（通信与信息系统专业论文）ip网络qos若干问题的研究.pdf

论文摘要 摘要 l p 网络的q o s 问题是当前l p 网络发展的关键问题。在综合多种技术、多 层次( 应用层、传输层、网络层、链路层、物理层) 、多平面( 数据平面、控制 平面、管理平面) 解决i p 网络q o s 问题的同时，必须保持i p 网络固有的特性， 如良好的网络兼容性、灵活扩展能力、强大的应用扩展能力等。本论文是在组织 实施教育部博士学科点专项科研基金项目( 基于m p l s 流量工程的通信网络q o s 研究，项目编号：2 0 0 3 0 0 1 3 1 2 ) 的过程中，对i p 网络q o s 问题进行探讨和研 究的一些成果。 论文内容包括如下： 第一章引言，介绍作者研究的背景及论文基本情况； 第二章对i p 网络q o s 的实现机制中采用的各种技术进行了梳理，总结了目 前研究发展概况，系统综述了l p 网络q o s 相关研究现状，为论文的研究工作指 明了方向； 第三章在分析归纳了基于随机早期检测r e d 算法的主动队列管理算法基础 上，针对现有算法存在的不足，提出了一种支持d i f f s e r v 模型的自适应多优先级 队列管理算法a m r e d 。 第四章总结了基于经典线性控制理论分析设计的队列长度控制器方面的研 究，分析了在p i 控制器基础上的几种典型控制器的特点，针对p l 控制器在响应 速度方面的缺点，提出了基于归一化速率控制的p i r 控制器。 第五章在分析现有最小干扰路由算法的基础上，提出了一种最小干扰路由的 改进算法m i r a n ，在降低算法复杂度影响的同时，算法性能也得到一定程度的 改善。 最后一章总结全文，并指出进一步的研究方向。 关键词：i p 网络服务质量主动队列管理r e dp i 控制器最小干 扰路由 英文摘要 a b s t r a c t t h eq o so fi pn e t w o r k si s 砒p r e s e n tt h ek e yf a t a lt e c h n o l o g y0 ni pn e t w o r k sd e v e l o p m e n t w h e nt h eq o so fi pn e t w o r k si ss t u d i e dw i t hi n t e g r a t e dm u l t i f a r i o u st e c h n o l o g i e sa n dw i t h m u l t i - l a y e r s ( s u c ha sa p p l i c a t i o nl a y e r , t r a n s p o r tl a y e r , n e t w o r kl a y e r , l i n kl a y e ra n dp h y s i c a l l a y e r ) a n dm u l t i p l a n e s ( s u c ha sd a t ap l a n e ，c o n t r o lp l a n ea n dm a n a g e m e n tp l a n e ) ，e s s e n t i a l i t yo f pn e t w o r k sm u s tb er e t a i n e d ，w h i c hi n c l u d e st h ec o m p a t i b i l i t yo f n e t w o r k ，t h ea b i l i t yo f n e t w o r k e x p a n s i o na n dt h ea b i l i t yo fs e i c ee x p a n s i o n t h i sd i s s e r t a t i o ni sp a r to f r e s u l t so fr e s e a r c hi n t o q o so fi pn e t w o r k s ，w h e nt h ep r o j e c t t h es t u d yo nt h eq o so ft e l e c o m m u n i c a t i o nn e t w o r k s b a s e do nm p l st r a f f i ce n g i n e e r i n g ”i si np r o g r e s s ，w h i c hs p o n s o r e db yr e s e a r c hf u n df o rt h e d o c t o rp r o g r a mo f m o e ，c h i n a ( g r a n tn o 2 0 0 3 0 0 1 3 1 2 ) t h em a i ni s s u e so f t h i sp a p e ra r e - c h a p t e r1i n t r o d u c e st h es t u d yb a c k g r o u n do ft h es t u d ya b o u tq o si ni pn e t w o r k sa n dt h