多拓扑路由关键技术及其应用研究

本项目主要研究IP网络中的多拓扑路由（Multi-Topology Routing，MTR）关键技术及其应用。作为一种新的IP网络路由框架，MTR能够在现有路由协议的基础上提供多路径转发能力和对业务流进行区分的能力。充分发挥这种潜力，构建更可靠、更安全、运行更稳定且支持QoS的IP网络，是本项目的研究目标。为此，本项目将对以下6个方面展开研究：1）以逻辑拓扑设计、权重配置和流量分割为核心的关键算法；2）MTR框架下的动态控制机制和协议；3）MTR实现复杂性分析；4）统一考虑业务量工程、快速恢复和QoS区分的综合应用，以及以网络安全为主的新应用；5）MTR思想在域间的扩展以及域内/域间联合设计；6）结合其它相关技术，改进MTR方案的性能或降低MTR方案实现复杂度的可能途径。

互联网的巨大成功也导致了设计时未曾考虑过的问题。为应对这些问题提出了许多新的方案。在此背景下，本项目重点研究了各种与业务量工程（Traffic Engineering，TE）相关的科学问题。涉及到的未来互联网技术主要有：多拓扑路由技术（Multi-Topology Routing, MTR），LISP协议（Locator-Identifier Separation Protocol），以及网络虚拟化技术。代表性成果主要包括：1）利用MTR实现鲁棒的域内TE。传统域内TE往往假定业务量矩阵是已知的。但实际上业务需求很难精确估计。因此设计对业务量动态变化不敏感的鲁棒TE方法非常重要。我们利用MTR提供的多拓扑能力将鲁棒TE问题分解为逻辑拓扑设计子问题和业务流安排子问题，并分别求解。仿真结果表明，利用MTR实现的鲁棒TE具有良好的性能。2）考虑域间路由策略的域内TE。传统域内TE不考虑域间“热土豆”路由策略的影响，导致域内网络性能降低。就此问题，我们利用MTR发展了考虑域间策略的域内TE方法。该方法下，网络性能达到最优的同时，域间最佳出口仍能得到保持。3）基于TE方法的网络服务合成技术。IP网络中实现服务合成可以利用可编程节点，将服务组成要素分布在多个可编程节点上，并引导业务流经各个可编程节点。我们利用MTR来实现这一方案，使得所需要的可编程节点数目少于现有方案。4）LISP网络中的TE方法。LISP要求实现EID-to-RLOC 的映射服务。我们发现，通过调整EID与RLOC的映射方案，可以调节网络入口流量的分布方式。据此，我们发展了基于ERMA（EID-to-RLOC Mapping Assignment）的TE方法。研究表明，这一新手段的引入可以有效改善TE的性能。5）在虚拟网络映射问题中引入动态需求。现有虚拟网络映射问题的研究往往假定需求是固定的，但实际上在云计算和数据中心中，虚拟网络的请求是不断变化的。我们对动态需求下的最佳网络映射问题进行了研究。建立了相关数学规划模型，并提出了启发式求解方法。仿真结果表明，性能比现有方法有所改善。6）利用博弈论解决多目标规划问题。TE问题中优化目标往往有多个。我们利用博弈论给出了看待多目标优化问题的新方法：多个优化目标是多个博弈者，竞争资源使用权。研究结果表明，这一方案可以得到传统多目标优化技术无法得到的折衷结果。