[2]	Barabasi A L 2002 Linked: The New Science of Networks (Cambridge Mass: Persus Pub.)
[3]	Chen G R 2008 Adv. Mech. 38 653 (in Chinese) [陈关荣 2008 力学进展 38 653]
[4]	Olaf S 2011 Ann. N.Y. Acad. Sci. 1224 109
[5]	Hearnshaw E J S, Wilson M M J 2013 Int. J. Operat. Product. Manage. 33 442
[6]	Su G 2013 Instant Cytoscape Complex Network Analysis How-to (Birmingham: Packt Pub.)
[7]	Kruse K, Sewitz S, Babu M M 2013 Nucl. Acids Res. 41 701
[8]	Sun W, Chen Z, Kang Y H 2012 Chin. Phys. B 21 010504
[9]	Liu W Y, Zhang S Y 2008 J. Electron. 25 102
[10]	Ohira T, Sawatari R 1998 Phys. Rev. E 58 193
[11]	Goh K I, Kahng B, Kim D 2001 Phys. Rev. Lett. 87 278701
[12]	Zhao L, Lai Y C, Park K, Ye N 2005 Phys. Rev. E 71 026125
[13]	Chen H L, Liu Z X, Chen Z Q 2009 Acta Phys. Sin. 58 6068 (in Chinese) [陈华良, 刘忠信, 陈增强 2009 物理学报 58 6068]
[14]	Tang M D, Zhang G Q, Sun Y, Liu J X, Yang J, Lin T 2013 Sci. China. Inform. Sci. 56 102311
[15]	Hu M B, Wang W X, Jiang R, Wu Q S 2007 Phys. Rev. E 75 036102
[16]	Wang W X, Wang B H 2006 Phys. Rev. E 73 026111
[17]	Zhao H, Liu F, Li M 2008 Univ. Shanghai Sci. Technol. 30 264 (in Chinese) [赵寒, 刘峰, 李明 2008 上海理工大学学报 30 264]
[18]	Liu Z H, Tang Z L, Guo W Z 2012 J. Huaqiao Univ. Natural Sci. 33 396 (in Chinese) [刘漳辉, 汤振立, 郭文忠 2012 华侨大学学报自然科学版 33 396]
[19]	Wang W X, Wang B H, Yin C Y, Xie Y B 2006 Phys. Rev. E 73 026111
[20]	Callaway D S, Newman M E J, Strogatez S H 2000 Phys. Rev. Lett. 85 5468
[21]	Barthelemy M 2004 Euro. Phys. J. B 38 163
[22]	Cheng X Q, Ren F X, Shen H W, Zhang Z K, Zhou T 2010 J. Stat. Mech. 10 10011
[23]	Nepusz T, Petróczi A, Négyessy L 2008 Phys. Rev. E 77 016107
[24]	Wang L, Gao L 2013 J. Xidian Univ. 40 30 (in Chinese) [王玙, 高琳 2013 西安电子科技大学学报 (自然科学版) 40 30]
[25]	Zhu T, Zhang Y P, Guo R X, Chang G C 2009 Engineer. Electron. 31 1902 (in Chinese) [朱涛, 张永平, 郭戎潇, 常国岑 2009 系统工程与电子技术 31 1902]
[26]	Floyd S, Henderson T 1999 RFC 2582
[27]	Pal G, Agrawal S 1995 IEEE Potent. 13 14
[28]	Przemyslaw I 2013 Congestion Control in Data Transmission Networks Sliding Mode and Other Designs (London: Springer)
[29]	Barabasi A L, Albert R 1999 Science 286 509

