自治域间的网络资源优化研究

论文摘要

网络的快速发展给人类社会带来了跨时代的改变。其在金融、社会活动、日常生活等方面发挥的作用也变得日趋重要。一旦网络出现拥塞或者故障,其所带来的生活上的不便以及经济损失将无法估量。优化资源,提高QoS服务的要求迫在眉睫。域间网络业务依靠BGP协议进行传输。而BGP协议本身并未包含QoS要求,因此,要在域间添加QoS信息以优化带宽资源是非常不容易的。本文将微观经济学中的博弈理论与策略机制引入自治域间的网络资源配置。提出了基于stackelberg网络博弈模型,运用优化理论进行求解,最后给出了相应的收敛性仿真验证。论文以ISP域为研究对象,在充分考虑ISP的行为与系统分布式特征的基础上,构建贴切的网络模型框架,提出了MMFA（Max-Min Fairness Algorithm）框架资源优化算法。在MMFA算法设计时,我们加入了价格激励兼容机制,通过运营商之间的Stackelberg博弈规则以及非线性优化等数学方法优化带宽资源,力求达到理论上的全局最优——纳什均衡。从而,避免网络拥塞与不必要的资源调度。达到优化域间流量的目的。网络的商业化也使业务呈现多样化趋势。视频电话、IP Voice等业务的开展对传输延迟、网络带宽利用率提出了及其苛刻的要求。如何能够在域间没有QoS机制的前提下保证多约束路由的服务质量呢?这是一个NP - Complete问题。本论文的后续章节做了相关的尝试性研究。我们研究了RSVP资源预约机制,并借鉴其设计思想,提出了两种不同的基于探测问询的域间资源预约QoS路由算法方案。要实现域间的端到端QoS路由,前提条件就是必须遵守域间“信息私有化”原则。在QoS路由的过程中,我们引入资源的协商过程。依据网络的资源现状决定是否接纳上层业务请求。若接纳,则为该连接在保证端到端QoS多约束路径的各节点上预留带宽,实现对业务的接入控制。否则上溯回退资源,重新QoS路由或者通告预约失败。该探测机制较好的解决了域间的端到端QoS服务请求。该模型算法的特点是采用分布式控制原理,适合域间自组织系统,可扩展性强。最后,总结全文,并提出下一步的研究工作。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 课题的提出与研究背景来源
• 1.2.1 域间网络资源配置的研究现状与发展
• 1.2.2 Internet中的微观经济学
• 1.3 博弈论概述
• 1.4 本文的主要贡献及内容安排
• 第二章 域间流量工程及博弈论模型
• 2.1 引言
• 2.2 BGP概述
• 2.2.1 BGP协议及消息类型
• 2.2.2 BGP的路由选择进程
• 2.2.3 BGP路由决策过程
• 2.2.4 BGP邻居关系协商
• 2.3 域间流量特征
• 2.3.1 域间流量工程现状
• 2.3.2 自治域间的网络拓扑结构及关系
• 2.4 自治域间的流量效用模型
• 2.4.1 基于价格的经济模型——Kelly模型
• 2.4.2 基于拍卖的经济模型——PSP模型
• 2.5 本章小结
• 第三章 基于Stackelberg的域间网络资源配置研究
• 3.1 引言
• 3.2 域间机制设计问题
• 3.2.1 机制设计算法描述
• 3.2.2 Stackelberg Game策略模型描述
• 3.2.3 已有工作概述
• 3.3 模型构造关键问题分析
• 3.3.1 公平性策略
• 3.3.2 网络利用率最大化优化算法
• 3.4 基于STACKELBERG的域间博弈资源分配算法
• 3.4.1 网络博弈模型
• 3.4.2 博弈机制设计
• 3.4.3 MMFA算法描述
• 3.5 仿真及结果分析
• 3.5.1 仿真设计
• 3.5.2 仿真结果
• 3.5.3 结果分析
• 3.6 本章小节
• 第四章 基于探测的域间资源预约研究
• 4.1 引言
• 4.2 域间QoS策略路由问题研究
• 4.2.1 域间QoS的模型选择
• 4.2.2 已有工作概述
• 4.3 算法关键问题与协议分析
• 4.3.1 RSVP信令协议
• 4.3.2 算法设计思想
• 4.4 基于探测机制的域间资源预约算法
• 4.4.1 问题提出
• 4.4.2 探测子问题算法研究
• 4.4.3 多路径选择探测模型及算法分析
• 4.5 仿真及结果分析
• 4.5.1 仿真设计
• 4.5.2 仿真结果
• 4.5.3 仿真分析
• 4.5.4 未来的工作
• 4.6 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 全文总结
• 5.2 研究中存在的问题与工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 个人简历
• 攻读硕士学位期间的研究成果