论文摘要
自从1998年Watts和Strogatz的小世界与1999年Barabasi和Albert的无标度网络模型问世以来,人们对复杂网络的理解与研究进入了快速发展时期。采用复杂网络模型对现实生活中的网络进行建模,利用复杂网络理论分析实际网络已成为近年来国内外的研究热点。网络最重要的功能是传输其所能承载的数据对象,比如因特网传输数据包、高速公路网承载交通车辆等。衡量网络传输能力的参数被称为网络传输容量。近年来,日益增长的用户量以及成倍增长的海量数据传输使得现有网络经常发生拥塞。如何降低网络拥塞与提高网络传输容量已成为研究热点。影响网络传输容量的三要素为：路由算法、网络结构、流量模型。网络结构包括网络拓扑与资源分布。实际网络中的资源往往有限而且分布非均匀,主要包括节点处理能力、链路带宽、队列资源。资源分布是否合理将极大限制网络的整体性能。流量模型则定义了网络中数据流的动态行为,与传输容量的定量分析密切相关。本文重点研究路由策略,以及网络结构中的网络拓扑与链路带宽分配策略。(1)优化路由策略方面。将节点介数(Betweenness)作为计算路由的代价,本文提出基于节点介数的有效路由策略：考虑到一些实际网络的拥塞发生在链路上,提出基于链路拥塞的加权路由策略,将边的介数作为路由的代价；提出有效的增量路由策略,主要考虑将生成路由表的过程分解成多步,每一步都根据已有路由情况充分考虑拥塞因素计算路由表；提出基于向量交换的全局动态路由策略,主要解决了基于目的地址转发的全局动态路由的路由翻转问题,简化了路由器,将其应用到较实际的网络模型中并进行了效果评估；提出基于两种流量级别的动态源路由来支持实际网络中数据包的不同传输需求。(2)优化网络拓扑结构方面。提出通过适当增加一定比例的边来提高网络整体性能,共四种增边策略,分别从网络传输容量、流量负载、平均最短路径长度与鲁棒性等方面对不同的网络模型进行了评估。其次,本文提出六种重连边策略来改进实际网络结构的均匀性,进而提高网络传输容量,并进行了扩展讨论。第三,研究两层网络模型中对上层网络结构采用删边策略来提高网络整体传输容量。大量的仿真实验证实了这些调整网络结构策略的有效性,并讨论了其可能的应用范围。(3)链路带宽分配方面。假定网络中总链路带宽一定时,提出基于节点介数的带宽分配策略和全局动态带宽分配策略,通过理论分析与仿真实验来证实合理地进行链路带宽分配可以大幅改进网络的传输容量。本论文通过对影响网络传输容量的因素进行较深入的研究,提出了十个提高网络传输容量的策略并进行了相应的仿真实验与理论分析。这些策略将对提高网络传输效率或者网络规划提供切实可行的建议。