创新技术学术专著：高扩展性IP融合网络服务质量协调保证机制

《创新技术学术专著：高扩展性IP融合网络服务质量协调保证机制》重点介绍了基于主动队列管理和流量工程方式相结合的IP网络服务质量协调保证机制，并在此基础上延伸至网络虚拟化环境下的网络资源适配和优化机制以及服务质量的保证方法。首先为读者介绍了面向IP网络承载业务的服务质量保证理论与技术的研究背景和发展现状。随后提出了一种基于可灵活配置的主动队列管理算法和优化配置的IP-TE技术相结合的协调保障机制，并分别从通信网络节点队列行为控制机制和路由行为控制与优化2个重要支撑技术进行了重点阐述和理论分析。然后，分别针对典型通信网络运营场景，对所提出的协调保证方法进行充分的实验验证和分析，包括单一业务逻辑承载情形、面向多业务融合的业务承载情形和动态网络不确定性条件下的服务质量保证机制，以及网络资源劣化下分级服务保证机制。随后结合当前网络虚拟化技术和理论进展，对网络虚拟化业务承载下的服务质量保证方法以及基于顽健优化的虚拟网动态带宽提供策略方面进行了充分的理论阐述和实验验证。
　　《创新技术学术专著：高扩展性IP融合网络服务质量协调保证机制》适合于高等院校和研究机构中从事大规模通信网络规划和分析领域的相关技术的科研人员，也可作为高等院校计算机网络、电子通信等专业硕士、博士研究生的参考书。

第1章 绪论
1.1 问题与挑战
1.2 服务质量保证与评价
1.2.1 服务质量保证
1.2.2 服务质量评价
1.3 学术贡献与组织方式

第2章 服务质量研究现状与趋势
2.1 服务质量概念
2.2 综合服务和区分服务模型
2.3 基于标签交换的QoS技术
2.4 面向服务质量的网络测量
2.4.1 服务质量测量技术
2.4.2 服务质量测量模型
2.4.3 服务质量测量的应用
2.5 服务质量性能指标
2.5.1 业务分组延迟
2.5.2 分组延迟抖动
2.5.3 分组丢失率
2.6 E-模型-端到端话音业务质量评价模型
2.7 业务分组队列管理机制
2.7.1 先入先出缓冲机制
2.7.2 主动队列管理机制
2.7.3 RED算法及其改进算法
2.8 业务分组调度策略与机制
2.8.1 调度算法概述
2.8.2 队列调度算法的性能指标
2.8.3 常用调度算法的比较
2.9 IP路由和MPLS
2.9.1 算法复杂性
2.9.2 基于链路状态的OSPF路由算法
2.9.3 面向连接的多协议标签交换（MPLS）技术
2.10 服务质量（QoS）路由和其复杂性
2.10.1 基于服务质量指标的路由机制
2.10.2 QoS路由的复杂性
参考文献

第3章 通信网络节点队列行为控制机制
3.1 RED主动队列管理机制
3.2 M/M/1/RED理论在VoIP中的应用
3.3 网络性能评价和分析
3.3.1 仿真实验场景
3.3.2 实验研究I：单服务单跳的网络场景
3.3.3 实验研究II：单服务端到端的网络场景
3.3.4 实验研究III：多服务端到端的网络场景
3.4 本章小结
参考文献

第4章 通信网络路由行为控制与优化
4.1 相关研究工作进展
4.1.1 基于MPLS的流量工程
4.1.2 基于IP的流量工程
4.1.3 IP-TE的技术优势
4.2 IP-TE的实现
4.2.1 测量：网络配置参数和流量矩阵
4.2.2 路由计算与路由矩阵
4.2.3 计算与优化：路由权值重构
4.3 OSPF-TE链路权值优化配置问题
4.3.1 问题定义
4.3.2 启发式算法设计
4.4 网络仿真实验与性能评价
4.4.1 性能评价指标
4.4.2 OSPF-TE和其他OSPF路由策略的比较
4.4.3 OSPF-TE（离线式）与MPLS-TE（在线式）的比较
4.4.4 OSPF-TE的假使分析评估
4.4.5 OSPF-TE路由权值范围选择
4.5 OSFP-TE在DiffServ中的应用
4.6 本章小结
参考文献

第5章 单一业务逻辑承载下的服务质量保证
5.1 仿真实验场景
5.2 业务流量矩阵构建
5.3 网络仿真实验与性能评价
5.3.1 网络资源利用效率
5.3.2 服务质量性能评价与分析
5.4 本章小结

第6章 面向多业务融合的服务质量保证机制
6.1 仿真实验场景
6.2 网络业务流量分析
6.3 网络仿真实验与性能评价
6.4 本章小结

第7章 动态网络不确定性及服务质量保证
7.1 当前研究进展与分析
7.2 动态通信网络场景
7.2.1 实验通信网络模型
7.2.2 业务流量需求模型
7.3 网络仿真实验与性能评价
7.3.1 拓扑动态变化时的网络性能评价
7.3.2 动态流量需求变化下的网络性能评价
7.4 本章小结
参考文献