e s t r u c t u r eo fd i s s e r t a t i o n c h a p t e r2m a i n l yd i s c u s s e st h ev a r i o l l st e c h n o l o g i e sa p p l i e di nt h ei pn e t w o r k so nq o s c o n c l u d e sa tp r e s e n tt h ed e v e l o p m e n t si nt h er e s e a r c ho ni pn e t w o r k sq o sa n ds c i e n t i f i c a l l y s u m m a r i z e sa c t u a l i t i e sa b o u tt h er e s e a r c ho ni pn e t w o r k sq o s t h et a r g e to f r e s e a r c hi ss u b m i t t e d f o rs t u d ya b o u tq o si ni pn e t w o r k s c h a p t e r3a n a l y s e st h ea c t i v eq u e u em a n a g e m e n ta l g o r i t h m sb a s e do nt h er a n d o me a r l y d e t e c t i o n t h e r ei ss o m ew e a k n e s si nt h ec l l i t e n tq u e u em a n a g e m e n ts c h e m e ，s oam u l t i l e v e l q u e u em a n a g e m e n ts c h e m ew i t ha d a p t i v ep a r a m e t e ra d j u s t i n g ( a m r e d ，a d a p t i v em u l t i - l e v e l r e d ) i sp r o p o s e d c h a p t e r4s u m m a r i z e st h er e s e a r c ha b o u tc o n t r o l l e rf o ra q ms c h e m eb a s e do nt h el i n e a r i z e d t c p a q mm o d e la n da n a l y s e st h ec h a r a c t e r i s t i c so fs e v e r a lc o n t r o l l e r sb a s e do np ic o n t r o l l e r i n o r d e rt oa d d r e s st h es l o wr e s p o n s eo fp ic o n t r o l l e r ，p i - rc o n t r o l l e ri sp r o p o s e da n di tu s e da n o r m a l i z e di n p u tr a t ec o n t r o lt os p e e du pt h er e s p o n s i v et i m eu n d e rv a r y i n gn e t w o r kc o n d i t i o n s c h a p t e r5m a i n l ya n a l y s e se x i s t i n gt h em i n i m u mi n t e r f e r e n c er o u t i n ga l g o r i t h m , t h e nt h e m o d i f i e dm i n i m b l l li n t e r f e r e n c er o u t i n ga l g o r i t h mf o rd y n a m i cr o u t i n gi sa d d r e s s e d f i n a l l y , s u m m a r i z e st h ed i s s e r t a t i o na n dp o i n t so u tt h ed i r e c t i o n sf o rf i l r t h e rs t u d y k e yw o r d s ：i pn e t w o r kq o sa q mr e d p 1c o n t r o l l e rm i n i m u mi n t e r f e r e n c e r o u t i n g i i i 北京邮电大学博士学位论文 缩略语 英文缩写 a c k a f a 姗 a 皿正d a p i a q m a r e d a s a n “ a v q b a b g p c l i c r l d p d i f 瑁e r r d s d s c p 缩略语 英文全拼 a