高速通信网络路由算法优化研究.pdf

华南理工大学博士学位论文高速通信网络路由算法优化研究姓名：刘永广申请学位级别：博士专业：通信与信息系统指导教师：叶梧20080401摘要路由选择协议是有线和无线网络运行所需要的一个基本组成部分，随着微处理器计算能力的提高，使得基于I P 的互联网需求，无论是在总量还是在服务类型方面，都正在增长，这种业务的增长对路由算法提出了更高的要求。路由算法不再仅仅满足于找到一条从源端到达目的端的最短路径，而是承载了更多的要求。主要表现在如何提供更好的Q o S 保障，也就是如何提高网络的吞吐量、有效的改善网络性能和使得网络资源得到更好的利用。因此，对于路由算法的研究正从简单寻路向优化寻路转变。基于以上的认识，本文选择了几个领域的路由算法和应用进行了研究，具体研究内容与创新成果如下：1 介绍和分析了当前高速通信网络中路由算法研究的热点和存在的问题。对当前高速通信网络路由算法研究的热点领域进行了阐述，主要分析了M P L S 网络的路由算法、A dh o c 网络的多路径路由算法、特定结构的M e s h 网络路由算法以及多约束路由算法，对这些算法中存在的问题进行了分析。2 创建了用于分析流媒体网络性能的信道阻力概念和模型。高速通信网络中基于流的应用为网络性能提高起到关键作用。但是，对在流状态下的网路负载均衡度量却很少有研究。本文把流体传输模型引入到对信息流的研究中来，首次建立了信道阻力和信道阻力系数的概念，用网络信道阻力的分布来评估网络中负载的分布状况。在此基础上，建立了信道阻力的计算方法，分析并推导了路径信道阻力满足的计算关系式。并基于该关系式阐述了信道阻力的物理意义。对信道阻力模型的应用进行了说明。3 基于信道阻力模型，提出了一种M P L S 网络最小干扰选路算法。相比较以前大部分相关研究中采用的网络最大流方法，以信道阻力为标准的最小干扰算法，可以考虑网络链路的各项参数的影响，使L S P 的分布更能根据链路的综合特性避免干扰。算法以各个链路的信道阻力作为路径间干扰的度量标准，对这种求解方法的正确性进行了证明，并给出了整个通信网信道阻力的求解方法。4 基于信道阻力模型，提出了一种A dh o c 网络多路径路由算法。从网络的信道阻力方面对多路径路由算法进行了研究，提出了基于信道阻力的多路径流量分配方法。并在此基础上设计了一种基于链路状态的源选路由协议，协议中设计了新的链路状态参数采集和计算方法。仿真结果表明，综合考虑了各个链路状态的基于信道阻力的路由算法使得网络资源分配更均衡。5 提出了一种基于蚂蚁算法的无线M e s h 网公平路由算法。无线M e s h 网的集中式网络控制结构，由位于有线网中的控制中心监测M e s h 网拓扑变化和用户的性能需求，并计算从无线路由器到网关的路径。根据这一结构，提出了一种基于蚂蚁算法的带宽公平分配路由算法。该算法可以通过平衡流量负载，最大化网络利用率，并对每用户提供公平的带宽分配服务。仿真表明，该算法的结果非常接近理论最优解。6 提出了一种满足多约束的Q o S 路由算法。满足多个约束的Q o S 路由问题已经被证明是N P 完全问题，在分析了多种路由算法的基础上，设计了一种高效的多约束路由算法。该算法采用了非线性路径长度计算方法，为提高算法的成功率，在节点的松弛过程中设计了节点动态路径长度计算，允许节点做多次松弛。为提高算法的执行效率，在节点正向松弛和反向估计过程中引入了受控路径的思想，使算法得到了优化。大量仿真表明，该算法在最短路径获取和路由发现成功率方面都有高效的表现。关键词：信道阻力；M P L S；最小干扰选路；多路径路由；M e s h 网公平路由；多约束A b s t r a c tR o u t i n gp r o t o c o li saf u n d a m e n t a lp a r tf o rw i r eo rw i r e l e s sn e t w o r k s W i t ht h ei m p r o v e m e n to fm i c r o p r o c e s s o rp e r f o r m a n c e，t h ed e m a n d sf o rI n t e r n e tb a s e do nI Pi n c r e a s eq u i c k l yw h e t h e ri ns e r v i c et y p eo rt o t a la m o u n t，w h i c hi nr u mh a sah i g h e rd e m a n df o rr o u t i n ga l g o r i t h m s T h eg o a lo fr o u t i n gp r o t o c o li sn o to n l yt of i n dap a t hf r o ms o u r c et od e s t i n a t i o n,b u tb u r d e nt o om u c hr e q u i