第8章 网络劣化下分级服务保证机制
8.1 网络资源劣化与服务质量保证
8.2 仿真实验场景
8.3 分组排队行为控制和路由行为优化机制
8.4 网络仿真实验与性能评价
8.5 本章小结
参考文献

第9章 网络虚拟化业务承载与服务质量保证
9.1 网络虚拟化的研究现状和主要问题
9.1.1 基于物理网络资源优化利用的虚拟网构建方法
9.1.2 虚拟网调整策略
9.1.3 网络资源管理
9.2 面向多播业务的虚拟网构建方法研究
9.2.1 已有相关研究成果
9.2.2 网络模型与问题描述
9.2.3 多播虚拟网构建算法设计与实现
9.2.4 网络仿真实验与性能评价
9.3 基于顽健优化的虚拟网动态带宽提供
9.3.1 研究现状和重要问题
9.3.2 问题建模与描述
9.3.3 流量矩阵区间估计
9.3.4 顽健带宽提供建模及算法设计
9.3.5 顽健带宽提供算法性能评估
9.4 本章小结
参考文献

第10章 结语
10.1 新型信息通信网络体系研究现状
10.2 可重构技术与网络的研究现状
10.3 路由交换技术的研究现状
10.4 未来研究工作展望
参考文献
名词索引

1．2．2  服务质量评价
　　在目前己有的绝大多数服务质量模型中，通常都把业务分组的延迟、延迟抖动、丢失率和带宽作为重要的服务质量影响指标，但是这些指标对于不同类型的多媒体业务有着不尽相同的影响。分组延迟表示了业务分组从发送端到接收端的时间长度，包括固定部分（传输时延和转发时延）和可变部分（处理时延和排队时延）。其中，传输时延主要是由数据源节点和目的节点之间的通信链路距离来决定，并认为通常以光速传播。在目前常见的通信手段中，卫星通信的传输时延是最大的，它对于TCP拥塞控制和交互式会话都有很大的影响。而业务分组转发的延迟是由业务分组的尺寸和通信链路输出端口的处理速度决定的，表示了从分组发送开始到发送结束的时问问隔。处理时延取决于网络接点的处理能力和分组处理的复杂度，网关设备的过滤和地址转换功能将增大延迟，而且路由器由于采用复杂的队列调度算法也可能导致延迟的明显增加。排队时延则与网络负载、流量突发性和队列调度算法有关。采用复杂的调度算法可能减少排队时延，但由于增加了处理器的开销，又会导致转发时延的增长。队列调度算法的关键就是在满足应用需要的同时，寻求两者的平衡。延迟抖动是指端到端延迟的变化特性，它是由延迟可变部分的变化导致的，流量的突发性、不公平的队列调度方法都可能导致较大的分组延迟抖动。
　　目前，互联网中所承载的多媒体业务根据其交互行为通常可以分为两类：交互式和非交互式。从对延迟和延迟抖动的敏感性角度而言，非交互式业务对分组延迟的影响不敏感，而对于分组的延迟抖动，只要缓存的长度大于延迟抖动的上界，就可以有效地避免其产生的影响。但是，对于交互式的多媒体业务则不同，它对于分组的延迟和延迟抖动性能都有严格的要求。另一方面，人们关注由于通信网络传输过程中的误码、路由变化和队列溢出等原因所造成的业务分组丢失率。随着传输设备性能的快速提高，由于误码所引起的业务分组丢失率已经非常小，而且由于路由变化所引起的分组丢失所占的比例也不高。由于目前的互联网没有对进入网络的业务采用接入控制机制，从而使得网络的流量拥塞所引起的队列溢出成为业务分组丢失的主要原因。实时多媒体业务由于不能采取重传方式补救丢失的数据，因而分组丢失对服务质量会产生巨大的影响。通常多媒体业务的业务分组尺寸都相对较大，传输过程中可能被分成多个小的业务分组，当有一个分组丢失时，就可能造成整个数据都无法实现重组，从而造成更大的损失。带宽是网络提供的吞吐能力，它反映了在一段时间内网络能为应用传送的信息量。多媒体业务的一个重要特点就是其业务量是不断变化的，活跃期与非活跃期业务量会有非常大的变化，这给网络通信资源的高效利用和网络接入控制都带来了巨大的挑战。从对网络带宽和业务分组丢失率的影响来看，多媒体业务分为恒定比特率（Constant BitRate，CBR）和可变比特率（Variable BitRate，VBR）。恒定速率的业务接入控制相对简单，只需要为它预留峰值带宽即可。可变速率的业务则较为复杂，若按照峰值速率来分配带宽，虽然可以避免分组丢失，但会导致网络资源的低效率和昂贵的运维成本；若按照平均速率来分配网络带宽，又将可能导致暂态情况情况下的网络流量拥塞，出现业务服务质量的劣化。通过采用漏斗（Leaking Bucket）机制来控制数据源的数据发送速率，并在网络的接入控制中根据漏斗参数为其预留适当的带宽和缓存，就可以保证实时业务的延迟和分组丢失性能。
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