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NGI中智能容错QoS路由机制的研究与仿真实现

作 者: 蔡淑降
导 师: 王兴伟
学 校: 东北大学
专 业: 计算机软件与理论
关键词: 下一代互联网 智能容错 QoS路由 部分SRLG分离 模糊性
分类号: TP393.02
类 型: 硕士论文
年 份: 2008年
下 载: 13次
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内容摘要


计算机网络和通信技术的发展不断改变着人们工作和生活的方式。具有更大带宽、融合诸多类型有线和无线网络的下一代互联网NGI (Next Generation Internet)为人们提供了更灵活、更多样、更高服务质量QoS (Quality of Service)的网络服务。但是,NGI的异构性、移动性、不稳定性等又为提供可靠QoS带来困难,目前Internet中许多机制、协议需要重新考虑和设计。同时,现在社会对信息的依赖越来越强,但目前的通信网络设施,由于各种各样的原因,常表现出脆弱的一面,如何提高整个网络的容错性是NGI中需解决的问题。容错路由是解决这一问题的有效方法之一。本文重点研究单SRLG (Shared Risk Link Group,共享风险链路组)故障情况下的共享通路的预防式智能容错QoS路由机制。为了解决NGI中的智能容错QoS路由问题,本文分别选用了四种算法(了望算法、基于多Agent进化多目标优化算法、PSOSA混合优化算法、禁忌鱼群算法)进行求解,目的不仅仅是保证用户通信的QoS,还考虑到链路的不确定特性对容错QoS路由机制的影响。通过分析、比较和借鉴已有的容错路由机制及一些改进方法,将NGI中智能容错QoS路由机制划分为QoS需求、容错路由计算两个阶段。设计中考虑到了用户需求、网络参数的模糊性和不确定性、链路质量的动态特性。目标就是在满足用户端到端QoS约束的前提下,尽可能使用户端到端可靠度尽可能高,路径代价尽可能小,路径概率函数值尽可能高。为了提高连接请求的成功率,建立了部分SRLG分离的工作通道和备份通道,即当工作通道的可靠性如果满足用户要求,就没有必要建立备份通道,如果找不到满足可靠性要求的工作通道,那么问题就转化为SRLG分离约束下的动态共享通路保护。其中,针对组播容错路由时,以最小化组播树代价为目标,采用冗余树保护,分别建立了满足QoS的主树和备份树来达到容错的目的,当不能找到满足QoS的备份树时,需要与用户进行QoS协商。‘对于设计的NGI中智能容错QoS路由机制,为了验证其正确性和可行性,在NS2(Network Simulator 2)下对其进行了仿真实现和性能分析。结果表明,设计的智能容错QoS路由机制在模糊、不确定、动态的网络环境下,更好地保证了实际网络通信的QoS,在单SRLG故障情况下是可行和有效的。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-12
第一章 绪论  12-24
  1.1 NGI概述  12-15
    1.1.1 NGI的发展过程  12
    1.1.2 NGI的特征  12-14
    1.1.3 NGI面临的挑战及其发展趋势  14-15
  1.2 NGI中的QoS路由机制  15-17
    1.2.1 单播QoS路由机制  15-16
    1.2.2 组播QoS路由机制  16-17
    1.2.3 NGI对QoS的支持  17
  1.3 NGI中的容错机制  17-22
    1.3.1 预防式与反应式机制  17-18
    1.3.2 链路保护和通道保护  18
    1.3.3 专用通道保护与共享通道保护  18-19
    1.3.4 基于SRLG分离的通道保护  19-21
    1.3.5 组播容错策略  21-22
  1.4 课题来源  22-24
第二章 NGI中的容错QoS路由机制  24-28
  2.1 研究NGI中容错QoS路由的目的和必要性  24-25
  2.2 单播容错QOS路由研究现状  25
  2.3 组播容错QoS路由研究现状  25-28
第三章 NGI中容错QoS路由模型设计  28-36
  3.1 网络模型  28-29
  3.2 用户需求  29-30
    3.2.1 单播用户需求  29
    3.2.2 组播用户需求  29-30
  3.3 保护切换时间  30
  3.4 链路代价函数  30
  3.5 链路参数的概率模型及其路径概率函数  30-33
  3.6 区分可靠性容错方案  33-36
第四章 NGI中的智能容错QoS路由算法设计  36-60
  4.1 单播智能容错QoS路由算法  36-50
    4.1.1 数学模型  36-37
    4.1.2 主从路径好坏评判  37
    4.1.3 基于了望算法的单播容错路由算法  37-41
      4.1.3.1 解的表达  37-38
      4.1.3.2 适应度计算  38
      4.1.3.3 方体了望点产生策略  38-39
      4.1.3.4 了望算法的记忆机制  39
