基于生成树的网络备份保护方法及系统与流程

电子通信装置的制造及其应用技术1.本发明涉及网络安全领域，尤其涉及一种基于生成树的网络备份保护方法及系统。背景技术：2.随着社会的进步，终端客户对网络上下行速率要求越来越高，网络数据传输的稳定性也因此显得至关重要。一些客观原因的存在，如自然灾害、人为破坏、黑客攻击等等因素，使得网络链路失效，信息传输中断。因此，网络可靠性和生存性成为研究重点，其中，快速高效的网络生存性策略是研究热点方向。3.网络生存性策略分为恢复机制和保护机制，恢复机制是指网络链路故障发生之后建立的处理手段，保护机制是指网络链路故障发生之前预设的网络备份保护处理方法。现有恢复机制中，运营商将根据现有网络可用资源容量和业务重要程度重新分配业务，该流程依次包含故障检测、故障定位、下放通知、故障恢复四个步骤。恢复机制与保护机制相比较，其操作复杂度较高、业务恢复延迟比较长、阻塞率较高，不适用于处理承载时延敏感型业务的网络故障问题。4.保护机制主要分为链路保护技术、路径保护技术两类。基于链路保护技术的网络保护机制，优势在于，寻找到的生成树，能够迅速建立新的连接，恢复网络故障，建立网络通信，随着生成树的增多，网络存活度越高，相应的管理开销也会越大。路径保护技术与之相比，链路更少，使得网络存活度更低；保护路径的资源仅是预留，未配置光器件，使得故障恢复时延也更大，该技术所造成的网络冗余、网络管理成本、数据传输花销也很大。技术实现要素：5.本发明实施例提供一种基于生成树的网络备份保护方法及系统，以解决现有技术的网络生存性策略不能快速、稳定解决网络故障的问题。6.为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的：7.第一方面，提供了一种基于生成树的网络备份保护方法，该方法包括：8.根据预设网络中的节点以及所述节点组成的链路，确定出给定网络，所述给定网络包括多个生成树；9.根据预设模型，确定所述给定网络中各所述生成树的参数，所述参数包括网络存活度、带宽和传输花销，所述网络存活度为所有生成树共享链路均可用的概率；10.采用拉格朗日松弛算法和二分查找算法，确定所述给定网络中的目标备份网络，所述目标备份网络包括多个生成树，所述目标备份网络中的生成树的参数最优；11.在所述预设网络发生故障的情况下，将发生故障的链路切换至所述目标备份网络。12.第二方面，提供了一种基于生成树的网络备份保护系统，该系统包括：13.第一确定模块，用于根据预设网络中的节点以及所述节点组成的链路，确定出给定网络，所述给定网络包括多个生成树；14.第二确定模块，用于根据预设模型，确定所述给定网络中各所述生成树的参数，所述参数包括网络存活度、带宽和传输花销，所述网络存活度为所有生成树共享链路均可用的概率；15.第三确定模块，用于采用拉格朗日松弛算法和二分查找算法，确定所述给定网络中的目标备份网络，所述目标备份网络包括多个生成树，所述目标备份网络中的生成树的参数最优；16.切换模块，用于在所述预设网络发生故障的情况下，将发生故障的链路切换至所述目标备份网络。17.第三方面，提供了一种终端设备，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现如第一方面所述的方法的步骤。18.第四方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如第一方面所述的方法的步骤。19.在本发明实施例中，首先根据预设网络中的节点以及节点组成的链路，确定出包含多个生成树的给定网络，然后根据预设模型，确定出给定网络中各生成树的参数，再采用拉格朗日松弛算法和二分查找算法，确定给定网络中的参数最优的目标备份网络，最后在预设网络发生故障的情况下，将发生故障的链路切换至目标备份网络。本发明实施例可以通过离线计算，找到一组传输花销最少、网络存活度最大且满足宽带条件的生成树，即备份路径，当故障发生时，可以迅速重新建立故障链路两端节点的通信。附图说明20.此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：21.图1是本发明实施例提供的一种基于生成树的网络备份保护方法的流程图；22.图2是本发明实施例提供的一种基于生成树的网络备份保护系统示意图。具体实施方式23.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。24.本发明实施例提供了一种基于生成树的网络备份保护方法及系统，在网络链路出现故障之前就预设好网络备份保护处理预案，当故障发生时，网络自动跳转到预备传输路径，以最小的传输开销成本，最大的网络存活度，短时间内恢复业务，有效减少业务损失。25.如图1所示，为本发明实施例提供的一种基于生成树的网络备份保护方法的流程图。如图1所示，该基于生成树的网络备份保护方法可以包括：步骤s101至步骤s104所示的内容。26.在步骤s101中，根据预设网络中的节点以及节点组成的链路，确定出给定网络。27.