计算机网络中的路由与性能优化

摘要

随着数据业务以及多媒体应用的发展，互联网上的IP流量急剧增长，如今的互联网已经不能通过尽力服务满足各种各样IP服务的需要，提供服务质量势在必行.作为下一代互联网络的关键技术，实现服务质量保证和高性能网络交换受到了广泛重视.近年来针对不同种类的网络结构和连接请求，人们提出了多种有效的路由与性能优化方法. 本论文主要研究了服务质量(QualityofService，QoS)路由问题和波分复用(WavelengthDivisionMultiplexing，WDM)光网络路由与波长分配问题，主要工作如下： 1.针对高速网络中QoS单播路由问题，提出了三种有效的问题求解算法：基于K最优路径的QoS路由优化算法、基于进化计算的QoS路由优化算法和基于实验分析的多约束路由选择算法.通过计算机仿真，分别将以上算法与其同类算法进行了性能比较.仿真结果表明以上算法在求解此问题时是可行的，并具优于其它同类算法. 2.针对多媒体通信中的可靠多播路由问题，提出了一种基于可靠性检验的、能够满足不同可靠性要求的可靠多播路由优化算法.该算法针对一棵给定的、未考虑可靠性的初始多播树，分别计算源节点到每个多播节点路径上的可靠性，如果该可靠性不能满足相应的可靠性要求，则修改或改变多播树中源节点到此多播节点的路径，使其满足相应的可靠性要求. 3.针对网状网络和网络节点功能不同的光网络路由和波长分配问题，提出了一种基于节点功能的多波长光网络分布式路由与波长分配算法.该算法中引入了波长等价弧和等价网络等概念，建立了具有节点功能区分的WDM多波长光网络模型.此外，从理论上证明了算法的可行性和最优性. 4.研究了不同网络状态下具有负载均衡能力的路由选择和波长分配问题.提出了两种基于链路状态分级的路由与波长分配算法，分别为链路等级优先的动态路由与波长分配算法(LFLSDRAW)和满足等级要求的动态路由与波长分配算法(RLSDRAW)算法.与其它算法相比，以上算法具有较强的负载均衡能力，可以有效降低网络的拥塞概率，具有一定的优越性. 5.针对WDM光网络性能优化问题，从系统学和经济学的角度出发，分析了光网络拓扑设计、路由选择、波长分配分别对光网络性能的影响.光网络性能不仅取决于路由选择与波长分配算法，而且取决于光网络拓扑设计，本文指出在进行光网络性能优化过程中，以网络拓扑设计作为性能优化的基础，结合路由与波长分配算法、网络服务和市场价格等因素，建立了一种WDM光网络性能优化的数学模型，并给出了WDM光网络性能分析与优化的交互式仿真过程.

目录

文摘

英文文摘

创新性声明和关于论文使用授权的说明

第一章绪论

§1.1研究背景与现状

§1.1.1计算机网络技术的发展

§1.1.2路由器技术

§1.1.3路由算法

§1.2服务质量路由问题及其研究现状

§1.2.1服务质量路由

§1.2.2服务质量路由问题的研究现状

§1.3路由与波长分配问题及其研究现状

§1.3.1路由与波长分配

§1.3.2路由与波长分配问题的研究现状

§1.4预备知识

§1.4.1网络及资源的数学表示

§1.4.2网络拓扑模拟

§1.5本文的主要工作与内容安排

第二章QoS单播路由算法

§2.1引言

§2.1.1问题概述

§2.1.2数学模型

§2.2基于K最优路径的QoS路由预计算算法

§2.2.1 MKPPA算法

§2.2.2改进的MKPPA算法-M_MKPPA

§2.2.3精确链路状态信息下的QoS路由性能评价

§2.2.4不精确链路状态信息下的QoS路由性能评价

§2.3基于进化计算的QoS单播路由算法

§2.3.1编码

§2.3.2初始种群

§2.3.3适应度函数

§2.3.4交叉算子

§2.3.5变异算子

§2.3.6选择方法

§2.3.7算法QoS_EA

§2.3.8相关证明

§2.3.9精确链路状态信息下的QoS路由性能评价

§2.3.10非精确网络链路信息下的路由计算成功率

§2.3.11算法运行时间

§2.4基于实验分析的多约束路由选择算法

§2.4.1基于计算机仿真实验的约束分析方法

§2.4.2基于实验分析的多约束路由选择算法-MCPBEA

§2.5小结

第三章QoS组播路由算法

§3.1引言

§3.1.1概述

§3.1.2数学模型

§3.2可靠性模型

§3.2.1可靠性改进策略

§3.2.2可靠性计算模型

§3.2.3可靠性分配模型

§3.2.4可靠性改进模型

§3.3满足可靠性的多播路由优化模型及其求解算法

§3.3.1满足可靠性要求的多播路由优化模型

§3.3.2基于可靠性检验的可靠多播路由算法-RMCRA算法

§3.4算法分析及算例

§3.4.1正确性分析

§3.4.2复杂性分析

§3.4.3算例验证

§3.5小结

第四章 WDM光网络中的路由与波长分配算法

§4.1引言

§4.1.1概述

§4.1.2波长路由光网络

§4.2基于等价网络的RWA算法

§4.2.1问题描述

§4.2.2模型建立

§4.2.3等价网络的建立

§4.2.4单播路由与波长分配

§4.2.5多播路由与波长分配

§4.2.6单播路由与波长分配算法——UCRWA算法

§4.2.7多播路由与波长分配算法——MCRWA算法

§4.2.8基于等价网络的RWA算例

§4.2.9算法分析

§4.3 WDM光传送网中基于链路状态等级的动态RWA算法

§4.3.1问题描述及数学模型

§4.3.2等级优先的路由与波长分配算法——LFLSDRAW

§4.3.3满足等级要求的路由与波长分配算法——RLSDRAW

§4.3.4正确性分析

§4.3.5复杂性分析

§4.3.6仿真结果

§4.4路由与波长分配算——Tradeoff_LSDRWA

§4.4.1算法思想

§4.4.2 Tradeoff_LSDRWA算法

§4.4.3算例仿真

§4.5小结

第五章 系统仿真技术在WDM光网络性能分析与优化中的应用

§5.1引言

§5.1.1概述

§5.1.2光通信网络系统仿真

§5.2交互式仿真在光网络性能分析中的应用

§5.2.1 WDM光网络拓扑设计

§5.2.2 RWA问题模型

§5.2.3网络性能分析与优化模型

§5.2.4人机交互的光网络性能分析与仿真系统设计与实现

§5.3 WDM光网络仿真系统的数学建模与设计

§5.3.1系统建模

§5.3.2 WDM光网络通信链路资源的建立

§5.3.3 WDM光网络路由选择与波长分配

§5.3.4系统的功能需求

§5.3.5仿真系统工作流程

§5.4小结

结束语

致谢

参考文献

在读期间撰写的部分论文

在读期间参加的科研项目