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OSPF协议的QoS扩展及算法研究

作　者: 王凤琳
导　师: 王卫亚
学　校: 长安大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 服务质量路由(QoSR) 开放式最短路径优先(OSPF) 遗传-蚁群融合算法 OSPF-QoSR OPNET仿真
分类号: TP393.01
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

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。论文分析了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,求得多约束QoSR问题的最优解。为了实现OSPF协议上的QoSR扩展,论文还详细探讨了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。论文提出了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。论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。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
第一章绪论  10-16
  1.1 课题研究的背景和意义  10-11
  1.2 QOS 路由机制及OSPF 协议研究现状  11-14
    1.2.1 QoS 路由研究现状  11-12
    1.2.2 OSPF 协议研究现状  12-14
  1.3 课题研究内容  14-16
    1.3.1 研究内容  14
    1.3.2 技术难点  14-15
    1.3.3 创新点  15-16
第二章多约束单播QOS 路由机制分析  16-28
  2.1 QoS 路由相关问题  16-17
    2.1.1 资源预留  16
    2.1.2 接纳控制与QoS 协商  16
    2.1.3 流量工程  16
    2.1.4 MPLS  16-17
    2.1.5 IntServ  17
    2.1.6 DiffServ  17
  2.2 QOSR 算法基础  17-20
    2.2.1 网络模型与QoS 度量  17-19
    2.2.2 多约束优化与NPC  19-20
  2.3 多约束单播QOSR 算法分析  20-25
    2.3.1 多项式非启发类  20-21
    2.3.2 伪多项式非启发类  21-22
    2.3.3 限定QoS 度量  22-23
    2.3.4 路径子空间搜索  23-24
    2.3.5 花费函数  24-25
  2.4 算法小结  25-27
    2.4.1 算法比较及存在问题分析  25-26
    2.4.2 算法有效性分析  26-27
  2.5 本章小结  27-28
第三章遗传-蚁群融合算法  28-41
  3.1 遗传算法及其特点分析  28-30
    3.1.1 遗传算法概述  28-29
    3.1.2 遗传算法特点分析  29-30
  3.2 蚁群算法及其特点分析  30-32
    3.2.1 蚁群算法概述  30-31
    3.2.2 蚁群算法特点分析  31-32
  3.3 基于遗传算法和蚁群算法的融合算法  32-39
    3.3.1 算法思想  32-33
    3.3.2 算法描述  33-37
    3.3.3 算法实例  37-39
  3.4 本章小结  39-41
第四章开放式最短路径优先（OSPF）协议  41-52
  4.1 OSPF 网络拓扑结构  41-43
  4.2 OSPF 工作原理  43-50
    4.2.1 建立邻接关系  43-47
    4.2.2 链路状态数据库  47-49
    4.2.3 泛洪过程  49-50
  4.3 链路状态路由算法  50-51
  4.4 本章小结  51-52
第五章融合算法OSPF-QOSR 的实现  52-61
  5.1 OSPF 协议上的QOS 扩展  52-53
    5.1.1 扩展前提  52-53
    5.1.2 QoS 路由表  53
  5.2 实现过程  53-60
    5.2.1 改进的OSPF 报文  53-56
    5.2.2 基于融合算法的OSPF-QoSR  56-60
  5.3 本章小结  60-61
第六章 OPNET 仿真环境介绍及仿真结果分析  61-70
  6.1 OPNET 概述  61-63
    6.1.1 OPNET 简介  61
    6.1.2 OPNET 工作流程  61-63
  6.2 OPNET 网络建模  63-64
    6.2.1 建模过程  63-64
    6.2.2 仿真过程  64
  6.3 仿真实验及结果分析  64-68
    6.3.1 实验环境  64-65
    6.3.2 构造网络模型并配置网络参数  65-67
    6.3.3 仿真结果比较分析  67-68
  6.4 本章小结  68-70
结论与展望  70-72
参考文献  72-76
攻读学位期间取得的研究成果  76-77
致谢  77

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