其中，给定网络包括多个生成树。28.在步骤s102中，根据预设模型，确定给定网络中各生成树的参数。29.其中，参数包括网络存活度、带宽和传输花销，网络存活度为所有生成树共享链路均可用的概率。30.在步骤s103中，采用拉格朗日松弛算法和二分查找算法，确定给定网络中的目标备份网络。31.其中，目标备份网络包括多个生成树，目标备份网络中的生成树的参数最优。参数是指网络存活度、带宽和传输花销，参数最优是指网络存活度最大，同时传输花销最小，且满足宽带需求。32.在步骤s104中，在预设网络发生故障的情况下，将发生故障的链路切换至目标备份网络。33.在本技术实施例中，首先根据预设网络中的节点以及节点组成的链路，确定出包含多个生成树的给定网络，然后根据预设模型，确定出给定网络中各生成树的参数，再采用拉格朗日松弛算法和二分查找算法，确定给定网络中的参数最优的目标备份网络，最后在预设网络发生故障的情况下，将发生故障的链路切换至目标备份网络。本技术实施例可以通过离线计算，找到一组传输花销最少、网络存活度最大且满足宽带条件的生成树，即备份路径，当故障发生时，可以迅速重新建立故障链路两端节点的通信。34.在本技术的一个可能的实施方式中，根据预设模型，确定给定网络中各生成树的参数，可以包括以下步骤。35.以网络存活度最大为目标，构建预设模型，预设模型中的生成树的带宽大于或等于带宽阈值，传输花销小于传输成本；根据预设模型，确定给定网络中各生成树的参数。36.具体地，存活度为所有生成树共享链路均可用的概率，由此建立存活度公式：37.其中，存活度的值s(t1,t2,…,tk)∈[0,1]。[0038]进一步地，预设模型包括生成树目标函数，生成树目标函数如下式所示。[0039]f＝maxs((t1,t2,…,tk))[0040]c((t1,t2,…,tk))≤b1[0041]b((t1,t2,…,tk))≥b0[0042]其中，f为最大网络存活度；s为网络存活度；ti为第i个生成树，i＝1,2,…,k；c为传输花销；b1为传输成本；b为宽带；b0为带宽阈值。[0043]也就是，要确定出网络存活度最大，且传输花销最小的一组生成树。[0044]在本技术的一个可能的实施方式中，采用拉格朗日松弛算法和二分查找算法，确定给定网络中的目标备份网络，可以包括以下步骤。[0045]采用拉格朗日松弛算法将传输花销与生成树目标函数结合，得到转化函数；采用二分查找算法和转化函数，确定给定网络中的目标备份网络。[0046]具体地，由于网络传输速度与日俱增，现在的网络传输速度为之前的数千万倍。网络基础设施增多，组网结构也越来越复杂，因此，快速、准确、复杂度低、可执行的生成树确定方式十分重要。本技术实施例采用拉格朗日松弛算法，将宽带约束条件、传输花销与目标函数相结合，可以使得目标函数保持线性，更易求解。[0047]进一步地，转化函数如下式所示。[0048]f′＝maxs((t1,t2,…,tk))-λ(c((t1,t2,…,tk))-b1)[0049][0050]其中，f＇为转化函数；λ为拉格朗日乘子；为一条链路新的网络存活度；pe为链路e的失效概率；ce为每条链路的传输花销。[0051]其中，λb1可以看作为常数。[0052]在本技术的一个可能的实施方式中，采用二分查找算法和转化函数，确定给定网络中的目标备份网络，可以包括以下步骤。[0053]采用二分查找算法遍历转化函数中的每一条链路，去除大于宽带阈值的链路，得到辅助网络；根据网络存活度，确定出辅助网络中的辅助网络生成树；遍历辅助网络生成树，得到网络存活度最大且带宽最小的目标生成树；根据目标生成树的传输花销，确定给定网络中的目标备份网络。[0054]也就是，利用二分查找算法寻找出最优的一组生成树。[0055]具体地，遍历每一条链路e，去除不满足单链路带宽值be≥b0的链路，生成辅助网络；在辅助网络中，比较存活度大小，找到最大存活度的辅助网络生成树；然后遍历所有的生成树，即从第一个生成树到第k个生成树，找到同时满足最大存活度与最小宽带值的目标生成树，最后根据目标生成树的传输花销，确定目标备份网络。[0056]进一步地，根据目标生成树的传输花销，确定给定网络中的目标备份网络，可以包括以下步骤。[0057]根据目标生成树的传输花销，确定拉格朗日乘子，拉格朗日乘子包括第一初始值和第二初始值；在第一初始值与第二初始值的差值小于预设值的情况下，得到给定网络中的目标备份网络。[0058]也就是，若是第一初始值与第二初始值的平均值的传输花销大于花销成本，则判定第一初始值等于第一初始值与第二初始值的平均值；若是第一初始值与第二初始值的平均值的传输花销小于花销成本，则判定第二初始值等于第一初始值与第二初始值的平均值。直到第一初始值与第二初始值的差值小于预设值，则确定出目标备份网络，即参数最优的生成树。[0059]本发明实施例还提供了一种基于生成树的网络备份保护系统。如图2所示，为本发明实施例提供的一种基于生成树的网络备份保护系统的示意图。如图2所示，该基于生成树的网络备份保护系统可以包括：第一确定模块201、第二确定模块202、第三确定模块203和切换模块204。