r e m e n t s，s u c ha sh o wt op r o v i d eb e t t e rQ o Sg u a r a n t e e，t h a ti sh o wt oi m p r o v en e t w o r kt h r o u g h p u t，p e r f o r m a n c ea n dr e s o u r c eu t i l i z a t i o n T h er e s e a r c ho nr o u t i n ga l g o r i t h mi sc h a n g e df r o ms i m p l er o u t i n gt oo p t i m a lr o u t i n g B a s e do na b o v er e a s o n,r o u t i n ga l g o r i t h m sa n da p p l i c a t i o n si ns e v e r a lf i e l d sa r es e l e c t e dt ob es t u d i e di nt h i sp a p e r T h ed e t a i l e dr e s e a r c hc o n t e n t sa n di n n o v a t i v er e s u l t sa r el i s t e da sf o l l o w s 1 T h eh o ts u b j e c t sa n dp r o b l e m so fr o u t i n ga l g o r i t h m si nh i g hs p e e dc o m m u n i c a t i o nn e t w o r k sa r ei n t r o d u c e da n da n a l y z e d T h eh o ts u b j e c t so fr o u t i n ga l g o r i t h m sa r ed e m o n s t r a t e d，m a i n l ya b o u tr o u t i n gi nM P L Sn e t w o r k s，m u l t i-p a t hr o u t i n gi nA dh o en e t w o r k s，r o u t i n gi nm e s hn e t w o r k sw i t hs p e c i f i ci n f r a s t r u c t u r e sa n dm u l t i-c o n s t r a i n t sr o u t i n ga l g o r i t h m s T h ep r o b l e m si nt h e s ef i e l d sa r ea n a l y z e d 2 T h ec o n c e p ta n dm o d e lo f c h a n n e lr e s i s t a n c ef o ra n a l y z i n gf l o wm e d i aa r ee s t a b l i s h e d T h ea p p l i c a t i o n sb a s e do nf l o wo fn e t w o r ka r ec r i t i c a li ni m p r o v i n gn e t w o r kp e r f o r m a n c ei nh i g hs p e e dc o m m u n i c a t i o nn e t w o r k s B u t，f e ws t u d i e sa r ed o n ei nl o a db a l a n c i n go fn e t w o r ku n d e rs u c haf l o ws t a t e T h ef l u i dt r a n s p o r tm o d e li su s e dt os t u d yt h ei n f o r m a t i o nf l o w T h ec o n c e p to fc h a n n e lr e s i s t a n c ea n dc h a n n e lr e s i s t a n c ec o e f f i c i e n ta r ef i r s t l yp r e s e n t e di nt h i sp a p e r T h en e t w o r kl o a dd i s t r i b u t i o ni se v a l u a t e db yn e t w o r kc h a n n e lr e s i s t a n c ed i s t r i b u t i o n B a s e do nt h i sc o n c e p t，t h