      4.1.3.5 局部问题构造与局部寻优算法  39
      4.1.3.6 核心算法  39-41
    4.1.4 基于多Agent进化多目标优化算法的单播容错路由算法  41-44
      4.1.4.1 解的表达  41
      4.1.4.2 进化  41
      4.1.4.3 能量  41-42
      4.1.4.4 小生境  42
      4.1.4.5 迁移  42
      4.1.4.6 核心算法  42-44
    4.1.5 基于PSOSA混合优化算法的单播容错路由算法  44-48
      4.1.5.1 模拟退火算法  44
      4.1.5.2 微粒群算法  44-45
      4.1.5.3 解的表达  45
      4.1.5.4 初始温度确定及退温操作  45
      4.1.5.5 粒子飞行速度定义  45
      4.1.5.6 粒子飞行速度更新和位置更新  45-46
      4.1.5.7 核心算法  46-48
    4.1.6 基于禁忌鱼群算法的单播容错路由算法  48-50
      4.1.6.1 解的表达  48
      4.1.6.2 两点禁忌寻优算子  48
      4.1.6.3 追寻历史最优鱼  48
      4.1.6.4 追尾  48-49
      4.1.6.5 聚群  49
      4.1.6.6 人工鱼的觅食行为  49
      4.1.6.7 核心算法  49-50
  4.2 组播智能容错QoS路由算法  50-60
    4.2.1 数学模型  50-51
    4.2.2 组播树好坏评判  51
    4.2.3 基于了望算法的组播容错路由算法  51-54
      4.2.3.1 解的表达  51-52
      4.2.3.2 适应度计算  52
      4.2.3.3 核心算法  52-54
    4.2.4 基于多Agent进化多目标优化算法的组播容错路由算法  54-55
      4.2.4.1 解的表达  54
      4.2.4.2 适应度计算  54
      4.2.4.3 核心算法  54-55
    4.2.5 基于PSOSA混合优化算法的组播容错路由算法  55-57
      4.2.5.1 解的表达  55
      4.2.5.2 初始温度确定及退温操作  55
      4.2.5.3 粒子飞行速度定义  55
      4.2.5.4 粒子飞行速度更新和位置更新  55
      4.2.5.5 核心算法  55-57
    4.2.6 基于禁忌鱼群算法的组播容错路由算法  57-60
      4.2.6.1 解的表达  57
      4.2.6.2 适应度计算  57
      4.2.6.3 核心算法  57-60
第五章 仿真实现与性能评价  60-84
  5.1 仿真环境  60-67
    5.1.1 NS2简介  60-61
    5.1.2 NS2总体结构  61-64
    5.1.3 基于NS2进行仿真的方法和一般过程  64-67
  5.2 容错路由算法的仿真实现  67-73
    5.2.1 NS2仿真实现  67-69
      5.2.1.1 后台程序模块设计  67-68
      5.2.1.2 前台程序模块设计  68-69
      5.2.1.3 对NS2基本模块的修改  69
    5.2.2 仿真拓扑用例  69
    5.2.3 仿真运行用例  69-71
    5.2.4 仿真运行用例  71-73
  5.3 性能评价  73-84
    5.3.1 单播容错路由机制评价  73-78
      5.3.1.1 评价基准算法  73
      5.3.1.2 链路的动态、不精确特性对算法性能的影响  73-74
      5.3.1.3 网络规模对算法性能的影响  74-75
      5.3.1.4 保护切换时间  75-76
      5.3.1.5 阻塞率  76
      5.3.1.6 资源利用率  76-78
      5.3.1.7 故障恢复率  78
    5.3.2 组播容错路由机制评价  78-84
      5.3.2.1 评价基准算法  78
      5.3.2.2 链路的动态、不精确特性对算法性能的影响  78-79
      5.3.2.3 网络规模对算法性能的影响  79-80
      5.3.2.4 保护切换时间  80-81
      5.3.2.5 阻塞率  81-82
      5.3.2.6 资源利用率  82
      5.3.2.7 故障恢复率  82-84
第六章 结束语  84-86
参考文献  86-90
致谢  90-92
攻读硕士期间发表的论文  92

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 计算机的应用 > 计算机网络 > 一般性问题 > 计算机网络结构与设计
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