c k n o w l e d g e m e n t a s s u r e df o r w a r d i n g a d d i t i v ei n c r e a s ea n dm u l t i p l i c a t i v ed e c r e a s e a d a p t i v em u l t i 1 e v e lr e d a d a p t i v ep i a c t i v eq u e u em a n a g e m e n t a d a p t i v er e d a s s u r e ds e r v i c e a s y n c h r o n o u st r a n s f e rm o d e a d a p t i v ev i r t u a lq u e u i n g b e h a v i o ra g g r e g a t e b o r d e rg a t e w a yp r o t o c o l c o m m a n dl i n ei n t e r f a c e c o n s 廿a i n t b a s e dl d p d i 虢r e n t i a t e ds e r v i c e d i f f e r e n t i a t e ds e r v i c e s d i 丘j r e n t i a t e ds e r v i c e sc o d ep o i n t e i g r pe n h a n d c e di n t e r i o rg a t e w a y r o u t i n gp r o t o c o l f c f s f e c f t p h t t p i c 【p i e t f i g p i l m i n t s e r v i p i p v 4 i p v 6 f i r s tc o m ef i r s ts e r v i c e f o r w a r d i n ge q u i v a l e n c ec l a s s f i l et r a n s f e rp r o t o c 0 1 h y p e r t e x t t r a n s f e rp r o t o c o l i n t e m e tc o n t r o lm e s s a g ep r o t o c o l i n t e m e te n g i n e e r i n gt a s kf o r c e i n t e r i o rg a t e w a yp r o t o c o l i n c o m i n gl a n em 印 i n t e g r a t e ds e r v i c e i n t e m e tp r o t o c o l i n t e m e tp r o t o c 0 1v e r s i o n4 i n t e m e tp r o t o c 0 1v e r s i o n6 第1 0 1 页共1 1 3 页 中文 肯定应答信号 确保转发 加增倍减 自适应多优先级r e d 自适应比例积分器 主动队列管理 自适应r e d 确保服务 异步转移模式 自适应虚拟队列 行为聚集 边界网关协议 命令行接口 基于约束的l d p 区分服务 区分服务 区分服务编码点 增强型内部网关路由协 议 先来先处理 等价转发类 文件传输协议 超文本传输协议 互联网控制报文协议 互联网工程任务组 内部网关协议 入域标签映射 综合服务 互联网协议 互联网协议本版4 互联网协议本版6 北京邮电大学博士学位论文缩略语 i s i s i s p l d p l e r l p f l s p l s r m f m 田田 m 玎王 m i r a m 淞n m p l s 己e d m t u n g n n h l f e n p h a r d o s l 0 s p f p p 1 p 2 p p h b p i p i d p i r p q m p s q o s r e d r e m r f c r 1 0 i n t e r m e d i a t es y s t e mt oi n t e r m e d i a t es y s t e m i n t e m e ts e r v i c ep r o v i d e r l a b l ed i s t r i b u t i o np r o t o c o l l a b l ee d g er o u t e r l o wp a s sf i l t e r l a b l es w i t c h i n gp a t h l a n es w i t c h i n gr o u t e r m u l t i f i e l d m i n i m u mh o pp a t h m i n i m u mi n t e r f e r e n c er o u t m i n i m u mi n t e r f e r e n c er o u t i n ga l g o r i t