论文摘要
近年来,Internet网络业务已经由单纯的数据传输业务向话音、数据、图像和多媒体等多类业务转变。为了使Internet更好地适应未来多样化业务发展的需求,必须在多媒体网络中提供服务质量保障(QoS)和稳定的网络传输能力。尽管当前IntServ模型和DiffServ模型能够为网络应用提供一定的QoS性能保障,然而,当网络因局部负载较重而出现拥塞时,它们所提供的QoS性能有所下降。流量工程(TE)能够从宏观上调控网络流量分布,通过对流量路由精确的控制降低拥塞现象的发生,保障了网络的服务质量和资源的最大利用,成为当前QoS体系的有益补充。作为流量工程的具体实施手段,MPLS已经成为在Internet中实现流量工程的首选方案。MPLS是一种在IP网络上利用标记引导数据高速、高效转发的技术,它结合了ATM快速交换技术和IP路由技术的各自优势,对连接请求实施一次路由选择、多次交换,实现路由和转发的完全分离。MPLS的优势在于提供了显示路由选择技术,增强原有IP网络的路由控制功能,可以更加精确的把握网络资源状态,合理的引导业务的流向,把流量均衡地分配到整个网络中。MPLS流量工程通过约束路由技术精确控制网络中业务流的分布,基于MPLS的约束路由将是Internet的核心功能模块。此外,基于MPLS的故障恢复技术是网络稳定传输、保障服务质量的重要保证。本文以MPLS流量工程环境下的约束路由算法和故障恢复技术为研究目标,对相关路由算法和故障恢复机制进行了研究和探索,主要的研究内容如下:1.分析了MPLS流量工程的技术框架,并重点讨论了主要模块的实现。此外,引入流量工程约束路由技术,讨论了基于MPLS的约束路由技术组成及实现原理,并给出了改进的约束路由模型表达。针对影响约束路由的QoS度量参数和管理性约束参数的选择问题提供多种方案,在此基础上总结了目前基于多类优化目标的约束路由算法研究现状及实现原理,对不同路由算法的特点进行了分析、比较和总结。2.针对目前约束路由算法单目标优化方案存在的问题,进一步探讨了集成的面向多目标优化的约束路由实现方式。面向流量工程中最小化网络资源开销和最小化网络拥塞两个目标,提出了一种综合的约束路由优化方案,通过链路利用率提供一种弹性的、可调整的链路代价分段表达模型,给出一种优化的负载平衡路由算法OBRA(Optimal balancing routing algorithm)。3.深入研究了以冲突避免为代表的最小干涉路由算法MIRA,在此基础上以最小化资源占用冲突为目标,在确定的网络拓扑及链路状态信息的基础上,充分考虑了网络稳定的历史统计流量信息,改进了链路关键度量化模型,结合网络链路带宽资源状态提出一种综合路由算法IRA(Integrated Routing Algorithm),通过控制LSP路由达到实现网络性能优化的目标,同时降低了传统约束路由计算的复杂度。4.目前QoS机制和故障恢复机制的研究还处于分离状态,故障恢复机制主要面向链路保护和路径保护展开讨论,然而,以上两种恢复模式在恢复时间上不能提供多样化的粒度,可能占用较多的网络资源,无法实现QoS约束下故障恢复机制的最优化。本文以满足多类业务的QoS约束为前提,改进了一种基于MPLS的段保护生存性机制,相对于链路保护机制表现出更好的资源利用率,相对于路径保护,可以获得更快的恢复时间和QoS保障。5.针对通讯网在人为恶意破坏下的研究背景,提出了一种基于选路拓扑的网络抗毁性研究方法,通过构造选路拓扑建立关键链路集评估模型,较准确的判断影响网络可靠性的薄弱环节,确定影响网络通讯的关键链路,提供一种关键链路集保护机制,提高网络抗攻击能力的同时最小化资源保护代价。6.设计和实现了一个网络路由算法及故障恢复测试的仿真器,能够仿真MPLS网络环境下的路由和故障恢复算法。该仿真器方便实现了网络拓扑生成器、网络流量模型生成器、网络仿真器、仿真数据分析器等功能组件,利用Matlab的相关接口程序可以方便的以图形窗口的形式表达采样数据的网络性能。