IP网络中故障快速恢复技术的研究

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如今,网络已经融入到人们日常工作生活的方方面面,随着互联网的不断发展,诸如网络语音电话、在线游戏、电子商务、视频点播等实时应用业务不断涌现,对于网络故障恢复时间提出了更高的要求。而传统路由协议虽然可以解决几乎所有类型的故障,但其恢复时间过长,在重收敛完成前可能会出现丢包、延迟、环路、拥塞等一系列问题,已经不能满足实时应用业务的要求。因此,本文将研究IP网络中的故障快速恢复技术。现有的故障恢复方法主要可分为反应式技术和先应式技术两种,后者相比前者能够明显缩短网络延迟时间,减少丢包率,尤其适合用于解决频繁发生的短暂性故障,因而更具实用价值。本文主要研究的也是基于先应式技术的故障快速恢复算法。论文的主要工作包含以下几个方面:1.对先应式故障恢复技术进行了研究与探讨,提出一种针对网络单故障的快速恢复改进方法——IBP算法。该算法比较故障前后网络状态的变化,即故障组件总是将网络拓扑的最短路径树分割成多个互不连通的部分树,而能将这些部分树重新连通的可用路径就是算法生成的备份路径,随后还给出了备份路径的无环路证明。仿真结果表明IBP算法得到的备份路径平均长度要优于现有算法,与最短路径长度相差也较小,而且明显减少了故障恢复过程中的丢包数,同时算法的收敛性也可以得到保证,因而较适合应用于大规模的网络环境中。2.深入分析了网络故障恢复后可能出现的流量分配不均衡,导致链路拥塞的问题,并提出一种负载均衡方法,即建立网络流量矩阵和目标函数,借助遗传算法求解一组近似最优的链路权值。通过优化权值来合理分配业务流量,并与先应式故障恢复算法结合使用,既可实现单故障时的快速恢复,又能够有效避免拥塞,增强了故障恢复算法的可行性。3.研究了网络多故障情形下的两种快速恢复方法:RRL算法和MRC算法,并提出了一种基于最小生成树的改进算法。主要是通过给定一组合适的链路权值生成网络原始拓扑的最小生成树,从而产生第一个备份拓扑,再对其中的某些链路权值进行适当调整,以尽可能多的孤立出剩余的链路和节点,如此循环,最终生成数量较少的备份拓扑集,但同样具有应对网络多故障并发的能力。仿真结果表明改进算法充分节省了存储资源,适合应用于大规模的网络环境中。
摘要第5-6页
ABSTRACT第6-7页
第1章 绪论第10-16页
    1.1 研究背景与意义第10-12页
    1.2 IP 网络故障快速恢复技术简述第12-14页
        1.2.1 加快路由协议的重收敛速度第12-14页
        1.2.2 先应式故障恢复技术第14页
    1.3 本文组织架构第14-16页
第2章 先应式故障恢复技术的研究与比较第16-26页
    2.1 引言第16页
    2.2 网络故障恢复方案模型比较第16-18页
    2.3 基于备份路径的先应式技术第18-23页
        2.3.1 无环替代(LFA)算法第18-20页
        2.3.2 Not-Via 算法第20-21页
        2.3.3 故障不敏感路由(FIR)算法第21-22页
        2.3.4 SafeGuard 算法第22-23页
    2.4 基于备份拓扑的先应式技术第23-25页
    2.5 本章小结第25-26页
第3章 一种基于备份路径的故障恢复改进算法第26-41页
    3.1 引言第26页
    3.2 改进算法的具体解决方案第26-36页
        3.2.1 应用改进算法的实例说明第27-30页
        3.2.2 改进算法的具体实现第30-33页
        3.2.3 改进算法的备份路径无环路证明第33-36页
    3.3 仿真结果与性能分析第36-40页
    3.4 本章小结第40-41页
第4章 网络故障恢复中的负载均衡技术第41-51页
    4.1 引言第41页
    4.2 网络故障恢复中的流量工程第41-42页
    4.3 基于网络故障的负载均衡技术第42-48页
        4.3.1 网络流量模型与流量矩阵第42-43页
        4.3.2 定义目标函数第43-44页
        4.3.3 遗传算法求解优化的链路权值第44-48页
    4.4 算法仿真与性能分析第48-50页
    4.5 本章小结第50-51页
第5章 多故障情形下的网络快速恢复算法第51-64页
    5.1 引言第51-52页
    5.2 基于备份拓扑的故障恢复算法第52-54页
        5.2.1 弹性路由层算法(RRL)第52页
        5.2.2 多路由配置算法(MRC)第52-54页
        5.2.3 MRC 算法的流程与缺陷第54页
    5.3 应对网络多故障的一种改进算法第54-59页
    5.4 算法仿真与性能分析第59-62页
    5.5 本章小结第62-64页
第6章 总结与展望第64-66页
    6.1 工作总结第64页
    6.2 研究展望第64-66页
致谢第66-67页
参考文献第67-71页
附录第71页
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