IP網(wǎng)流量均衡及優(yōu)化算法研究.pdf

1、傳統(tǒng)的“最短路徑優(yōu)先”IP路由算法不能對(duì)流量進(jìn)行合理的分配，隨著Internet流量的增長(zhǎng)，有可能在網(wǎng)絡(luò)的某一區(qū)域出現(xiàn)擁塞而同時(shí)在另一區(qū)域帶寬未能充分利用，從而造成資源浪費(fèi)和用戶服務(wù)質(zhì)量(QoS：QualityofService)的下降?，F(xiàn)有QoS路由算法可以在一定程度上彌補(bǔ)這一缺陷，但是大多數(shù)QoS路由算法不能從全局的角度出發(fā)優(yōu)化流量分配，因此很難衡量網(wǎng)絡(luò)資源在某個(gè)程度上得到合理利用。流量工程的引入正是針對(duì)這一問題。基于網(wǎng)絡(luò)測(cè)量的結(jié)果

2、，流量工程根據(jù)某一優(yōu)化準(zhǔn)則在全網(wǎng)分配用戶流量，從而實(shí)現(xiàn)資源效益的最大化。流量工程主要通過兩種方式實(shí)現(xiàn)，一種在網(wǎng)絡(luò)邊緣建立顯式路徑，繞過發(fā)生擁塞的區(qū)域，如MPLS協(xié)議。另一種是根據(jù)某一準(zhǔn)則確定連接權(quán)值，再利用傳統(tǒng)的“最短路徑優(yōu)先”路由算法。后一種方法對(duì)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的硬件改動(dòng)小，實(shí)現(xiàn)容易并且成本很低，近幾年來引起研究者和工程人員的注意。本文主要在這方面開展研究，主要工作如下。 1.流量?jī)?yōu)化的一個(gè)常用準(zhǔn)則是最小化最大連接利用率?，F(xiàn)有算法為

3、了避免多余流量實(shí)際上最小化最大連接利用率和總流量的加權(quán)和，不能保證最優(yōu)的連接利用率。本文把現(xiàn)有算法分為兩個(gè)步驟，首先在不限制總流量下最小化最大連接利用率，然后在限制最大連接利用率下最小化總流量，并推導(dǎo)出相應(yīng)的權(quán)值配置方法。仿真結(jié)果顯示本文改進(jìn)算法在適中的總流量下保證最小的最大連接利用率。以此為基礎(chǔ)，提出一種改進(jìn)的“最短路徑優(yōu)先”路由算法，在動(dòng)態(tài)需求下限制權(quán)值修改的數(shù)量。 2.現(xiàn)有研究普遍把流量工程問題建模為一個(gè)單目標(biāo)的線性規(guī)劃問

4、題。實(shí)際中流量工程可能是多目標(biāo)的并且目標(biāo)函數(shù)不一定是線性，因此更實(shí)用的流量工程問題可能是多目標(biāo)的非線性規(guī)劃問題，難以用常規(guī)方法求解。本文考慮遺傳算法的應(yīng)用，設(shè)計(jì)一個(gè)遺傳算法求解兩個(gè)目標(biāo)函數(shù)的流量工程問題，并針對(duì)大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)求解收斂速度慢的特點(diǎn)提出一種改進(jìn)的初始化方法，仿真結(jié)果驗(yàn)證了算法的有效性。 3.IPTV被認(rèn)為是未來IP網(wǎng)最重要的應(yīng)用之一，其最大的特點(diǎn)是流量大，因此有必要單獨(dú)研究IPTV系統(tǒng)的流量均衡問題。本文通過服務(wù)器放置和

5、內(nèi)容分發(fā)研究IPTV系統(tǒng)的流量均衡問題。首先考慮一般性網(wǎng)絡(luò)中的流量均衡問題，指出這是個(gè)非線性規(guī)劃問題，實(shí)現(xiàn)難度大。當(dāng)IPTV系統(tǒng)只服務(wù)某一特定區(qū)域時(shí)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇煽闯墒菢湫徒Y(jié)構(gòu)。 本文進(jìn)一步考察樹型網(wǎng)絡(luò)中的IPTV系統(tǒng)流量均衡問題。指出這時(shí)的流量均衡問題是個(gè)線性規(guī)劃問題，并給出實(shí)用的求解算法。 4.提出一種結(jié)合流量工程的QoS體系架構(gòu)，該架構(gòu)結(jié)合InterServ模型和DiffServ模型的優(yōu)點(diǎn)。在傳統(tǒng)IP網(wǎng)的基礎(chǔ)上，增加Q