h m m i ra n e w m u l f i p r o t o c o ll a b e ls w i t c h i n g m u l t i l e v e lr e d m a x m u mt r a n s m i s s i o nu 越t n e x tg e n e r a l i o nn e t w o r k n l en e x th o pl a b l ef o r w a r d i n ge n t r y n o n d e t e r m i n i s t i cp o l y n o m i a lt i m e - h a r d o p e ns y s t e mi n t e r c o n n e c t i o n o p e ns h o r t e s tp a t hf i r s t p r o p o r t i o n a l p r o p o r t i o n a la n dp r o p o r t i o n a li n e g r a t o r p e e r t o p e e r p e r - h o p b e h a v i o r p r o p o r t i o n a li n t e g r a t o r p r o p o r t i o n a li n t e g r a ld i f f e r e n t i a l p r o p o r t i o n a li n t e g r a t o r r a t e p a s s i v eq u e u em a n a g e m e n t p r e m i u ms e r v i c e q u a l i t yo fs e r v i c e r a n d o me a r l yd e t e e t i o n r a n d o me x p o n e n t i a lm a r k i n g r e q u e s tf o rc o m m e n t s r e dw i t hd “o i 1 第1 0 2 页共1 1 3 页 中间系统到中间系统 互联网业务提供商 标签分配协议 标签边缘路由器 低通滤波器 标签交换路经 标签交换路由器 多域 最d , g 数路径 最小干扰路经 最小干扰路由算法 新型最小干扰路由算法 多协议标签交换 多优先级r e d 最大传输单元 下一代网络 下一跳标签转发入口 不确定多项式时间难题 开放系统互连 开放最短路径优先 比例 比例和比例积分器 对等网 逐跳行为 比例积分器 比例积分微分器 基于速率的比例积分器 被动队列管理 奖赏服务 服务质量 随机早期检测 随机指数标记 i e t f 建议 带i o 标记的r e d 北京邮电大学博士学位论文 缩略语 r 口 r - p i r s v p r t t s a c k s b m s l a s p s n 【p s p f s r e d s t _ p i p p s t t c a t c p t e v p n v q v r c w f q 、釉d w s p ) ( d s l r o u t i n gi n f o r m a t i o np r o t o c o l r o b u s tp i r e s o u r c er e s e r v a t i o np r o t o c 0 1 r o u n dt r i pt i m e s e l e c t i v ea c k n o w l e d g e m e n t s u b n e tb a n d w i d t hm a n a g e m e n t s e r v i c el e v e ia g r e e m e n t s i m p l em a l lt r a n s f e rp r o t o c o l s i m p l en e t w o r km a n a g e m e n tp r o t o c o l s h o r t c s tp a t hf i r s t s t a b i l i z e dr e d s e l f - t u n i n gp r o p o r t i o n a li n t e g r a l c o n t r o l l e r b a s e do np o l ep l a c e m e n t s h o r t e s tw i d e s tp a t h t r a 伍cc o n d i t i o na g r e e m e n t t r a n s m i s s i o nc o n t r o lp r o t o c o l t r 炳ce n g i n e e r i n g v i r t u a l p f i v a t en e t w o r k v i r t u a lq u e u e v i r t u a lr a t ec o n t r o l w e i g h t e df a i rq u e u i n g w e i g h t e dr e d w i d e s ts h o r t e s tp a t h x d i g i t a ls u b s c r i b el i n e 。 