IP QoS中主動(dòng)隊(duì)列管理和組播路由算法研究.pdf

1、信息時(shí)代的來臨已經(jīng)使Internet已成為一個(gè)重要的和無處不在的基礎(chǔ)設(shè)施，與此同時(shí)，隨著分布式多媒體應(yīng)用需求的不斷增長，以及Internet上商業(yè)化應(yīng)用的飛速發(fā)展，對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能和服務(wù)質(zhì)量提出了更高的要求。但是“盡力而為”服務(wù)仍是日前Internet中主要的一種服務(wù)類別，所有分組在網(wǎng)絡(luò)中被同等對(duì)待，缺少有效的管理，局部的擁塞經(jīng)常發(fā)生，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)性能下降、應(yīng)用的分組丟失和數(shù)據(jù)抖動(dòng)。如何提高IP網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量(QoS)，已經(jīng)成為眾多國際組織、網(wǎng)絡(luò)

2、設(shè)備制造商和業(yè)務(wù)提供者研究和應(yīng)用開發(fā)焦點(diǎn)問題。而主動(dòng)隊(duì)列管理機(jī)制是實(shí)現(xiàn)服務(wù)質(zhì)量的基礎(chǔ)，QoS組播路由是實(shí)現(xiàn)服務(wù)質(zhì)量的重要手段，目前這兩方面的研究己成為IP網(wǎng)絡(luò)研究領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)。 本文的研究工作主要集中在主動(dòng)隊(duì)列管理(AQM)算法和基于QoS組播算法的研究上。提出了幾個(gè)改進(jìn)的主動(dòng)隊(duì)列管理算法和有效、實(shí)用的QoS組播路由算法。取得的主要成果如下： (1)提出了一種能動(dòng)態(tài)調(diào)整參數(shù)的隨機(jī)早期檢測(cè)算法DRED，一方面，通過主動(dòng)丟

3、包率來調(diào)整Maxp的值，調(diào)整對(duì)擁塞的控制力度，使算法更能適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的變化，保持較高的效率；另一方面，使丟包率以相對(duì)隊(duì)列長度的二次方進(jìn)行調(diào)整，使丟包率對(duì)隊(duì)列的長度更加敏感，使隊(duì)列更加穩(wěn)定，盡量減少強(qiáng)制丟包。實(shí)驗(yàn)表明DRED算法降低了丟包率，提高了傳統(tǒng)RED算法的網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)性和鏈路利用率。 (2)提出了一種精確度加強(qiáng)的主動(dòng)隊(duì)列管理算法BLUE+，該算法根據(jù)平均隊(duì)列長度，對(duì)BLUE算法的步長參數(shù)detin、detde進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，并且

4、依據(jù)TCP友好公式中丟包率與連接數(shù)之間的關(guān)系，調(diào)整Pmark值。此外在隊(duì)列長度減少時(shí)候提高算法的刷新速度，避免了大量丟包。在此基礎(chǔ)上，研究了在區(qū)分服務(wù)環(huán)境下基于BLUE+的TCP擁塞控制方法。仿真表明：在TCP連接數(shù)突變的情況下，BLUE+精確度加強(qiáng)算法的性能明顯要好于BLUE算法，并且能提高吞吐率，降低丟包率。在區(qū)分服務(wù)環(huán)境下能有效地工作。仿真實(shí)驗(yàn)表明，BLUE+是一種穩(wěn)定、有效的隊(duì)列管理算法。 (3)針對(duì)多維QoS約束的組播

5、路由問題，提出了一種基于遺傳算法的解決方案QCMRA-GA。該算法對(duì)經(jīng)典遺傳算法的三大算子進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，有效地克服了遺傳算法的早熟現(xiàn)象。對(duì)染色體進(jìn)行Prufer樹型編碼，可以避免回路的產(chǎn)生，并根據(jù)編碼特性，進(jìn)行基于葉子節(jié)點(diǎn)和Steiner節(jié)點(diǎn)的解空間壓縮，提高了算法的收斂速度。實(shí)驗(yàn)表明QCMRA-GA的正確性和效率性。 (4)針對(duì)多QoS約束的組播路由問題，借鑒改進(jìn)的蟻群系統(tǒng)，提出了一種新的QoS組播路由算法QCMR-ACS。

6、QCMR-ACS通過構(gòu)建確定性選路概率函數(shù)和基于Prufer編碼的變異操作，加速算法的收斂速度；對(duì)信息素實(shí)行多個(gè)獨(dú)立QoS約束的懲罰性更新策略，使算法滿足用戶的QoS要求；考慮到網(wǎng)絡(luò)實(shí)際應(yīng)用，算法設(shè)計(jì)中引進(jìn)了基于鏈路利用率的負(fù)載均衡和擁塞規(guī)避重路由策略，提高算法的魯棒性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明QCMR-ACS是一種正確、有效的QoS組播路由算法。 (5)針對(duì)QoS約束多播路由問題，利用螞蟻算法的本質(zhì)并行性，提出了一種基于蟻群系統(tǒng)的分布式Q