OSPF协议的QoS扩展及算法研究

摘要

传统Internet仅提供“尽力而为”的数据报发送服务，面对网络上日益增长的多媒体应用，现有路由机制已经逐渐不能满足新的需求。如何实现路由协议的扩展，使其提供有效的服务质量路由(QoSR)，是现代网络必须考虑和值得研究的问题。 本文研究了开放式最短路径优先(OSPF)协议工作机制，实现了基于遗传-蚁群融合算法的OSPF协议上的QoS扩展。 本文首先分析了QoS路由机制研究现状，详细讨论了现有各种QoSR算法及其存在的问题，将遗传.蚁群融合算法应用于解决多约束QoSR。该算法以基本遗传算法和蚁群算法为基础，克服各自缺陷，通过二者的“融合”--即以遗传算法所得优化解初始化蚁群算法的信息素值，循环迭代，从而求得多约束QoSR问题的最优解。 为了实现OSPF协议上的QoSR扩展，还详细探讨了OSPF协议的工作过程及其使用的路由算法。作为一种典型的链路状态协议，OSPF基于DijkStra算法，但是该算法要求以某一固定的链路状态信息来计算，这就使得当前的OSPF协议不支持多约束QoSR机制，本文的任务就是实现OSPF-QoSR。 本文提出了OSPF-QoSR的具体实施方案，其基本思路是在对当前OSPF协议报文格式和工作机制做最小改动的前提下，最大程度地支持多约束QoSR，实现基于遗传-蚁群融合算法的OSPF-QoSR。本文路由算法是控制在一个自治域(AS)范围内的OSPF网络中，使用分布式路由策略，采用预先计算的方式，扩展OSPF报文格式使其包含网络资源信息，改进LSA发送机制，利用融合算法进行最优路径选择。 本文最后利用网络仿真软件OPNET构造了一个支持QoS的OSPF网络，模拟仿真实现本文所提出的基于融合算法的OSPF-QoSR机制，并将其在某些网络性能上与RFC2676所推荐的扩展：Bellman-Ford算法进行比较，说明本文算法是可行的、有一定优越性的，为今后大型OSPF网络中多约束QoSR机制的研究提供了新的思路，并指出了下一步研究的工作方向和重点。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1课题研究的背景和意义

1.2 QoS路由机制及OSPF协议研究现状

1.2.1 QoS路由研究现状

1.2.2 OSPF协议研究现状

1.3课题研究内容

1.3.1研究内容

1.3.2技术难点

1.3.3创新点

第二章多约束单播QoS路由机制分析

2.1 QoS路由相关问题

2.1.1资源预留

2.1.2接纳控制与QoS协商

2.1.3流量工程

2.1.4 MPLS

2.1.5 IntServ

2.1.6 DiffServ

2.2 QoSR算法基础

2.2.1网络模型与QoS度量

2.2.2多约束优化与NPC

2.3 多约束单播QoSR算法分析

2.3.1多项式非启发类

2.3.2伪多项式非启发类

2.3.3限定QoS度量

2.3.4路径子空间搜索

2.3.5花费函数

2.4算法小结

2.4.1算法比较及存在问题分析

2.4.2算法有效性分析

2.5本章小结

第三章遗传-蚁群融合算法

3.1 遗传算法及其特点分析

3.1.1遗传算法概述

3.1.2遗传算法特点分析

3.2蚁群算法及其特点分析

3.2.1蚁群算法概述

3.2.2蚁群算法特点分析

3.3基于遗传算法和蚁群算法的融合算法

3.3.1算法思想

3.3.2算法描述

3.3.3算法实例

3.4本章小结

第四章开放式最短路径优先(OSPF)协议

4.1 OSPF网络拓扑结构

4.2 OSPF工作原理

4.2.1建立邻接关系

4.2.2链路状态数据库

4.2.3泛洪过程

4.3链路状态路由算法

4.4本章小结

第五章融合算法OSPF-QoSR的实现

5.1 OSPF协议上的QoS扩展

5.1.1扩展前提

5.1.2 QoS路由表

5.2实现过程

5.2.1改进的OSPF报文

5.2.2基于融合算法的OSPF-QoSR

5.3本章小结

第六章OPNET仿真环境介绍及仿真结果分析

6.1 OPNET概述

6.1.1 OPNET简介

6.1.2 OPNET工作流程

6.2 OPNET网络建模

6.2.1建模过程

6.2.2仿真过程

6.3仿真实验及结果分析

6.3.1实验环境

6.3.2构造网络模型并配置网络参数

6.3.3仿真结果比较分析

6.4本章小结

结论与展望

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

致谢