（信号与信息处理专业论文）宽带ip网络流量工程关键技术的研究.pdf

北京邮电大学博士学位论文 摘要 宽带i p 网络流量工程关键技术的研究 摘要 i p 网络的蓬勃发展伴随着运营商网络性能的诸多问题，如流量迅 速的增长造成网络拥塞、传统的域内路由协议造成全网流量分布不均 匀、有限的流量管理能力不能满足用户的服务质量要求。对于大型m 网络尤其是主干网而言，网络运营商希望能合理控制网络流量的分 布，进而最佳地利用网络资源，提高与业务流量有关的网络性能，这 就是引入流量工程技术的初衷。 流量工程( t r a f f i ce n g i n e e r i n g ) 是解决i p 网络性能评估和性能 优化问题的网络工程技术之一，包括流量测量、流量表征、流量建模 和流量控制，以及那些为使网络达到特定的性能目标而采用的技术。 针对未来宽带i p 网络需要应对流量的爆炸式增长、需要支持具有不 同服务质量需求和不同优先级别的多种应用的特点，论文从流量工程 中的路由问题、支持区分服务( d i f f s e r v ) 的流量工程机制、域间流 量工程机制、多层网络流量工程机制等四个方面进行了深入研究，主 要研究内容如下： 流量工程中的路由问题研究：本章在介绍i p 网络的流量工程框 架及其解决方案的演进的基础上，对流量工程中的路由问题进行了深 入分析。首先介绍了三种不同的路由机制，即传统路由、基于约束的 路由和混合路由，然后对q o s 路由问题进行了深入阐述，并对目前 常用的带宽约束的路由算法进行了总结和比较。针对多协议标签交换 ( m p l s ) 流量工程中的多路径路由问题，提出一个改进的保证带宽 约束的多路径路由算法，将带宽约束划分为较小的子约束并分别为其 计算最优路径，并将满足子约束条件的备选路径限制在一定的跳数之 内。仿真证明我们的改进算法取得了多路径建立成功率和网络总的带 宽消耗之间的较好折衷，并考查了k 值对于算法性能的影响。 支持d i f f s e r v 的流量工程机制研究：支持d i f f s e r v 的流量工程机 北永邮电大学博士学位论文摘要 制( d s t e ) 被认为是下一代多业务网络中保证q o s 并优化资源利用 的较优解决方案。本章在介绍m p l s 与d i f f s e r v 体系结构的集成的基 础上，对d s t e 机制进行了重点研究。我们讨论了d s - t e 机制与现 有流量工程机制的不同之处，并对d s t e 中的关键问题路径选 择问题、接入控制问题、带宽分配和抢占问题进行了深入剖析。 ( 1 ) 在路径选择问题方面，我们分析了抢占对于网络稳定性的 影响，指出若能在路径选择中考虑到低优先级连接的资源预留情况， 引入抢占信息来选取抢占发生概率较低的路径，则可以有效减少抢占 和重路由，改善网络的全局性能。我们对最小化抢占的路径选择问题 建立了整数规划的数学模型，并提出两个简单可行的启发式算法，然 后用仿真分析了其性能增益。 ( 2 ) 在接入控制问题方面，我们指出应该考虑到d s - t e 本身的 特点，设计简单可行的接入控制策略，在保证不同类型流量q o s 需 求的同时有效利用网络资源。我们将支持优先级的有效带宽概念和动 态缓冲区划分技术结合起来，提出一个适用于d s t e 的基于有效带 宽的接入控制策略，并用数值和仿真分析了其有效性。 域阆流量工程机制研究：考虑到域间链路是i n t e m e t 的主要瓶颈 并且涉及到复杂的管理和控制问题，我们对域间流量工程机制进行了 深入研究。本章首先介绍了基于b g p 的域间流量工程策略，指出它 仅是对域间流量流向的粗略控制，具有一定的局限性，建议采用系统 化的方法来解决域间流量工程问题。出网域间流量工程问题本质上是 一个出口路由器选择问题，基于i n t e m e tq o s 模型，我们对保征多类 型业务端到端q o s 的出口路由器选择问题进行了数学建模，并提出 了简单的启发式算法和四种不同的出口路由器选择策略。仿真比较了 多业务环境下不同的出口路由器选择策略在不同优化目标下的性能， 并验证了我们的方案能满足高优先级流量的带宽和时延要求。 多层网络流量工程机制研究：由于光网络能提供巨大传送带宽和 强大交换能力，i po v e r 光网络己成为未来网络发展的必然趋势。本 章在介绍了统一的控制平面技术通用多协议标签交换( g m p l s ) 的基础上，提出一个基于g m p l s 的多层网络流量工程框架。我们的 北京邮电大学博士学位论文 摘要 方案针对未来网络的流量特性和对于多业务提供能力、q o s 保证能 力、故障快速恢复能力的需求，提出将流量监测、离线和在线路由、 自适应的带宽分配、故障快速恢复策略有效地结合起来，在保证多业 务类型不同q o s 的同时优化网络资源的利用，提高运营网络的性能。 我们从有效性、鲁棒性、复杂度、可行性等方面分析了我们的方案的 性能，并提出建立综合网络管理系统的建议。 关键词：流量工程；多协议标签交换( m p l s ) ；区分服务 ( d i f f s e r v ) ；连接接入控制( c a c ) ；抢占；边界网关协议( b g p ) 韭塞些皇查兰堕主兰竺笙奎 缝! h 竺! r e s e a r c ho n k e yt e c h n o l o g i e s o ft r a f f i ce n g 矾e e r i n gi n b r o a d b a n di pn e t w o r k s a b s t r a c t t h er a p i dd e v e l o p m e n to f 口n e t w o r k sa c c o m p a n i e sag o o dm a n yp r o b l e m s r e l a t e dt ot h ep e r f o r m a n c eo