第1 0 3 页共i 1 3 页 路由信息协议 鲁棒比例积分器 资源预留协议 往返时间 选择性肯定应答 子网带宽管理 服务等级协定 简单邮件传输协议 简单网管协议 最短路径优先 稳定的r e d 基于单极点综合技术的 自调节比例积分器 最短最宽路径 流量调节协定 传输控制协议 流量工程 虚拟专用网 虚拟队列 虚拟速率控制 加权公平队列 加权r e d 最宽最短路径 数字用户线 声明 独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他 教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任 何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名 1 苜专为 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即： 研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借 阅：学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它 复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密在一年解密后适用本授权书。非保密论 文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 本人签名： 导师签名： e !竺坌 日期： 至鱼q 量：量：至至 日期： 2 q q 曼：量：2 2 北京邮电大学博士学位论文第一章引言 1 1 课题研究背景 第一章引言 i n t e m e t 数十年网络规模的迅猛发展、应用业务的层出不穷和用户数量的爆 发增长，已经直接、间接地影响着全球各类人们的生活方式、工作方式，并继续 深刻地影响着全球各类人们的生活方式、工作方式甚至思维方式，使人们的生活、 工作与网络密切相关。 1 。1 1i p 网络的发展 以i n t e r n e t 为代表的i p ( i n e r n e tp r o t o c 0 1 ) 网络经过了数十年的发展，在 数据传输方面已经占据了统治地位【1 】。目前，i n t e m e t 作为世界上最大的数据传 输网络，其规模已经超过了传统的电话网。i n t e r n e t 能够有如此巨大的发展，l p 作为其核心技术发挥了关键作用 2 1 1 3 l 。与其他网络技术相比，i p 具有许多特点， 其中最重要的一个特点是：l p 网络在设计时最大限度的降低了应用对网络的依 赖性。这一点主要通过无连接、分组路由、尽力服务这几个方面来体现州。也就 是说，i p 网络的架构是建立在对传输网络不信任的基础上的，i p 的应用主要依 靠终端的智能来实现。这种设计具有许多优点： 第一，i p 网络具有良好的网络兼容性，实际上，i p 的应用对网络没有太多 的要求，网络只要能够提供信息传输的可达性即可，各种网络传输技术都能够被 包容到i p 上； 第二，i p 网络具有良好的扩展灵活性，l p 网络在总体上呈现分布式管理和 松散控制的特点【5 】，局部网络的变化通常不会对整个网络带来太大的影响，这使 得网络无论是在设计、规划和扩充方面都很灵活，而且，i p v 4 ( i n t e r n e tp r o t o c o l v e r s i o n4 ) 除了地址限制外，i p 技术并没有对网络的发展规模造成某种限制， 成为网络规模发展的瓶颈； 第三，i p 网络具有丰富的应用和强大的应用扩展能力，这一点在i n t e r n e t 上体现的非常明显，除了早期的f t p ( f i l et r a n s f e rp r o t o c 0 1 ) 、t e l n e t 等应用外， w e b 、电子商务、多媒体、p 2 p ( p e e rt op e e r ) 等应用不断涌现，层出不穷。 应用是i n t e r n e t 发展的最大动力。从技术上说，i p 为各种应用的设计和开发提供 了最好的条件，因为i p 对网络很少有依赖性，在实现上，网络只要提供可达性 即可。所有的复杂功能都可以在终端系统上实现。i p 的这个特点为i p 带来了巨 大的成功，特别是在基于数据传输的应用方面。 第1 页共1 1 3 页 北京邮电大学博士学位论文第一章引言 1 t 2i p 网络面临的挑战 网络的发展动力在于不断地提供能够满足社会需求的业务。随着通信网络在 人们的生活、工作中的影响日益增长，人们借助高速网络技术和多媒体技术的飞 速发展，不断地对通信网络提出诸如多媒体通信这样的新的需求。就业务的提供 形式来说，下一代网络的发展目标是集话音、视频、数据为一体的多媒体业务【6 1 。 不同的网络业务对网络提供q o s ( q u a l i t yo fs e r v i c e ) 的需求是不一样的，例如 语音业务对延迟很敏感，但是对吞吐量要求不高，视频通信业务对延迟和带宽都 有较高的要求，但是能够容忍一定的分组丢失率等。 