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基于小世界和随机图理论的多QoS路由算法研究

冯杰  
【摘要】: 路由一直是计算机网络通信的关键理论和技术问题,尤其是目前Internet发展非常迅速,而且其节点数还正在呈指数级增长;网络传输正在向大容量、高速化、多媒体化方向发展,传统的路由算法已经不能满足日益增长的、对路由的各种QoS需求,因此必须研究新的具有QoS约束的路由算法。 本文将多QoS约束路由算法作为研究课题,以小世界理论为基础,建立小世界网络模型,提出Internet静态网络模型和动态网络模型的新概念,获得分布式路由算法从一个源节点s到一个目标节点t消息传输期望步骤数的上限与下限;通过对随机图理论的研究,建立基于随机图的k-叉树网络模型,获得单播与组播平均跳数的函数关系式,得到分布式路由算法对于巨型、复杂网络来讲是高效的结论,建立了随机图仿真模型和方法,为研究多QoS约束路由算法奠定理论基础;设计和实现基于二值编码单亲GA的分布式QoS路由算法DQRGA,分析该算法的时间复杂度和空间复杂度,并与传统的源路由算法进行性能比较,结果证明该算法优于传统的集中式算法:在时间复杂度上优于N/[log2N]倍,在空间复杂度上优于(log2N)~2,其中N为网络的节点数;设计与实现一种新的基于小世界和随机图理论的分布式路由算法DRBSR,分析和计算该算法的时间复杂度和空间复杂度,并与传统的路由算法进行性能比较,结果证明DRBSR算法优于传统的集中式算法;根据业务划分的不同,考虑到多QoS约束和网络资源利用率,设计和实现基于Dijkstra策略的QoS路由算法Fallback~(++),分析该算法的时间复杂度和空间复杂度,结果证明该算法优于Fallback~+。 多QoS约束组播路由一直是路由算法研究中的难点问题之一,不但由于该问题是一个NP完全问题,而且还因为QoS参数是不确定的,甚至是模糊的,传统的多QoS约束组播路由算法大多数属于精确算法,不能很好地反映网络的实际情况。本文提出基于模糊信息的综合QoS约束的组播路由新算法IQMRFI,首次将模糊集理论应用到路由算法中,定义各个QoS参数的隶属度和理想点,建立计算各个QoS参数到理想点的距离的模型和方法,将多目标规划简化为单目标规划,设计和实现了IQMRFI算法,分析该算法的时间复杂度和空间复杂度,分别为O(mn~2)和O(5|E|),并进行了仿真,结果证明IQMRFI算法在路由选择成功率和运行时间上都优于传统的QoS组播路由算法。本内容属于网络基础理论的原始性创新研究,不仅在理论上具有重要的意义,而且对未来新的Internet路由协议的设计与实现具有重要的现实意义。


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