施引文献

[1]	Welsh R 2008 Contemp. Sociol. 37 479
[2]	Barabasi A L 2002 Linked: The New Science of Networks (Cambridge Mass: Persus Pub.)
[3]	Chen G R 2008 Adv. Mech. 38 653 (in Chinese) [陈关荣 2008 力学进展 38 653]
[4]	Olaf S 2011 Ann. N.Y. Acad. Sci. 1224 109
[5]	Hearnshaw E J S, Wilson M M J 2013 Int. J. Operat. Product. Manage. 33 442
[6]	Su G 2013 Instant Cytoscape Complex Network Analysis How-to (Birmingham: Packt Pub.)
[7]	Kruse K, Sewitz S, Babu M M 2013 Nucl. Acids Res. 41 701
[8]	Sun W, Chen Z, Kang Y H 2012 Chin. Phys. B 21 010504
[9]	Liu W Y, Zhang S Y 2008 J. Electron. 25 102
[10]	Ohira T, Sawatari R 1998 Phys. Rev. E 58 193
[11]	Goh K I, Kahng B, Kim D 2001 Phys. Rev. Lett. 87 278701
[12]	Zhao L, Lai Y C, Park K, Ye N 2005 Phys. Rev. E 71 026125
[13]	Chen H L, Liu Z X, Chen Z Q 2009 Acta Phys. Sin. 58 6068 (in Chinese) [陈华良, 刘忠信, 陈增强 2009 物理学报 58 6068]
[14]	Tang M D, Zhang G Q, Sun Y, Liu J X, Yang J, Lin T 2013 Sci. China. Inform. Sci. 56 102311
[15]	Hu M B, Wang W X, Jiang R, Wu Q S 2007 Phys. Rev. E 75 036102
[16]	Wang W X, Wang B H 2006 Phys. Rev. E 73 026111
[17]	Zhao H, Liu F, Li M 2008 Univ. Shanghai Sci. Technol. 30 264 (in Chinese) [赵寒, 刘峰, 李明 2008 上海理工大学学报 30 264]
[18]	Liu Z H, Tang Z L, Guo W Z 2012 J. Huaqiao Univ. Natural Sci. 33 396 (in Chinese) [刘漳辉, 汤振立, 郭文忠 2012 华侨大学学报自然科学版 33 396]
[19]	Wang W X, Wang B H, Yin C Y, Xie Y B 2006 Phys. Rev. E 73 026111
[20]	Callaway D S, Newman M E J, Strogatez S H 2000 Phys. Rev. Lett. 85 5468
[21]	Barthelemy M 2004 Euro. Phys. J. B 38 163
[22]	Cheng X Q, Ren F X, Shen H W, Zhang Z K, Zhou T 2010 J. Stat. Mech. 10 10011
[23]	Nepusz T, Petróczi A, Négyessy L 2008 Phys. Rev. E 77 016107
[24]	Wang L, Gao L 2013 J. Xidian Univ. 40 30 (in Chinese) [王玙, 高琳 2013 西安电子科技大学学报 (自然科学版) 40 30]
[25]	Zhu T, Zhang Y P, Guo R X, Chang G C 2009 Engineer. Electron. 31 1902 (in Chinese) [朱涛, 张永平, 郭戎潇, 常国岑 2009 系统工程与电子技术 31 1902]
[26]	Floyd S, Henderson T 1999 RFC 2582
[27]	Pal G, Agrawal S 1995 IEEE Potent. 13 14
[28]	Przemyslaw I 2013 Congestion Control in Data Transmission Networks Sliding Mode and Other Designs (London: Springer)
[29]	Barabasi A L, Albert R 1999 Science 286 509

