服务覆盖网络下基于Wardrop均衡的流量工程

摘要

随着Internet的发展,人们对网络服务质量要求越来越高.而传统IP网络的体系结构不支持网络资源利用的调节能力,虽然IETF在网络服务QoS方面作出了一系列的努力,比如IntServ、DiffServ等,但是结果仍不尽人意.在这种情况下,流量工程的引入有着重要的意义.所谓流量工程(Traffic Engineering)是一种将数据流映射到实际物理链路上,且可以优化网络资源以实现特定应用服务性能要求的、具有宏观调节和微观控制能力的网络工程技术.利用流量工程技术可以在面向网络和面向应用两方面进行最优平衡点的控制,即在提高网络资源利用率的同时,改进特定应用服务或特定用户的QoS需求.流量工程的主要功能是负载平衡和网络恢复.
　　服务覆盖网络(Service overlay network)是一种建立在现有的基础设施网络之上的、由第三方经营的Overlay网络,主要目的是为向终端用户提供QoS保证和提高QoS敏感应用(比如VoIP,实时视频等)的支持.在过去几年里,服务覆盖网络获得了极大的关注,针对SON的研究比如网络拓扑设计、路由性能、可信赖性模型、路由层互联等也得到了快速发展.QoS路由问题一直是研究的重点,博弈论的引入为Overlay网络提供了新的方向.Wardrop理论最初是运用在交通路网研究中,并产生了深远的影响,在公路规划、交通流量分配等领域有重要应用.近年来,通信网络研究开始关注这一领域,希望 Wardrop理论能开拓出一个新的方向.事实证明,Wardrop模型对通信网络有着良好的适应性,并在基础网络中有着重要的创新研究。
　　本文首先综述了服务覆盖网络产生的背景及其研究现状,分析了覆盖网络研究遇到的问题和难点;然后介绍了服务覆盖网络中的QoS路由机制和Wardrop均衡理论,重点分析了Wardrop均衡理论在通信网络中的应用,给出了UE(User Equilibrium)和SO(System Optimization)模型.进一步结合流量工程下路由博弈的概念,给出了多用户多路径条件下的Wardrop模型.在路由博弈模型研究基础上,提出了一种SON下的基于Wardrop均衡理论的路由算法.该算法在保证用户QoS需求,满足用户服务质量前提下,兼顾系统负载均衡,提高了网络资源利用率,具有较高的理论和实用价值.
　　本文通过对拥塞博弈和瓶颈博弈两种模型的Wardrop均衡条件和最优社会成本函数SC(opt)的对比分析,从链路阻抗函数入手,分析了多用户多路径情形下的路由博弈模型,并且给出了Wardrop均衡下的调和率,从而证明论文给出的阻抗函数满足系统性能的要求.文章通过对IP网络环境中路由策略的分析结合CNLS无参阻抗函数模型,提出了一种自适应权值转换路由算法,即MMARA路由算法.该算法一方面保证了用户QoS需求,一方面满足系统流量均衡的要求,最大化SON服务提供商利益,总体上提高了网络服务质量.论文在基于NS2的网络模拟环境中论证了MMARA路由算法的可靠性,实验数据表明,在网络负载能力上MMARA路由算法性能有较大的改进,并且满足了系统均衡的要求.

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第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 覆盖网络的应用

1.3 服务覆盖网络概述

1.4 本文的创新及其结构安排

1.5 本章小结

第二章 QoS与Wardrop均衡

2.1 QoS概述

2.2 博弈论

2.3 本章小结

第三章 流量工程下的路由博弈研究

3.1 SON网络描述

3.2 拥塞博弈与瓶颈博弈

3.3 多用户多路径下的路由博弈

3.4 模拟实验

3.5 本章小结

第四章 基于Wardrop均衡的多用户多路径自适应路由算法

4.1 博弈论及其模型分析

4.2 CNLS无参阻抗函数模型

4.3 IP网络中的Wardrop路由

4.4 自适应权值算法

4.5 算法流程

4.6 模拟实验

4.7 本章小结

第五章 总结及其展望

5.1 本文的主要工作

5.2 进一步研究

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及参与的科研项目

致谢