[0060]具体地，该第一确定模块201，用于根据预设网络中的节点以及节点组成的链路，确定出给定网络，给定网络包括多个生成树；该第二确定模块202，用于根据预设模型，确定给定网络中各生成树的参数，参数包括网络存活度、带宽和传输花销，网络存活度为所有生成树共享链路均可用的概率；该第三确定模块203，用于采用拉格朗日松弛算法和二分查找算法，确定给定网络中的目标备份网络，目标备份网络包括多个生成树，目标备份网络中的生成树的参数最优；该切换模块204，用于在预设网络发生故障的情况下，将发生故障的链路切换至目标备份网络。[0061]在本技术实施例中，首先第一确定模块201根据预设网络中的节点以及节点组成的链路，确定出包含多个生成树的给定网络，然后第二确定模块202根据预设模型，确定出给定网络中各生成树的参数，第三确定模块203采用拉格朗日松弛算法和二分查找算法，确定给定网络中的参数最优的目标备份网络，最后切换模块204在预设网络发生故障的情况下，将发生故障的链路切换至目标备份网络。本技术实施例可以通过离线计算，找到一组传输花销最少、网络存活度最大且满足宽带条件的生成树，即备份路径，当故障发生时，可以迅速重新建立故障链路两端节点的通信。[0062]在本技术的一个可能的实施方式中，第二确定模块202，可以用于：[0063]以网络存活度最大为目标，构建预设模型，预设模型中的生成树的带宽大于或等于带宽阈值，传输花销小于传输成本；根据预设模型，确定给定网络中各生成树的参数。[0064]进一步地，第二确定模块202，可以用于：预设模型包括生成树目标函数，生成树目标函数如下式所示：[0065]f＝maxs((t1,t2,…,tk))[0066]c((t1,t2,…,tk))≤b1[0067]b((t1,t2,…,tk))≥b0[0068]其中，f为最大网络存活度；s为网络存活度；ti为第i个生成树，i＝1,2,…,k；c为传输花销；b1为传输成本；b为宽带；b0为带宽阈值。[0069]在本技术的一个可能的实施方式中，第三确定模块203，可以用于：[0070]采用拉格朗日松弛算法将传输花销与生成树目标函数结合，得到转化函数；采用二分查找算法和转化函数，确定给定网络中的目标备份网络。[0071]进一步地，第三确定模块203，可以用于：[0072]转化函数如下式所示：[0073]f′＝maxs((t1,t2,…,tk))-λ(c((t1,t2,…,tk))-b1)[0074][0075]其中，f＇为转化函数；λ为拉格朗日乘子；为一条链路新的网络存活度；pe为链路e的失效概率；ce为每条链路的传输花销。[0076]进一步地，第三确定模块203，可以用于：[0077]采用二分查找算法遍历转化函数中的每一条链路，去除大于宽带阈值的链路，得到辅助网络；根据网络存活度，确定出辅助网络中的辅助网络生成树；遍历辅助网络生成树，得到网络存活度最大且带宽最小的目标生成树；根据目标生成树的传输花销，确定给定网络中的目标备份网络。[0078]进一步地，第三确定模块203，可以用于：[0079]根据目标生成树的传输花销，确定拉格朗日乘子，拉格朗日乘子包括第一初始值和第二初始值；在第一初始值与第二初始值的差值小于预设值的情况下，得到给定网络中的目标备份网络。[0080]本发明所述的基于生成树的网络备份保护系统的功能已在图1所示的方法实施例中进行了详细的描述，故本实施例的描述中未详尽之处，可参见前述实施例中的相关说明，在此不再赘述。[0081]可选地，本发明实施例还提供一种终端设备，包括处理器，存储器，存储在存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现基于生成树的网络备份保护方法实施例的各个过程，且能达到相同的技术效果，为避免重复，这里不再赘述。[0082]可选地，本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述基于生成树的网络备份保护方法实施例的各个过程，且能达到相同的技术效果，为避免重复，这里不再赘述。其中，所述的计算机可读存储介质，如只读存储器(read-only memory，简称rom)、随机存取存储器(random access memory，简称ram)、磁碟或者光盘等。[0083]需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。[0084]通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如rom/ram、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。[0085]上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本发明的保护之内。









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