毫无疑问，i p 网络在提供数据业务方面取得了巨大成功，目前还没有任何 其他的网络技术在提供数据业务方面可以与i p 网络技术相提并论。现有的l p 网 络所提供的是“尽力而为”( b e s t - e f f o r l ) 的服务，在这种服务模型下，所有的业 务流被“一视同仁”地公平地竞争网络资源，路由器对所有的l p 包都采用先来 先处理( f i r s tc o m ef i r s ts e r v i c e ，f c f s ) 的工作方式，网络尽最大努力将l p 包送达目的地。但对i p 包传递地可靠性、时延等不能提供任何保证。l p 网络的 这种设计原则在提供要求服务质量保证的实时媒体流的传输时遇到了极大的困 难。q o s 问题是目前l p 面临的最重要、最复杂的问题之一。 为了要在l p 网络上支持实时媒体流业务，一个关键的问题是如何提供服务 质量，包括如何提供不同等级的服务质量，即提供s l a ( s e r v i c el e v e l a g r e e m e n t ) 。下一代网络要求支持多种业务，从高质量的交互式实时媒体流业 务( 如话音和实时性的视频业务) 到因特网的尽力而为服务。对于现有的i p 网 络，用户业务量的增加造成网络资源相对使用不平衡，i n t e r n e t 的尽力而为服务 也远远满足不了实时媒体流业务的要求。解决l p 网络的q o s 问题，就是如何在 保持i p 网络固有的无连接传输的优势下，合理利用现有的有限带宽，保证网络 内传输的各种业务的q o s ，同时提供较低的操作和管理开销，从而保证实现l p 网络新业务的发展。对于运营商而言，另外一个非常重要的问题是如何管理这些 业务。这两个问题是密切相关的。实际上，管理，包括资源管理和流量管理作为 在l p 网络提供服务质量的重要手段已经成为许多业内专家的普遍看法。 1 1 3 网络技术的发展趋势 相对于现有的网络，下一代网络的一个很重要的特点就是业务提供范围更加 广泛，就业务提供的形式来说，下一代网络的发展目标是集话音、数据、视频为 一体的多媒体业务；就业务提供的速率来说，下一代网络的业务提供速度将更加 快捷、方便；就业务的适用范围来说，下一代网络将支持多种接入方式和多种接 第2 页共1 1 3 页 北京邮电大学博士学位论文 第一章引言 入终端。 下一代网络的范畴非常广泛，其目标是改革现有电信网络，以支持更广泛的 业务，其特点是： 基于分组传输； 呼叫控制与承载相分离； 支持各种业务； 可与现有网络互通； 支持移动性。 服务质量( q o s ) 是在分组交换网络上支持实时业务所需要考虑的最重要因 素。由于分组交换网络固有的无连接的特征，使得端到端的q o s 保证困难重重， 甚至至今仍然看不清发展的前景，但分组交换网络中的q o s 问题仍然是当前网 络技术研究、标准化工作的一个极为活跃的课题。许多研究人员试图通过提供多 种可选择的服务响应来改进或增强l p 网络原有的尽力而为服务能力，然而实现 途径却五花八门，如综合服务i n t s e r v ( i n t e g r a t e ds e r v i c e ) 基于数据流，区分 服务d i f f s e r v ( d i f f e r e n t i a t e ds e r v i c e ) 基于分组处理，而多协议标签交换m p l s ( m u l t i p r o t o c o ll a b e ls w i t c h i n g ) 却基于虚拟电路来保证某种程度的q o s 。这 些方法均有各自的特点和缺陷，有的还只适合某个特定网络环境或部分网络，还 没有找到在统一的网络平台上提供各种综合业务的灵丹妙药。 尽管在支持有服务质量要求的实时多媒体业务方面i p 网络技术遇到了巨大 的困难，但是l p 技术仍然被认为是未来承载该类业务的主流技术和发展趋势【8 。 主要的原因包括： i p 网络在开发、提供应用能力方面具有其他网络技术无法替代的优点，在 一个以业务为网络发展的主要驱动力的时代 9 】，对网络技术而言，便于开发丰富 的应用功能将是主要的要求，这是最根本的原因； i p 网络具有其他网络技术无法替代的网络灵活性，i p 在网络方面的灵活性 是应用得以迅速开展的必要条件，最明显的例子是基于h 3 2 3 的视频会议系统 和基于h 3 2 0 的视频会议系统，前者是基于l p 的，后者是基于电路交换系统的。 h 3 2 3 系统在组网方面的灵活性是它全面取代h 。3 2 0 系统成为主导系统的重要 因素之一； i n t e r n e t 的无法替代的普及，i n t e r n e t 已经成为全球最大的数据网络，无论 是在用户数量，网络覆盖程度，标准化程度，应用开发能力和用户接受程度方面 占据了决定性的优势，作为事实上的标准，任何不与之兼容的技术都会在业务开 发、业务拓展等方面遇到巨大的困难。 相关网络技术的发展从一定程度上弥补了i p 技术的不足，随着传输和接入 第3 页共1 1 3 页 北京邮电大学博士学位论文 第一章； 言 技术的发展，以前制约i p 的一些问题，例如带宽问题，路由器瓶颈问题都得到 了极大的缓解，这为l p 支持传统上根本无法支持的实时多媒体应用带来了转机。 