ec a l c u l a t i o nm e t h o do fc h a n n e lr e s i s t a n c ei se s t a b l i s h e da n dt h er e l a t i o ne q u a t i o no fd i f f e r e n tp a t hc h a n n e lr e s i s t a n c ei sa n a l y z e da n dd e d u c e d T h ep h y s i c a lm e a n i n ga n da p p l i c a t i o n so fc h a n n e lr e s i s t a n c ea r ei l l u s t r a t e db yt h er e l a t i o ne q u a t i o n 3 Am i n i m u mi n t e r f e r e n c er o u t i n ga l g o r i t h mb a s e do nc h a n n e lr e s i s t a n c ei sp r e s e n t e d C o m p a r e dw i t hm o s to ft h ea l g o r i t h m st h a ta d o p t e dm a Xf l o wm e t h o dt os o l v et h ep r o b l e m,t h ea l g o r i t h mb a s e do nc h a n n e lr e s i s t a n c ec a nc o n s i d e rt h ei n f l u e n c eo fp a r a m e t e r so fe v e r yl i n ka n dd i s t r i b u t eL S P sa c c o r d i n gt ot h el i n k s c o m p r e h e n s i v ep e r f o r m a n c e T h ec h a n n e lr e s i s t a n c eo fe v e r yp a t hi st a k e na st h em e a s u r e m e n to fi n t e r f e r e n c eb e t w e e np a t h sa n dt h ec o r r e c t n e s so ft h ea l g o r i t h mi sp r o v e d Ac o m p u t i n gm e t h o df o rc h a n n e lr e s i s t a n c eo ft o t a ln e t w o r ki Sg i v e n I I I4 Am u l t i-p a t ha l g o r i t h mb a s e do nc h a n n e lr e s i s t a n c ei na dh o cn e t w o r k si sp r e s e n t e d W i t ht h er e s e a r c ho nm u l t i p a t hr o u t i n gi nc h a n n e lr e s i s t a n c em o d e laf l o wd i s t r i b u t i o nb a s e do nc h a n n e lr e s i s t a n c eb e t w e e nd i f f e r e n tp a t h si sg i v e n An e wl i n k-s t a t es o u r c em u t i n gp r o t o c o li sd e s i g n e da c c o r d i n gt ot h ed i s t r i b u t i o nm e t h o d I nt h i sp r o t o c o lt h en e wm e t h o do fc o l l e c t i n ga n dc o m p u t i n gl i n k s t a t ep a r a m e t e r si sd e s i g n e d S i m u l a t i o n ss h o wt h a tt h en e wa l g o r i t h mi nw h i c ha l lk i n d so fl i n k s t a t e sa r ec o m p r e h e n s i v e l yc o n s i d e r e dc a nm a k er e s o u r c ed i s t r i b u t e dm o r eb a l a n c e d 5 Af a i rr o u