[1]	邢梓涵, 刘丝语, 刘慧, 陈凌霄. 基于谱图理论的大规模复杂网络重要节点组挖掘算法. 物理学报, 2025, 74(16): . doi: 10.7498/aps.74.20250416
[2]	汪亭亭, 梁宗文, 张若曦. 基于信息熵与迭代因子的复杂网络节点重要性评价方法. 物理学报, 2023, 72(4): 048901. doi: 10.7498/aps.72.20221878
[3]	阮逸润, 老松杨, 汤俊, 白亮, 郭延明. 基于引力方法的复杂网络节点重要度评估方法. 物理学报, 2022, 71(17): 176401. doi: 10.7498/aps.71.20220565
[4]	孔江涛, 黄健, 龚建兴, 李尔玉. 基于复杂网络动力学模型的无向加权网络节点重要性评估. 物理学报, 2018, 67(9): 098901. doi: 10.7498/aps.67.20172295
[5]	阮逸润, 老松杨, 王竣德, 白亮, 陈立栋. 基于领域相似度的复杂网络节点重要度评估算法. 物理学报, 2017, 66(3): 038902. doi: 10.7498/aps.66.038902
[6]	段东立, 战仁军. 基于相继故障信息的网络节点重要度演化机理分析. 物理学报, 2014, 63(6): 068902. doi: 10.7498/aps.63.068902
[7]	刘建国, 任卓明, 郭强, 汪秉宏. 复杂网络中节点重要性排序的研究进展. 物理学报, 2013, 62(17): 178901. doi: 10.7498/aps.62.178901
[8]	于会, 刘尊, 李勇军. 基于多属性决策的复杂网络节点重要性综合评价方法. 物理学报, 2013, 62(2): 020204. doi: 10.7498/aps.62.020204
[9]	周漩, 杨帆, 张凤鸣, 周卫平, 邹伟. 复杂网络系统拓扑连接优化控制方法. 物理学报, 2013, 62(15): 150201. doi: 10.7498/aps.62.150201
[10]	张聪, 沈惠璋, 李峰, 杨何群. 复杂网络中社团结构发现的多分辨率密度模块度. 物理学报, 2012, 61(14): 148902. doi: 10.7498/aps.61.148902
[11]	刘刚, 李永树. 基于引力场理论的复杂网络路由选择策略研究. 物理学报, 2012, 61(24): 248901. doi: 10.7498/aps.61.248901
[12]	刘刚, 李永树. 基于引力约束的复杂网络拥塞问题研究. 物理学报, 2012, 61(10): 108901. doi: 10.7498/aps.61.108901
[13]	周漩, 张凤鸣, 李克武, 惠晓滨, 吴虎胜. 利用重要度评价矩阵确定复杂网络关键节点. 物理学报, 2012, 61(5): 050201. doi: 10.7498/aps.61.050201
[14]	崔爱香, 傅彦, 尚明生, 陈端兵, 周涛. 复杂网络局部结构的涌现:共同邻居驱动网络演化. 物理学报, 2011, 60(3): 038901. doi: 10.7498/aps.60.038901
[15]	曾长燕, 孙梅, 田立新. 基于自适应-脉冲控制方法实现时变耦合驱动-响应复杂网络的投影同步. 物理学报, 2010, 59(8): 5288-5292. doi: 10.7498/aps.59.5288
[16]	李涛, 裴文江, 王少平. 无标度复杂网络负载传输优化策略. 物理学报, 2009, 58(9): 5903-5910. doi: 10.7498/aps.58.5903
[17]	王丹, 于灏, 井元伟, 姜囡, 张嗣瀛. 基于感知流量算法的复杂网络拥塞问题研究. 物理学报, 2009, 58(10): 6802-6808. doi: 10.7498/aps.58.6802
[18]	陈华良, 刘忠信, 陈增强, 袁著祉. 复杂网络的一种加权路由策略研究. 物理学报, 2009, 58(9): 6068-6073. doi: 10.7498/aps.58.6068
[19]	林海, 吴晨旭. 基于遗传算法的重复囚徒困境博弈策略在复杂网络中的演化. 物理学报, 2007, 56(8): 4313-4318. doi: 10.7498/aps.56.4313
[20]	许丹, 李翔, 汪小帆. 复杂网络病毒传播的局域控制研究. 物理学报, 2007, 56(3): 1313-1317. doi: 10.7498/aps.56.1313

计量

文章访问数: 8045
PDF下载量: 482
被引次数: 0

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

搜索

留言板