目前骨干网络的带宽已经非常充足，而接入网的带宽瓶颈也因为x d s li xd i g i t a l s u b s c r i b el i n e ) 、宽带接入等技术得到部分解决。路由器的性能越来越强大， 接口速率已经远远超过a t m ( a s y n c h r o n o u st r a n s f e rm o d e ) 交换机的接口速 率。而且地址问题也因为i p v 6 ( i n t e r n e tp r o t o c o lv e r s i o n6 ) 的出现有了解决的 方法。 总之，根据以上的分析，在i p 上承载实时流媒体类型的应用和业务已经被 认为是发展的趋势，而且其需求越来越迫切。 1 。2 作者主要的研究工作 在博士论文研究期间，作者从主动队列管理算法、q o s 路由等方面，对i p 网络q o s 的问题进行了深入的研究。主要研究工作包括以下几个方面： 1 对f p 网络q o s 问题进行了分析和综述 作者在博士论文的研究工作中，总结了目前l p 网络q o s 研究领域的发展， 指出了i p 网络q o s 研究中的主要研究问题，为研究的开展指明了方向。 2 基于随机早期检测的主动队列管理算法的研究 区分服务模型( d i f f s e n ，) 作为一种保证l p 骨干网络q o s 的手段是目前的 研究热点，其中a f 类业务的队列管理算法是重要的研究课题。针对目前队列管 理算法中存在的问题，作者提出了一种自适应的多优先级队列管理算法a m r e d ( a d a p t i v em u l t i - l e v e lr a n d o me a r l yd e t e c t i o n ) ，实现了根据网络状态变化动 态调整丢弃概率。通过理论分析和仿真证明，a m r e d 算法实现了分组的相对优 先级，较好的支持区分服务中a f 类业务；通过自适应的参数调整保持了平均分 组长度的稳定性从而克服了丢包率高、吞吐量低等问题；实现了剩余带宽在t c p 流之间分配的公平性。 3 。基于控制理论的主动队列管理算法研究 依据控制理论分析l p 网络中的t c p a q m ( t r a n s m i s s i o nc o n t r o l p r o t o c o l a c t i v eq u e u em a n a g e m e n t ) 模型并提出相应的控制器是实现i p 网络 拥塞控制的研究热点。作者基于t c p a q m 控制理论模型，针对p l ( p r o p o r t i o n a l i n t e g r a t o r ) 控制器响应速度方面的不足，在p l 控制器基础上增加了归一化输入 速率控制，提出了一种适应网络环境动态变化的a q m ( a c t i v eq u e u e m a n a g e m e n t ) 算法p i r ( p r o p o r t i o n a li n t e g r a t o r - r a t e ) 控制器。理论分 析和仿真实验证明，p i - r 控制器在保证队长稳定和链路利用率的同时实现了对 第4 页共1 1 3 页 北京邮电大学博士学位论文第一章引言 网络状态变化的快速响应，也可以提高缓冲区利用率。 4 最小干扰路由的研究 q o s 路由是l p 网络q o s 重要研究领域之一。作者研究动态路由算法，提 出了一种改进的最小于扰路由算法m i r a - n ( m i n i m u mi n t e r f e r e n c er o u t i n g a l g o r i t h m - n e w ) 。该算法引入关键链路、次关键链路的定义，将算法分为预处理 和在线路由两个过程，降低了算法复杂度影响。仿真结果表明该算法可使网络负 载分布更为均衡，提高网络吞吐量，进一步改善最小干扰路由算法的性能。 在博士论文期问，作者在国内核心刊物和相关国际会议上发表和被录用论文 1 4 篇，其中第一作者6 篇，e i 检索1 篇。 1 。3 论文的主要研究成果 论文的主要研究成果有如下几点： 1 提出了一种自适应的多优先级队列管理算法a m r e d ： r e d ( r a n d o me a r l yd e t e c t i o n ) 及其改进算法不支持d i f f s e r v 模型，而根 据分组的不同优先级计算不同的丢弃概率的m r e d ( m u l t i l e v e lr e d ) 算法支持 d i f f s e r v 网络中的a f ( a s s u r e df o r w a r d i n g ) p h b ( p e r - h o p b e h a v i o r ) ，实 现a f 类业务的相对优先级。目前实现多优先级r e d 的算法有w r e d ( w e i g h t e d r e d ) 和r l o ( r e dw i t hi n o u t ) 算法，它们虽然实现了分组的不同优先级， 但存在分组丢包率高、链路利用率低等缺点。