t i n ga l g o r i t h mb a s e do na n ta l g o r i t h mf o rw i r e l e s sm e s hn e t w o r k si sp r e s e n t e d T h ec e n t r a l i z e dm a n a g e m e n ta r c h i t e c t u r ef o rw i r e l e s sm e s hn e t w o r k si st ou s eam o n i t o rc e n t e rl o c a t e da tw i r e dn e t w o r k st om o n i t o rt h et o p o l o g yc h a n g e sa n du s e r Sp e r f o r m a n c er e q u i r e m e n t sa n da l s ot os e l e c tt h er o u t e sl i o mm e s hr o u t e r st og a t e w a y s A c c o r d i n gt ot h i sm a n a g e m e n ta r c h i t e c t u r e，af a i rb a n d w i d t ha l l o c a t i o nr o u t i n ga l g o r i t h mb a s e do na n ta l g o r i t h mi sp r e s e n t e d T h i sa l g o r i t h mc a nm a x i m i z et h en e t w o r ku t i l i z a t i o nb yb a l a n c i n gt r a f f i cl o a da n dp r o v i d ef a i rb a n d w i d t ha l l o c a t i o ns e r v i c ef o ra l lu s e r s S i m u l a t i o n ss h o wt h a tr e s u l t so ft h en e wa l g o r i t h ma r ev e r yc l o s et oo p t i m a lr e s u l t6 AQ o Sr o u t i n ga l g o r i t h ms a t i s f y i n gm u M-c o n s t r a i n t si sp r e s e n t e d T h ep r o b l e mo ff m d i n gap a t ht h a ts a t i s f i e sm u l t i p l ec o n s t r a i n t sh a sb e e np r o v e daN P-c o m p l e t ep r o b l e m B a s e do nt h ea n a l y s i so fs o m ea l g o r i t h m si n t h i sf i e l d，a ne f f i c i e n tm u l t i-c o n s t r a i n e dm u t i n ga l g o r i t h mi sp r o p o s e d T h en e wa l g o r i t h ma d o p t st h ei d e ao fn o n l i n e a rp a t hl e n g t h I no r d e rt oi m p r o v et h es u c c e s sp r o b a b i l i t y,ad y n a m i cp a t hs e l e c t i o nm e t h o df o rn o d e s，w h i c hd e m a n d st h a tn o d e sb er e l a x e df o rm o r et i m e s，i sd e s i g n e d F o rt h er e a s o no fi m p r o v i n ga l g o r i t h me f f i c i e n t l y,t h ec o n c e p to fd o m i n a t e dp a t hi sa d d e dt ot h ep r o c e s so fs e l e c t i n gm o r ew e i g h t ss u mf o rp a t hc a l c u l a t i o n S i m u l a t i o n sp r o v et h a tt h en e wa l g o r i t h mh a sh i g he f f i c i e n c