fo p e r a t i o n a ln e t w o r k s ，i n c l u d i n gn e t w o r kc o n g e s t i o nd u e t ot h ee x p l o s i v ei n c r e a s e so fi p 订a 伍c 1 0 a du n b a l a n c i n gd u et ot h et r a d i t i o n a lm u t i n g p r o t o c o l , a n dt h em s t r i c t c d 砌cm a n a g e m e n tc a p a b i l i t yt h a tc m m o ts a t i 田t h e r e q u i r e m e n to fq u a l i t yo fs e r v i c e f o rl a r g ei pn e t w o r k se s p e c i a l l yb a c k b o n en e t w o r k s ， i s p se x p e c tt o r a t i o n a l l yc o n u _ 0 lt h ed i s t r i b u t i o no fn e t w o r kt r a f f i c ，t oo p u m a l l y u t i l i z et h en e t w o r kr e s o u r c e ，a n dt oi m p r o v et h en e t w o r kp e r f o r m a n c er e l a t e dt o t r a f f i c t h i si sw h yt r a 伍ce n g i n e e r i n gi si n t r o d u c e d t r a f f i ce n g i n e e r i n gi sd e f i n e da st h a ta s p e c to fi pn e t w o r ke n g i n e e r i n gd e a l i n g w i t ht h ei s s u eo f p e r f o r m a n c ee v a l u a t i o na n dp e r f o m a n c eo p t i m i z a t i o no fo p e r a t i o n a l i pn e t w o r k s ，a n di te n c o m p a s s e st h ea p p l i c a t i o no ft e c h n o l o g ya n ds c i e n t i f i c p r i n c i p l e st ot h em e a s m e m e n t , c h a r a c t e r i z a t i o n , m o d e l i n g ，a n dc o n t r o lo fi pt r a f f i c t h ef u t u r eb m a d b a n di pn e t w o r k sn e e dt oa d a p tt ot h ee x p l o s i v ei n c r e a s e so fi p t r a f f i c ，a n dt os u p p o r tm u l 却l es e r v i c e sw i t hd i f f e r e n tq o sr e q u i r e m e n t sa n dd i f f e r e n t p r i o r i t i e s i no r d e rt os a t i s f yt h er e q u i r e m e n t so ft h ef u t u r ei pn e t w o r k s ，t h i s d i s s e r t a t i o nf o c u s e so i lt h es e v e r a lk e yp o i n t so ft r a f f i ce n g i n e e r i n g ，i n c l u d i n gt h e r o u t i n gp r o b l e mo ft r a f f i ce n g i n e e r i n g , t h ed i f t s e r v - a w a r et r a f f i ce n g i n e e r i n g ，t h e i n t e r - d o m a i nt r a f f i c e n g i n e e r i n g ，a sw e l la sm u l f i l a y e rt r a f f i ce n g i n e e r i n g t h e n o v e l t i e sa n dm a i nw o r k so fm i sd i s s e r t a f i o na r ea sf o l l o w s ： r e s e a r c ho nt h er o u t i n gp r o b l e mo ft r a f f i ce n g i n e e r i n g ：a f t e ri n t r o d u c i n gt h e f r a m e w o r ko ft r a f f i ce n g i n e e r i n ga sw e l la st h ee v o l u t i o no fs o l u t i o n s ，w ei n v e s t i g a t e t h er o u t i n gp r o b l e