目前各种类型的应用在互联网上层出不穷,为了保证时延和带宽敏感应用的使用效果,需要一个良好的服务质量保障（QoS）机制。目前的网络体系结构和交付模式很难满足时延和带宽敏感应用的服务质量需求。软件定义网络（SDN）的出现,为上述问题的出现提供了新的解决思路。论文首先分析了SDN网络架构,总结了基于SDN的QoS技术研究现状。在此基础上,针对广域网情况下的网络服务质量的优化需求,设计了一种基于层次化多控制器的多约束多目标路由优化算法。给出层次化多控制器协同体系结构,将控制平面划分为多个层次。总控制器具有全局视图,区域控制器负责本区域网络中的资源控制;设定了总控制器和域控制器之间的信息交互内容。针对通讯类应用对时延敏感程度很高,算法设计按照对时延敏感程度的不同,将请求流分为时延敏感流和其他流。除了保证各数据流服务质量外,算法设计的目标是最大限度的保证时延敏感流的请求,并更好的利用网络资源。为时延敏感流分配最大可用带宽、最小时延路径,为其他请求流分配符合约束的最小可用带宽路径,有效平衡网络资源利用率。层次化多控制器的多约束多目标路由优化算法在保障数据流服务质量的情况下提高资源分配效率。当链路发生故障时候,会严重影响服务质量。为了更好的保证请求流服务质量,在上述多约束多目标路由优化算法的基础上,提出了故障恢复路由策略。设定多约束多目标路由优化算法在计算目标主路径的同时,同时计算端到端备份路径。这样既解决了路径备份方案,又提高了算法使用性能。为了确保故障恢复路由策略的完整性,方案采用主动方式和被动方式相结合的方式,在备份路径无法启用时,从故障节点的前一个节点开始重新规划路径。最后使用仿真工具Mininet,搭建Ryu控制器对算法进行仿真验证。仿真结果表明,与传统的多约束路由算法相比,该算法不仅保证了时延敏感流的服务质量,并且降低了传播延迟,提高了网络负载均衡。