yi nS u c c e s sp r o b a b i l i t ya n df i n d i n gt h es h o r t e rp a t h K e y w o r d s：c h a n n e lr e s i s t a n c e；M P L S；m i n i m u mi n t e r f e r e n c er o u t i n g；m u l t i-p a t hr o u t i n g；m e s hn e t w o r kf a i rr o u t i n g；m u l t i-c o n s t r a i n e dI V华南理工大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：；呷彩日期：炒y 年么月7 日、，学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属华南理工大学。学校有权保存并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许学位论文被查阅(除在保密期内的保密论文外)；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。本学位论文属于：口保密，在年解密后适用本授权书。囱不保密。学位论文全文电子版提交后：囱同意在校园网上发布，供校内师生和与学校有共享协议的单位浏览。(请在以上相应方框内打“)作者签名别矽日期抄舄，夕舯教师签名：叶犯蹴删6 7【第一章绪论1 1 概述第一章绪论路由选择协议是有线和无线网络运行所需要的一个基本组成部分。基于I P 的现代高速通信网络的运行依靠路由设备来完成，路由设备沿着从源主机到目的主机的路径转发I P 数据报，要使路由设备完成其功能，它必须在一定程度上知道网络的拓扑和最佳路由，路由选择协议的目的就是提供这些所需要的信息，高速通信网络设计中最复杂也是最严格的内容之一就是路由选择设计1 1。目前，针对不同的网络应用情况，设计产生了多种路由协议。在因特网的路由选择方面，有相对比较简单的路由信息协议(R o u t i n gI n f o r m a t i o nP r o t o c o l，R I P)2 1，基于链路状态的开放最短路径优先(O p e nS h o r t e s tP a t hF i r s t，O S P F)协谢3 1，适用于外部路由选择的边界网关协议(B o r d e rG a t e w a yP r o t o c o l,B G P)4 1 等。在移动无线通信的路由选择方面，有D S R(D y n a m i cS o u r c eR o u t i n g)协议【5】A O D V(A dh o eO n-d e m a n dD i s t a n c eV e c t o r)协议【6】等。然而，随着微处理器计算能力的提高，使得基于I P 的互联网需求，无论是在总量还是在服务类型方面，都正在增长，这种业务的增长对路由算法提出了更高的要求。路由算法不再仅仅满足于找到一条从源端到达目的端的最短路径，而是承载了更多的要求。主要表现在：路由算法如何提供更好的Q o S(Q u a l i t yo fS e r v i c e)保障；如何提高网络的吞吐量、有效的改善网络性能和使得网络资源得到更好的利用。因此，对于路由算法的研究正从简单寻路向优化寻路转变。基于以上的认识，本文选择了以下几个领域的路由算法和应用进行了研究，主要有四个部分：(1)M P L S 网络路由。(2)多约束路由。(3)A dH o e 网络中的多路径路由。(4)M e s h 网路由。作为高速通信网络的主流路由技术，以上四个领域直是近年来研究的热点，通过对这些算法的进一步研究，可以有效的提高网络的吞吐量，优化网络的资源利用率，对网络性能的整体提高具有深远的意义。华南理亡大学博十学位论文1 2 研究目标与内容本文结合广东省自然科学基金项目“高速信息网络管理与流量控制大系统方法的研究(3 1 3 9 1)和2 0 0 6 粤港关键领域重点突破项目(2 0 0 6 0 1 0 4 2)，对高速有线和无线网络中路由算法的关键技术进行了研究和优化。主要研究信道阻力理论及在优化路由中的应用、M P L S 最小干扰路由算法、A dH o e 多路径算法及流量均衡分配、M e s h 网公平路由算法、Q o S 多约束路由算法等。1 2 1 信道阻力研究高速通信网络中基于流的应用越来越广泛，已经在M P L S 技术、D S R 路由协议等方面取得成功应用，为网络性能提高起到关键作用。但是，在流状态下的网路负载均衡度量却很少有研究。本文这一部分把流体传输模型引入到对信息流的研究中来，做了以下研究：_ 建立了信道阻力和信道阻力系数的概念，用网络信道阻力的分布来评估网络中负载的分布状况。-建立了信道阻力的计算方法，分析并推导了路径信道阻力满足的计算关系式。