m so ft r a f f i ce n g i n e e r i n g f i r s t l y , w ei n t r o d u c et h r e em u t i n g a b s i r a c t m e c h a n i s m si n c l u d i n gt h et r a d i t i o n a lr o u t i n g ，c o n s t r a i n t - b a s e dr o u t i n g , a n dh y b r i d r o u t i n g t h e nq o sr o u t i n gp r o b l e mi se x p a t i a t e da n d d i f f e r e n tb a n d w i d t h - c o n s t r a i n e d r o u t i n ga l g o r i t h m sa r ec o m p a r e d i no r d e rt os o l v et h em u l t i - p a t hm u t i n gp r o b l e mi n m p l sn e t w o r k s ，w ep r o p o s ea ne n h a n c e db a n d w i d t h - g u a r a n t e e dm u l t i - p a t hm u t i n g a l g o r i t h m t h ea l g o r i t h md i v i d e st h eb a n d w i d t hc o n s t r a i n ti n t os e v e r a ls m a l l e r s u b c o n s t r a i n t sa n dc o m p u t e st h eo p t i m a lp a t hf o re a c hs u b c o n s t r a i n tr e s p e c t i v e l y i n a d d i t i o n ，o u rs c h e m el i m i t e st h en u m b e ro fc a n d i d a t ep a t h si nt e r m so fh o p s s i m u l a t i o n ss h o wt h a to u ra l g o r i t h ma c h i e v e st h et r a d e o f fb e t w e e nt h es e t u ps u c c e s s r a t i oa n dt h et o t a lb a n d w i d t hc o n s u m p t i o n , a n dt h ee f f e c to ft h ev a l u eko nt h e n e t w o r kp e r f o r m a n c ei sa l s oi n v e s t i g a t e d r e s e a r c ho nd i f f s e r v - a w a r et r a g i c e n g i n e e r i n g ：d i f f s c r v - a w a r c t r a f f i c e n g i n e e r i n g ( d s - t e ) i sk n o w na sap r e f e r a b l es o l u t i o nf o rq o sg u a r a n t e e 豳w e l la s i s o u r c eo p t i m i z a n o ni nt h em u l t i - s e r v i c en e t w o r k a f t e ra n a l y z i n gt h ei n t e g r a t i o no f m p l sa n dd i f f s e r v , w ef o c u so nt h es c h e m e so fd s - t e w ed i s c u s st h ed i f f e r e n c e b e t w e e nd s - t ea n dt h et r a d i t i o n a lt r a g i ce n g i n e e r i n g ，a n dc o m p r e h e n s i v e l ya n a l y z e t h ek e ys c h e m e so fd s - t es u c ha sp a t hs e l e c t i o n ，a d m i s s i o nc o n t r o l ，a n db a n d w i d t h a l l o c a t i o na sw e l la sp r e e m p t i o n ， ( 1 ) i nt e r m so fp a 也s e l e c t i o n ，w ea n a l y z et h ee f f e c to fp r e e m p t i o no nn e t w o r k s t a b i l i t y , a n dp o i n to u tt h a tb yc o n s i d e r i n gp r e e m p t i o n - r e l a t e di n f o r m a t i o ni nt h ep a t h s e l e c t i o np r o c e d u r e ，t h eo p t i m a lp a t hc a nb e s e l e c t