随着因特网(Internet)技术飞速发展,多媒体等各种实时业务不断涌现,对基于分组交换、提供尽力(Best Effort)数据包转发服务的IP网络提出了QoS(Quality of Service)要求。本文系统介绍了IP网络QoS控制的研究现状,综合分析涉及IP网络QoS保证的关键技术,并对现有研究成果及其尚未解决的问题进行了讨论。在此基础上,本文对IP网络提供具有规模可扩展性QoS的若干问题进行了深入研究,主要创新涉及流量聚集调度中聚集策略和调度策略,多QoS制约路径选择问题,分布式、并行的准入控制方案,以及结合IPv6网络的综合QoS网络模型等四个方面。第一,在流量聚集调度方面,提出一新型基于微流有效隔离的公平聚集器(Fair Aggregator for Flows Isolation,简称“FAFI”)。FAFI可实现对微流的高效聚集,并通过类似于EDF(Early Deadline First)的思想,对聚集完成的宏流进行过滤和排序等预处理,并按照WF2Q(Worst-Case Fair Weighted Fair Queueing)调度策略,对预处理后的宏流进行调度转发。FAFI解决了在基于流量聚集调度模式中,同一宏流内部的各竞争微流之间的突发流量对数据包传输延迟产生影响的问题。文章通过严格的数学推理与演算,证明聚集模型的有效性,并对数据包端到端网络传输延迟上限进行了定量分析。第二,在多目标QoS路径选择问题上,本文提出了一基于遗传算法进行多目标优化QoS路径选择算法(Multi-Objective Genetic Algorithms forPath Selecting,简称“MOGA-PS”)。该算法可高效实现对多个QoS目标同时进行优化计算,一方面改进现有路径选择算法优化一个目标,然后检查剩余目标是否到达要求的做法;另一方面也有效消除一些算法把多个目标线性加权组合,然后对组合目标进行优化的人为逻辑,因为对不同性质的QoS约束进行加权组合往往毫无物理意义。通过实验研究,本文提出算法具有较好计算特性(如算法的规模可扩展性、收敛性等)和功能特性(如阻塞率等)。第三,在准入控制方面本文提出一全新的分布式和并行准入控制模式(Distributed and Parallel Admission Control,简称“DPAC”)。DPAC采用基于带宽预划分的虚链路机制,使域内各边界路由器只需根据其本地信息库,进行快速、正确、并发、和完全分布式的准入决策。同时,模型引入一全新的两阶段令牌传递机制,用于自适应优化核心资源在不同边界路由器之间的预分配比例。通过仿真,DPAC表现出较好的准入控制响应性能,较低的数据包丢失率,和较高的网络资源利用率。第四,本文提出了一适用于IPv6网络的全新QoS框架(DistributedAdaptive Resource Management,简称“DARM”)。DARM框架主要包括一全新基于IPv6流标签的虚拟路径机制和数据包转发机制,以及自适应分布式资源定向探测过程。该框架不需要逐跳的QoS信令传递过程以及在网络核心维护每流的状态。因此,该框架兼有IntServ(IntegratedServices)模型的QoS保证水平和DiffServ(Differentiated Services)模型的系统规模可扩展性。通过大量仿真,验证了该QoS网络框架相对于IntServ和DiffServ网络模型而言,具有较好的综合性能。