并基于该关系式阐述了信道阻力的物理意义。1 2 2M P L S 最小干扰算法研究在建立了信道阻力的基础上，以各个链路的信道阻力为度量，用来对M P L S 网络中的负载进行均衡，通过这种均衡达到减少M P L S 网络中各个L S P 相互干扰的目的。相比较以前大部分相关研究中采用的网络最大流方法，以信道阻力为标准的最小干扰算法，可以考虑网络链路的各项参数的影响，做到L S P 的分布更能根据链路的综合特性避免干扰。具体的研究内容有以下几点：一以各个链路的信道阻力作为路径间干扰的度量标准，对这种求解方法的正确性进行了证明。_ 给出了整个通信网信道阻力的求解方法，对不同节点对之间的网络信道阻力分布进行了求解，通过求解获得节点对问的最小干扰路径。_ 通过仿真和实例论证了该种方法的正确性。2第一章绪论1 2 3A dh o e 网络多路径路由算法及流量分配研究传统的A dh o c 网络多路径路由算法在流量分配上采用两种分配方式：一是均匀分配需要传输的流量；二是就某个参数(比如路径可靠性)按比例对流量进行分配。尽管采用了节点不相交或者链路不相交路径【4 1 1，多个源和目的还是有可能选择某条同一链路进行传输，从而可能导致该条链路成为瓶颈链路。针对这样的问题，本文从网络的信道阻力方面对多路径算法进行了研究，做了以下一些工作：一设计了一种基于信道阻力平衡分布的多路径间流量分配方法。-设计了一种基于链路状态的源选路由协议，协议中设计了新的链路状态参数采集和计算方法。1 2 4M e s h 网公平路由算法研究M e s h 网络作为A dH o c 网络的一种特殊形态，因为网络中的M e s h R o u t e r 需要通过互联网网关接入到I n t e m e t，在这种情况下，如何满足分布在网关周围的M e s hR o u t e r 具有公平的接入网关的机会和公平的资源分配，是当前路由协议没有考虑的问题。本文提出了基于蚂蚁的公平路由算法，它利用蚂蚁算法作为资源(在本研究中主要是带宽)分配的公平解搜索策略，由于蚂蚁算法具有正反馈机制，因此可以使带宽分配过程具有较高的搜索速度，分配结果最接近理论最优解。1 2 50 0$多约束路由算法研究满足多约束的Q o S 路由问题已经被证明是N P 完全问题【9 5 1，在该领域提出的一些启发式算法在计算复杂度和路由成功率方面获得一种折中。本研究在分析了这些算法的基础上设计了一种算法来获得满足多约束的路由。该算法是基于非线性路径长度的启发式搜索算法。该算法采用了非线性路径长度，算法以最小化非线性路径长度为目标来搜索最优化满足多约束的路径。算法中首次采用了允许节点做重复松弛的方法，并且采用了逆向受控思想。从而保证了算法在路由成功率得到有效提高的基础上并不明显增加算法的运算复杂度。3华南理j f 大学博士学位论文1 2 6 论文结构全文共分为八章，涵盖研究工作的五个主要部分。第一章为绪论，概述本文的研究背景和主要内容，阐述了本文的组织结构。第二章提供了背景信息，阐述了相关领域的研究概况和存在的问题。第三章建立了信息流传输的阻力模型，定义了信道阻力和信道阻力系数的概念，推导出了信息流传输遵循的路径间信道阻力关系公式，对信道阻力的物理意义进行了阐述。第四章建立在第三章的理论基础上，采用该模型研究了M P L S 网络最小干扰路由算法，提出了以信道阻力作为衡量路径间干扰度大小的方法，并对这种方法的正确性进行了证明，通过仿真对这种方法的有效性进行了验证。第五章根据第三章的理论对A dH o c 网络多路径路由算法进行了研究，提出了一种根据信道阻力进行多路径间流量分配的方法，设计了一种基于链路状态的源选路由算法，给出了基于信道阻力系数的路由更新、路由维护方法。第六章对M e s h 网公平性路由算法进行了研究。该研究对M e s h 网的结构和功能进行了论述，并根据M e s h 网结构和应用的特殊性设计了一种基于蚂蚁算法的适用于M e s h网的单路径公平路由算法。第七章对满足多约束条件的优化路由算法进行了研究。并提出了一种优化算法，该算法采用了非线性路径长度的启发式搜索方法，能够获得路径长度更短的最优路径。第八章是结论，对本文进行了总结，介绍了未来的工作。4第二章研究背景和相关工作进展第二章研究背景和相关工作进展2 1M P L S 协议算法及其存在的问题M P L S 的根源可以追溯到2 0 世纪9 0 年代中期的几项试图将I P 和A T M 技术结合起来的工作，所有工作的共同目的是提高I P 的吞吐量和时延性能，而且基本上都采用了同样的方法：使用一个标准的路由选择协议(比如O S P F)来定义节点之间的路径，当分组进入网络时把它们指派到这些路径上，并且使用A T M 交换机沿着各种路径转发分组。根据以上的思想，I E T F 在1 9 9 7 年建立了M P L S 工作组，开发一个共同的标准化方法。并于2 0 0 1 发布了它的第一组建议标准【7 1。M P L S 在解决网络的扩展性、实施流量工程、同时支持多种要求特定Q o S 保障的I P 业务等诸多方面具备得天独厚的技术优势。