e dt om i n i m i z er c m u t i n ga n d i m p r o v en e t w o r ks t a b i l i t y w ep r o v i d eam a t h e m a t i o a lp r o g r a m m i n gf o r m u l a t i o nf o r t h er o u t i n gw i t hp r e e m p t i o nm i n i m i z a t i o np r o b l e m ，a sw e l la st w os i m p l eh e u r i s t i c s s i m u l a t i o n sd e m o n s w a t et h ep e r f o r m a n c eg a i l lo f o u rs c h e m e s ( 2 ) i nt e r m so fa d m i s s i o nc o n t r o l ，w ep o i n tt h a td e s i g n i n ga d m i s s i o nc o n t r o l s c h e m ef o rd s - t er e q u i r e sn o to n l yt og u a r a n t e et h eq o so ff l o w s ，b u ta l s ot o c o n s i d e rt h ef u n d a m e n t a lr e q u i r e m e n tf o rd s - t et oe f f i c i e n t l yu t i l i z et s o u r c e 。b y i n t e g r a t i n gt h ec o n c e p to fe f f e c t i v eb a n d w i d t hw i t hp r i o d t i e sa n dd y n a m i cb u f f e r p a r t i t i o n i n g ，w ep r o p o s ea ne f f e c t i v e b a n d w i d t h - b a s e da d m i s s i o nc o n t r o lf o rd s t e ， a n dp r o v ei t se f f e c t i v e n e s st h r o u g hn u m e r i c a la n ds i m u l a t i o nr e s u l t s r e s e a r c ho ni n t e r - d o m a i nt r a f f i ce n g i n e e r i n g ：c o n s i d e r i n gt h ei n t e r - d o m a i n 北京邮电大学| 】尊士学位论文a b s t r a c t l i n ki st h em a i nb o t t l e n e c ko fi n t e r a c ta n di n t e r - d o m a i nr o u t i n gi n v o l v e sc o m p l e x m a n a g e m e n ta n dc o n t r o lp r o b l e m s ，w ec a r e f u l l ys t u d yt h ei n t e r - d o m a i nt r a f f i c e n g i n e e r i n g ( i n t e r - d o m a i nt e ) w ef n s t l yi n t r o d u c et h ei n t e r - d o m a i nt ew i 也b g p , p o i n to u ti t sl i m i t a t i o n ，a n dp r o p o s et oa d o p tas y s t e m a t i ca p p r o a c ht os o l v et h e i n t e r - d o m a i nt ep r o b l e m t h eo u t b o u n di n t e r - d o m a i nt ei se s s e n t i a l l ya ne g r e s s r o u t e rs e l e c t i o n p r o b l e m b a s e d o nt h ei n t e r a c t q o sm o d e l ，w ep r o v i d et h e m a t h e m a t i c a l f o r m u l a t i o nf o r t h ee g r e s sr o u t e rs e l e c t i o np r o b l e mg u a r a n t e e i n g e n d - t o - e n dq o sf o rm u l t i - c l a s ss c i v i c e s ，a n dp r o p o s ea no n l i n eh e u r i s t i ca l g o r i t h m w i t hf o u re g r e s sr o u t e rs e l e c t i o np o l i c i e s s i m u l a t i o n sc o m p a r et h ep e r f o r m a n c eo f d i f f e r e n te g r e s sr o u t e rs d e c t i o np o