选播路由及其关键技术研究

论文摘要

选播是IPv6所定义的未来网络的三种通信方式之一,可以在航空制造业并行工程以及许多网络技术的研究中发挥重要作用。选播研究的根本问题就是设计高效安全的选播路由,使其按照定义完成相同地址多个主机最优路径的确定。路由协议的实现是选播路由研究的前提和基础,但它必须与QoS、路由查找、组管理等关键技术结合才能满足各种应用对选播路由的要求。本文的主要研究内容如下:（1）根据选播地址数量不多、使用频率高、多主机的特点,提出了两种选播路由算法。第一种算法基于扩张方法,路由器根据选播服务器发送的Expand报文和网络的各项性能综合度量,计算它应该加入的组成员分区。第二种算法基于改进蚁群算法,路由器根据路径上的信息素、食物的气味以及链路的可见度等综合生成概率表,作为后继数据包路径选择的依据。运用NS-2对两种算法进行的仿真表明,在网络负载较轻的情况下,第一种算法平均传输时延最小;在网络负载较大的情况下,第二种算法平均传输时延最小,并且可以实现链路的负载均衡,增加网络的容量,提高服务的可扩展性。（2）对交错服务进行了深入研究,提出了区分服务网络上应用层QoS选播流路由优化系统的构架与实现方法。设计了一种优化服务器,并将优化方案分为信息收集、路径最优计算和数据流调整三种机制。这种方法可以减少交错服务所造成的网络资源浪费,在调整周期等于选播流平均传输时间时获得最佳优化效果。（3）提出了基于遗传算法和混合策略的两种QoS选播流路由优化算法。在构建路由优化问题模型的基础上,得出了以路径总和最少、服务器负载均衡、链路流量均衡、路径调整最少为目标实现选播流路由优化的过程。两种算法能够在满足QoS约束的前提下实现单目标优化或者多目标组合优化,其中基于混合策略的求解算法比基于遗传算法的求解算法具有更强的稳定性和更高的精确度。（4）提出了一种基于LC-Trie的选播路由查找算法。将选播路由表分为地址表和权重表两部分,共同完成路由查找与权重更新。本算法可以缩小路由的平均查找长度,减少路由表的占用空间,满足选播路由查找的各项要求。（5）提出了一种安全的分布式选播组管理方案。组成员的加入、退出等操作首先要经过组其它成员的认证,组成员之间的监测采用分组方式,控制报文采用密文传输。这种方案可以满足选播组管理的时延要求,并且具有很强的安全性、健壮性和可扩展性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 本文的研究背景
• 1.1.1 通信方式
• 1.1.2 选播的定义
• 1.1.3 选播在并行工程中的应用
• 1.1.4 选播的研究内容及现状
• 1.2 选播路由的研究内容
• 1.3 本文的研究内容及结构安排
• 第二章 选播路由协议研究
• 2.1 几种重要的选播路由协议
• 2.1.1 GIA 构架路由
• 2.1.2 应用层选播路由
• 2.1.3 选播消息路由
• 2.1.4 其它选播路由
• 2.2 EXPAND 选播路由算法
• 2.2.1 相关定义
• 2.2.2 基本原理
• 2.2.3 度量参数计算
• 2.2.4 实现方法
• 2.3 IACA 选播路由算法
• 2.3.1 蚁群算法
• 2.3.2 基本原理
• 2.3.3 数学模型
• 2.3.4 实现方法
• 2.3.5 复杂性分析
• 2.4 测试与分析
• 2.4.1 测试系统的建立
• 2.4.2 新型选播路由协议的实现方法
• 2.4.3 Expand 选播路由算法的测试与分析
• 2.4.4 IACA 选播路由算法的测试与分析
• 2.4.5 算法的比较
• 2.5 本章小结
• 第三章 QOS 选播流交错服务及其解决方案
• 3.1 QOS 选播路由
• 3.1.1 区分服务网络应用层 QoS 选播路由
• 3.1.2 其它 QoS 选播路由
• 3.2 交错服务
• 3.2.1 服务器处理能力受限引起的交错服务
• 3.2.2 网络带宽受限引起的交错服务
• 3.2.3 交错服务的影响
• 3.3 解决方案
• 3.3.1 路由优化方法
• 3.3.2 全局路由优化构架
• 3.4 QOS 选播流路由优化
• 3.4.1 信息收集
• 3.4.2 数据流调整
• 3.5 测试与分析
• 3.6 本章小结
• 第四章 QOS 选播流路由优化算法
• 4.1 QOS 选播流路由优化建模
• 4.1.1 QoS 选播流路由优化问题分析
• 4.1.2 数学模型
• 4.2 基于 GA 的求解算法
• 4.2.1 算法设计
• 4.2.2 实现方法
• 4.2.3 复杂性分析
• 4.3 基于混合策略的求解算法
• 4.3.1 算法设计
• 4.3.2 实现方法
• 4.3.3 复杂性分析
• 4.4 测试与分析
• 4.4.1 网络模型
• 4.4.2 实验结果
• 4.4.3 性能分析
• 4.4.4 性能比较
• 4.5 本章小结
• 第五章 选播路由查找
• 5.1 选播路由查找技术
• 5.1.1 路由查找技术
• 5.1.2 选播路由查找的特点
• 5.2 LC-TRIE 选播路由查找技术
• 5.2.1 LC-Trie 选播路由查找
• 5.2.2 LC-Trie 法选播路由转发表的存储结构
• 5.2.3 LC-Trie 法的实现方法
• 5.3 测试与分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 选播安全及其组管理
• 6.1 选播安全
• 6.1.1 选播的安全隐患
• 6.1.2 选播安全解决方案
• 6.1.3 选播组管理特点
• 6.2 分布式选播组管理方案
• 6.2.1 认证信息表
• 6.2.2 选播组成员管理方法
• 6.2.3 更新报文传输
• 6.3 性能分析
• 6.4 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 总结
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文