针对目前队列管理算法存在的问题， 设计适合于d i f f s e r v 网络中a f 类业务的队列管理算法，作者提出了一种自适应 的多优先级队列管理算法a m r e d 1 0 】，实现了根据网络状态变化动态调整丢弃概 率。通过理论分析和仿真证明，a m r e d 算法实现了分组的相对优先级，较好的 支持区分服务中a f 类业务；通过自适应的参数调整保持了平均分组长度的稳定 性，从而克服了丢包率高、吞吐量低等闯题；实现了剩余带宽在t c p 流之间分 配的公平性。 2 提出了一种适应网络环境动态变化的a q m 算法一p i r 控制器： pj 控制器在静态环境下实现了较好的瞬态响应和稳态误差，但是在网络环 境动态变化时无法同时满足响应速度和队长稳定性的要求。为了得到稳定的队列 长度就要降低响应速度，如果加快响应速度就导致队列长度变化很大，这两个方 面都可能降低链路利用率。针对p i 控制器存在的不足，先后出现了一些改进算 法，在一定条件下部分地改善了控制器的性能。作者在分析p l 控制器响应速度 方面的不足之后，提出一种新的a q m 算法一p i r 控制器1 1 1 】。p i r 控制器保留 了p i 控制器在瞬态响应、稳态误差方面优点的同时，通过增加归一化的速率控 第5 页共1 1 3 页 北京邮电大学博士学位论文第一章引言 制项，既保证了队长的稳定也使得响应速度明显提高，同时减小了缓冲区大小对 算法的影响。理论分析和仿真实验表明，p i - r 控制器在网络环境动态变化的情 况下性能优于p i 控制器。 3 提出了一种改进的最小干扰路由算法m l i r a - n ： 传统的最小跳数路径算法不考虑网络的流量分布，算法简单；最宽最短路径 算法、最短最宽路径算法提高了网络资源利用率，但也没有考虑此次路由对后续 可能的连接请求路由造成的干扰，会使网络连接请求拒绝率增大、网络吞吐量下 降。最小干扰路由算法，能够降低网络连接请求拒绝率，提高网络吞吐量，使网 络资源利用率得到提高。但计算复杂度高，大大影响了动态路由算法的实用性和 适应性，且算法只考虑了关键链路对后续可能的连接请求路由影响，没有考虑非 关键链路在一定条件下也会对后续可能的连接请求路由产生影响，甚至拒绝本来 可以接受的连接请求。作者提出的改进的最小干扰路由算法m i r a - n 【12 】在考虑关 键链路的同时引入了次关键链路概念，并将算法分为预处理和在线路由两个过 程，可在降低算法复杂度影响的同时，使网络连接请求拒绝率降低、网络吞吐量 提高，进一步改善了最小干扰路由算法的性能 1 4 论文的组织 本论文一共分为六章。第一章是引言，介绍作者研究的背景及论文基本情况； 第二章全面综述了l p 网络q o s 相关研究现状，为论文的研究工作指明了方向； 第三章介绍了在基于随机早期检测的主动队列管理算法方面的研究；第四章介绍 了基于经典线性控制理论的主动队列管理算法研究；第五章介绍了最小干扰路由 的研究；最后一章总结全文，并指出进一步的研究方向。 本章参考文献 【1 】 2 3 4 5 d o u g l u scd o w e n ，n e x t - g e n e r a t i o nn e t w o r k ，b e l ll a b t e c h n i c a l j o u r n a l ，1 9 9 8 ，p p ：1 0 - 1 1 聂秀英，i n t e r n e t 上承载的业务分析，世界电信，2 0 0 0 ，n o 6 ，p p ：16 19 蒋林涛，对下一代电信网发展的思考，电信工程技术与标准化，2 0 0 3 ， n o 4 ，p p 1 5 l p e t e r s o n ，b s ，d a v i e ，c o m p u t e rn e t w o r k s = as y s t e ma p p r o a c h ， m o r g a nk a u f m a n np u b l i s h e m ，2 0 0 0 刘志伟，李国平，l p 电信网的标准和对未来网络的影响，电信科学，2 0 0 4 ， 第6 页共1 1 3 页 北京邮电大学博士学位论文 第一章引言 n o 9 ，p p ：3 7 。4 1 赵慧玲，单秀云，新一代网络体系结构及相关问题的研究，电信科学，2 0 0 3 ， n o 3 ，p p ；2 4 2 7 赵惠玲，徐向辉，n g n 的研究进展，电信科学，2 0 0 4 ，n o 1 ，p p ：3 0 3 5 尹浩，喻莉，朱光喜等，网络的f p 化趋势及其挑战与对策，计算机工程 与应用，2 0 0 0 ，n o 9 ，p p ：9 1 1 包东智，下一代固定网络发展趋势，中国数据通信，2 0 0 2 ，n o 1 2 ，p p ： 7 8 8 3 曾志民，张天魁，冯春燕，丁炜，a m r e d ：一种支持区分服务a f 类业 务的a q m 算法，北京邮电大学学报，已录用 曾志民，张天魁，冯春燕，丁炜，p i r 控制器：一种快速响应的a q m 算 法，北京邮电大学学报，己录用 曾志民，苏晓云，丁炜，m i r a - n ：一种改进的最小于扰路由算法，计算 机应用研