l i c i e si nt e r m so fd i f f e r e n to p t i m a lo b j e c t i v e si nt h e m u l t i s e r v i c ee n v i r o m n e n t ，a n dd e m o n s t r a t et h ee f f e c t i v e n e s so f o u rs c h e m e r e s e a r c ho nm u l t i - l a y e rt r a f f i ce n g i n e e r i n g ：i po v e ro p t i c a ln e t w o r ki st h e t r e n do ft h ef u t u mi pn e t w o r kd u et ot h em a s s i v ew a n s p o r tb a n d w i d t ha sw e l la s p o w e r f u ls w i t c h i n gc a p a b i l i t yp r o v i d e db yt h eo p t i c a ln e t w o r k b a s e do nt h e i n t r o d u c t i o n o ft h eu n i f o r mc o n t r o lp l a n et e c h n o l o g yi e g m p l s w ep r o p o s ea g m p l s - b a s e dm u l t i - l a y e rt r a f f i c e n g i n e e r i n gf r a m e w o r k c o n s i d e r i n g t h e r e q u i r e m e n t so fm u l t i s e r v i c ep r o v i s i o n i n g ，q o sg u a r a n t e e ，f a s tr e s t o r a t i o no ft h e f u t u r en e t w o r k , o u rf r a m e w o r ki n t e g r a t e st r a f f i c m o n i t o r i n g ，o f f l i n ea n do n l i n e r o u t i n g ，a d a p t i v eb a n d w i d t ha l l o c a t i o n ，a sw e l la sf a s tr e s t o r a t i o n o u rf r a m e w o r kc a l l o p t i m i z e t h en e t w o r kr e s o u r c eu t i l i z a t i o nw h i l e g u a r a n t e e i n g d i f f e r e n tq o s r e q u i r e m e n t so f m u l t i s e r v i c e s ，a n di m p r o v et h ep e r f o r m a n c eo f o p e r a t i o n a ln e t w o r k s w ea n a l y z et h ep e r f o r m a n c eo fo u rs o l u t i o ni nt e r m so fe f f e c t i v e n e s s , r o b u s t n e s s ， c o m p l e x i t y , a n df e a s i b i l i t y , a n dp r e s e n tt h ea d v i c e so nt h ei n t e g r a t e dn e t w o r k m a n a g e m e n ts y s t e m k e yw o r d s ：t r a f f i ce n g i n e e r i n g ；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 ( m p l s ) ； d i f f s e r v ；c o n n e c t i o na d m i s s i o nc o n t r o l ( c a c ) ；p r e e m p t i o n ；b o r d e rg a t e w a y p r o t o c o l ( b g p ) 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。 r 一 本人签名： 墨堕 日期： 塑互：墨：兰z ： 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 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： 禹可 陟 日期： 麴! ：! ：兰2 ： 日期： 北京邮电大学博士学位论文第一章绪论 1 1 研究背景 第一章绪论 d 网络的蓬勃发展伴随着运营商网络性能的诸多问题，主要表现在： ( 1 ) i p 网络的流量迅速增长，对有限的网络资源的竞争造成网络拥塞，仅仅靠 扩容等手段并不能保证网络高效经济地运行。 ( 2 ) 传统的域内路由协议基于简单的最短路径优先算法( s h o r t e s tp a t hf i r s t ， s p f ) ，不能灵活地控制路径选择过程，不能使流量在全网均匀分布，造成一部 分链路极度拥塞，而另一部分链路又未得到充分利用；仅仅基于目的地址进行包 的转发，具有相同网络前缀的包具有相同的下一跳，使得到达同一个目的网络的 流量在网络中遵循相同的路径，不能实现流量的均匀分布。 ( 3 ) i p 网络主要提供尽力而为( b e s t - e f f o r t ) 服务，其流量管理能力非常有限， 不能对属于不同类型的数据包提供不同的队列管理和调度服务，也就不能满足为 用户提供有保证的服务质量( q o s ) 的需求。 对于大型口网络尤其是主干网，运营商( i s p ) 希望能合理控制网络流量的 分布，进而最佳地利用网络资源，提高与业务流量有关的网络性能，这就是引入 流量工程技术的初衷。i p 网络的运营商希望流量工程具有以下功能】： 最大限度地利用网络的链路和节点资源。 将网络的流量在链路上展开，尽量减少单点故障的影响。 对主路径进行路由时，绕过网络中已知的瓶颈和阻塞点。 很好地设计路由以实现业务流对时延、业务级别等的要求。 当主路径发生一个或多个故障时，为业务如何进行重新路由提供明确控制。 确保业务流由于带宽不够或发生故障重路由时有足够的备份带宽。 通过使运行有效性最大化而令运行费用降至最低。 为用户提供更多的选择、更低的费用和更好的服务质量。 流量1 = 程并不是个新鲜的名词，也不是特定于口网络的产物。在传统电 话蝴络中，早期的静态等级路由( s t a t i ch i e r a r c h i c a lr o u t i n g ) 在网络的灵活控制 和资源的有效利用方面存在很大的缺陷，动态路由( d y n a m i cr o u t i n g ) 的引入 增加了路由的灵活性，使恻络具有弹性，并且与静态等级路由相比减少全网呼损 1 0 到2 0 个百分点岬】。典型的动态路由是8 0 年代初引入到a t & t 电话网络中的 动态无级路由( d y n a m i cn o n h i e r a r c h i c a lr o u t i n g ) ，它基于时间相关 ( t i m e d e p e n d e n t ) 的信息如定期负载变化预先设定路由表，对不同的时间尺度 北京邮电大学舻十学位论文第一章绪论 ( 年、周、小时) 采用不同的路由计算方式。由此可见，流量工程技术大大提高 了电话网络的性能，适应了网络快速发展的需要。i p 网络的流量工程与电话网 络的流量工程有相似之处但又存在本质区别。邛网络本质上是一个无连接的包 交换网络，网络结构和流量特性等都与电话网络有很大差异，不能单纯将电话网 络中的成熟理论和工程技术直接应用于口网络。随着通信和网络技术的发展， i p 网络的流量工程是一个不断发展和演进的过程，从传统的路由核心网的流量 工程到基于i p a t m 重叠模型的流量工程，再到m p l s 流量工程f ”j ，它们在m 网络发展的不同时期发挥了各自的作用。随着i n t e m e t 流量的爆炸式增长和新应 用的不断涌现，未来的宽带i p 网络将是一个具有强大传送和交换能力、支持不 同q o s 需求和不同优先级的多种业务、具有高可靠性和灵活性的综合网络，针 对未来网络的特性和发展的需要，设计合理有效的流量工程解决方案，是人们关 注的焦点和重要的研究课题。 1 2 研究现状 i p 网络的流量工程一直得到学术界、网络运营商和设备制造商的广泛关注。 大型网络运营商如a t t 、法国电信( f r a n c et e l e c o m ) 等在流量工程方面投入 了大量的研究力量，并在实际运营网络中进行了卓有成效的试验。设备制造商如 c i s c o “】、j u n i p e r 。5 】以及国内的华为、中兴等纷纷提出了完整的流量工程解决方 案，并在其产品中增加了对流量工程的支持。在标准化工作方面，i e t f 的i n t e r n e t 流量工程工作组和m p l s 工作组针对流量工程的需求、路由、信令、保护和恢 复等制定了诸多标准和草案，其它工作组如i n t s e r v 工作组、d i f f s e r v 工作组、 资源分配协议工作组、i p 性能度量( i p p m ) 工作组、实时流测量( r t f m ) 工 作组等也提供了相应的支持。 下面我们简要介绍几个现在国际上与流量工程相关的项目。 ( 1 ) n e t s c o p e 。6 l n e t s c o p e 是a t & t 实验室开发的用于管理i p 骨干网性能的一整套软件工具， 其目的是将精确的拓扑、流量、路由模型与灵活的可视化界面综合起来，以在大 型i s p 网络中更好地支持流量工程。在n e t s c o p e 中，集成的数据模型为网络管 理员提供了配置信息、流量统计数据、路由模型的全局视图，并结合灵活的可视 化环境使得用户能离线考查新的网络配置而彳i 于扰实际运营网络：此外， n e t s c o p e 还支持网络优化和性能调试等功能。 ( 2 ) t e q u i l a ”1 t e q u i l a ( t r a f f i ce n g i n e e r i n gf o rq u a l i t yo fs e r v i c ei nt h ei n t e r n e t ，a tl a r g e 北京邮电大学博士学位论文第一章绪论 s c a l e ) 项目是由欧盟资助的i n f o r m a t i o ns o c i e t yt e c h n o l o g i e sp r o g r a m m e ( i s t ) 的一部分，由包括a l c a t e l 、f r a n c et e l e c o m 、g l o b a lc r o s s i n g 在内的多家公司参 与。