随着以云计算、物联网、大数据为代表的新一代信息技术的不断发展,互联网已经渗透到人类生产生活、经济社会的方方面面。“互联网+各行各业”将互联网的创新成果深度融合于经济社会各领域之中,形成更广泛的以互联网为基础设施和实现工具的经济发展新常态。然而,当今互联网IP地址的语义过载和薄弱的服务定制能力制约着“互联网+”的进一步发展,使得业务需求与网络基础能力之间的差距愈发显著。因此,如何快速、灵活和高效地提供多样化的网络服务成为未来网络研究中的热点和难点。传统网络路由系统以其简单健壮的特性很好地完成网络互连和数据传递任务,但面对多样化的服务需求,结构固定和功能单一的传统路由系统显得力不从心。目前,路由系统主要面临两个方面的挑战：首先,如何适应不断增大的网络规模,提高路由系统的可扩展性；其次,如何在千变万化的业务特性和千差万别的服务质量需求下提高路由系统的服务能力。在这一背景之下,本文对可重构基础网络中多态路由关键技术进行了分析和研究,试图在增强网络的互联传输能力方面探索一条行之有效的技术路径。论文针对如何提高路由的可扩展性和多样化服务能力方面的问题,基于身份与位置分离架构和功能分解组合的思想,提出了可重构基础网络的多态路由模型,并在此基础之上,研究了多态路由模型的身份与位置映射解析系统、节点内的多态派生方法和节点间的服务路径选择方法。基于研究成果,依托于《可重构信息通信基础网络体系》研制需求,构建了一种能够支持多种网络体系和路由协议共存的多态路由原型系统。概括起来,论文的主要研究成果有以下几点：1.提出了一种可重构基础网络中的多态路由模型。该模型在身份与位置分离的基础之上,基于功能分解与组合的思想,将传统路由协议和网络服务分解为基本功能单元,称为路由元能力,通过对不同路由元能力实例的动态组合实现个性化定制路由机制的派生。多态路由模型核心包含三部分,一是路由服务描述,用统一的数学形式刻画业务的路由服务需求；二是基态路由,是路由元能力实例的集合；三是多态派生,是实现基态路由到多态路由关键。通过路由结构的自组织和路由功能的自调节,多态路由模型能够实现路由和业务之间的自匹配以及为多样化的业务提供多样化的路由服务。实例研究和仿真结果表明,多态路由模型下的内容传输、服务迁移和移动性支持相比于传统网络具有一定的优势。2.针对当前映射解析系统存在的可扩展性和映射解析时延过高的问题,提出了一种基于位置感知DHT的分层映射解析系统(LMChord, Locality-Aware Multi-Level Chord)。该系统采用分层嵌入的结构,基本思想是将映射表项存储于本地DHT域中,在本地DHT域之上构建高层的DHT域作为本地DHT域之间沟通联系的桥梁,实现“分而治之”。针对传统DHT机制存在的物理和逻辑拓扑不一致问题,提出一种位置感知DHT构建算法,该算法将位置感知DHT的构建过程建模为马尔科夫决策过程,并提出了求解该过程的马尔科夫决策构建算法,用于构建LMChord系统中的DHT域。仿真实验结果表明,LMChord能够显著降低映射解析时延和提升路由性能,相比于其它映射解析系统,平均映射解析时延和平均一跳时延分别至少降低了7.97%和13.54%。3.针对节点内多态路由协议的派生问题,提出了一种基于马尔科夫近似的多态派生算法(PDMA, Polymorphic Derivation based on Markov Approximation)。论文将多约束条件下的多态派生问题建模为一个多维多选择的背包问题。为了更好地求解该组合优化问题,通过log-sum-exp函数将该问题近似为一个马尔科夫近似问题,该问题的最优解为一类时间可逆马尔科夫链的静态分布,马尔科夫链的状态为路由元能力实例组合链,静态分布为该组合链所运行的时间比例,通过设计分布式算法实现此类马尔科夫链的状态转移即是根据网络状态动态重构多态路由协议实例,达到网络效用的近似最优。实验结果表明,该算法能有效派生多态路由协议和提升网络整体效用,与遗传算法相比,在组合成功率相当的情况下,该算法的运行时间降低了20%以上,网络效用至少提升了5%以上。4.针对多态路由模型数据平面节点间可能存在多条满足业务需求的服务路径问题,提出了一种基于粒子群优化的多目标多约束最优服务路径选择算法(MOPSO, Multiple-Objective Optimal Service Path Selection Algorithm)。针对服务路径选择问题,给出了服务路径优劣的评价指标。基于这些评价指标,将多目标多约束的最优服务路径选择问题建模为粒子群优化模型,利用粒子群优化的并行搜索特性提高最优服务路径的搜索速度,并设计了一种适合于求解该模型的粒子群优化算法。实例验证和仿真结果都表明,MOPSO算法无论问题和种群规模大小都能获得近似最优解。与遗传算法相比,在获得相同最优解的情况下,该算法具有较小的振荡和迭代次数。5.设计和实现了一种能够支持多种网络体系和路由协议共存的多态路由原型系统。该系统基于NetFPGA开放可编程硬件平台,以OpenVZ虚拟化技术和Quagga路由可编程控制平台为核心,实现了一种面向多样业务支持多种网络体系结构共存的路由解决方案。在控制平面,首先利用OpenVZ虚拟出多个虚拟容器,然后采用Quagga路由控制软件在不同虚拟容器实现不同路由协议。在数据平面,采用可编程NetFPGA10G平台来实现数据报文的灵活自定义高效查表转发。并通过真实网络环境下的测试,验证了多态路由原型系统功能和性能。