其主要优势表现在以下几个方面：(1)扩展性目前多数网络基于I Po v e rA T M 帧中继的重叠模型组网方式。无论是对于路由协议的影响，还是对管理大量虚电路时所造成的负担而言，都存在很大的局限性。由于M P L S技术采用的标签分配协议仅在相邻的标签交换路由器(L a b e lS w i t c h i n gR o u t e r，L S R)对等体之间进行通信，每台L S R 均可根据网络层的拓朴建立相应的标签交换路径(L a b e lS w i t c h i n gP a t h，L S P)，因而有效解决了重叠模型中因全网状连接所带来的2 条逻辑链路的扩展问题【2 4 1。(2)利用单一的转发机制同时支持多种业务传统上I S P(I n t e r n e tS e r v i c eP r o v i d e r)总是通过专门化的网络把多种业务划分开，以适应各种特定业务的需求。随着I n t e r n e t 的发展，业界一致认为应该建设一个可同时提供多种混合业务且基于分组的网络。而M P L S 的一大优势就是可以在网络内部通过单一的标签交换机制同时支持多种I P 混合业务。并可以在现有的I P 网络中实施该技术。这种方式不仅节约了网络基础设施，而且易于网络管理与维护，从而为I S P 节省了大量的运营成本。(3)边缘节点功能与网络内部节点功能相分离M P L S 在网络边缘节点之间构建端到端的服务，其目的主要是分离网络中各节点的功能。通过在边缘节点实施特定规范，可使其具备基于Q o S 的选路功能，而网络内部节点主要用于保证数据的有效传输。I S P 与用户依照服务等级协定(S e r v i c eL e v e lS华南理T 大学博士学位论文A g r e e m e n t，S L A)来确立网络边缘节点的实施规范，其中包括边缘节点传输、标志拥塞、丢弃报文等流量调节操作。(4)显式路由显式路由技术(E x p l i c i tR o u t e)与I P 协议中定义的源路由技术十分相似，但又存在着重大区别。源路由技术要求在网络中传输的每一个I P 报文部要携带用于明确标识整条路径的I P 地址，其传输开销太大，使得网络负载难以承受，因而难以得到实际应用。而M P L S 仅在建立特定I S P 时，才要求在标签分配信令中携带明确的标签交换路径信息，而非具体针对到每个I P 传输报文，因此M P L S 中的显式路由技术得到了广泛的实际应用。(5)流量工程流量工程是指根据各种数据业务流量的特性选取传输路径的处理过程。流量工程用于平衡网络中的不同交换机、路由器以及链路之间的负载。I S P 通过流量工程可以在保证网络运行高效、可靠的同时，对网络资源的利用率与流量特性加以优化，从而便于对网络实施有效的监测管理措施。在现今于用I P O v e r A T M 或帧中继重叠模型的网络内，网管人员只能通过手工配置以实现流量工程，此外由于网络中出现故障节点的下确定性。技术人员很难在网络中配置出与I P 可恢复性机制相似的备份。而对于以路由器为核心的网络，只能依靠改变路由的度量权值平衡链路负载。随着当今网络规模和复杂性的不断增加，基于度量权值的流量控制变得越来越复杂，以至于难以实现对整个网络带宽的全面综合的利用，因而无法有效实施流量工程。M P L S 技术可通过特定的Q o S 路由算法，采用离线方式计算出网络内对应不同业务流的所有可行的标签交换路径，即将要求特定Q o S 的业务流直接映射到网络对应的物理拓扑上，并通过标签分配信令在输入边缘节点和输出边缘节点之间建立相应的L S P。由于网络内部节点直接参与了特定L S P 的计算与选取，因而大大缓解了网管人员的负担，并且使用M P L S 技术能够及时发现网络故障节点，加快创建L S P 备份路径以及诙复原有路径的速度。针对于此，业界人士一致认为M P L S 技术是当前能够实施网络流量工程的最佳方案。(6)Q o S 路由随着网络的不断发展，新业务的不断引入，用户迫切需要I S P 将保证特定Q o S 的业务引入到目前没有明确划分业务类型的I P 网络中。由于网络实际传输带宽有限，当特定链路传输的业务流量超过有效带宽时，即使具备相同的输入和输出节点的业务流，6第二章研究背景和相关丁作进展由于对Q o S 的要求不同，也无法使用相同的路径。解决该问题的理想方法是根据特定的Q o S 要求，网络逐一为每个业务流建立特定的传输路径。但是因为不同用户对于Q o S的要求千差万别，而当前的I P 网络又没有Q o S 的概念，如果要求网络中的路由器或交换机根据特定算法预先为每个不同服务等级的业务流预留带宽是不现实的。所谓Q o S 路由是指根据特定业务流要求的Q o S，在网络中建立相应路径的方法。M P L S 技术通过使用约束路由机制，根据用户的特定要求仅在边缘节点处计算特定的标签交换路径，随后利用显式路由技术以及支持Q o S 的标签交换分配信令(如C R-L D P)在网络内部构成此L