t e q u i l a 项目旨在提出一个包括s l s 框架和流量工程策略在内的综合体系 结构，以在基于d i f t s e r v 的i n t e r a c t 中提供端到端的q o s 保证，主要关注以下方 面： 域内域间的静态动态s l s 的定义 支持s l s 协商、监控、实施的相关协议和策略 满足s l s 的域内和域间流量工程策略 ( 3 ) t e a m t “ t e a m ( t r a f f i ce n g i n e e r i n ga u t o m a t e dm a n a g e r ) 是美国g e o r g i ai n s t i t u t eo f t e c h n o l o g y 的宽带无线网络实验室( b w n l a b ) 基于其i pq o st e s t b c d 设计的流 量工程管理器。t e a m 由t r a f f i ce n g i n e e r i n gt o o l ( t e t ) 、s i m u l a t i o nt o o l ( s t ) 、 m e a s u r e m e n t p e r f o r m a n c ee v a l u a t i o nt o o l ( m p e t ) 三部分组成，t e t 和m p e t 将与d i f f s e r v m p l s 域中的路由器和交换机进行交互。m p e t 提供各种网络参数 的测量；1 1 t 根据m p e t 提交的测量数据进行t e 操作，完成带宽管理、路由管 理等任务；s t 将基于当前网络状态及t e t 的决策进行仿真阻验证网络性能。 ( 4 ) i n t e r m i p 【1 4 1 i n t e r m i p ( t r a f f i ce n g i n e e r i n ga n de v a l u a t i o no fm u l t i m e d i ai pn e t w o r k s ) 是 法国r n r t 的研究项目之一，旨在研究多业务网络中的流量工程的策略和协议。 i n t e r m i p 分为以下三个子项目： 流量的表征和服务类型的确定 提供q o s 的i p 网络中流量工程规则的定义和分析 评估和仿真平台的建立 ( 5 ) m e s c a l 1 1 o 】 m e s c a l ( m a n a g e m e n to f e n d t o - e n dq u a l i t yo fs e r v i c ea c r o s st h ei n t e m e ta t l a r g e ) 是欧盟资助的研究项目，其目标是提出i n t e m e t 域间q o s 的解决方案， 包括建立s l s 的协议和算法、基于增强b g p 的域间流量工程方案等。 1 3 论文研究思路和主要创新点 我们在仔细分析了现有i p 嘲络流量工程机制的前提下，针对现有方案的_ i 足和未来网络的发展需要，深入研究了流量工程中的路由问题、流量t 程与q o s 的结合问题、域间流量工程问题以及i po v e r 光网络中的流量工程问题。 流量工程的本质是灵活控制i p 流量穿越网络的路径以实现负载均衡( 1 0 a d 北京邮电大学博七学位论文第一章绪论 b a l a n c i n g ) 和资源的有效利用，因此路由问题是流量工程的核心。近几年提出的 基于约束的路由弥补了传统路由协议的缺陷，可使按需驱动的路由与基于拓扑驱 动的逐跳式路由共存于同一网络，并减少了人工对流量工程实现的干预，但它仅 是一个框架，还没有统一的标准【。“】。我们对q o s 路由问题进行了深入分析，并 总结和比较了目前常用的保证带宽约束的路由算法。考虑到流量工程合理分配网 络负载、减少网络拥塞的目标，我们对基于带宽约束的多路径路由问题进行了探 讨。 未来的口网络必须满足不同用户的q o s 要求，以提供快速可靠的多种业务。 i e t f 提出的支持d i f f s e r v 的流量工程( d s t e ) 2 l 结合了d i f f s e r v 良好的可扩 展性和m p l s 流量工程的有效路由策略，被认为是多业务网络中保证q o s 并优 化资源利用的较优解决方案。但目前i e t f 仅对d s t e 的实现要求、协议扩展等 作出了说明，还未提出任何针对d s t e 的实际的策略。我们对d s - t e 的路径选 择、接入控制、带宽分配和抢占等策略进行了深入研究，提出了合理的解决方案。 2 0 世纪9 0 年代，由于缺乏商业推动力以及可用的数据和成熟的工具，域间 流量工程机制并未引起人们足够的重视，但近几年，网络运营商开始认识到实施 域间流量工程的必要性与紧迫性，迫切需要一套行之有效的域间流量工程方法和 工具，来实现域间链路的负载均衡、减小域间开销、优化资源利用、满足端到端 的q o s 需求等多种优化目标。考虑到传统的基于b g p 的域间流量工程策略【。”】 仅是对域间流量流向的粗略控制，具有一定的局限性，因此我们采用系统化的方 法来解决域间流量工程问题。 由于光网络能提供巨大传送带宽和强大交换能力，i po v e r 光网络已成为未 来网络发展的必然趋势。如何对m 层和光传输层实施统一的管理和控制，以实 现网络资源的优化使用和网络性能的改善，是网络运营商迫切需要解决的问题， 多层网络的流量工程问题也随之成为人们研究的热点。我们在分析统一控制平面 技术g m p l s 1 - 1 4 l 的基础上，提出了多层网络流量工程框架。 上述流量工程问题都涉及到复杂的优化和控制问题，我们在进行分析时，首 先根据实际需求确定最优化目标，再建立适当的数学模型，并据此提出简单的启 发式算法，最后用仿真进行算法验证。这样将理论分析和算法实现紧密结合起来， 可以对流量工程问题进行全面系统的研究，并提出切实可行的解决方案。 本论文的主要创新点如下： ( 1 ) 深入分析