对于IP网来说，其最初的设计思想是采用“尽力而为”(Best-Effort)的机制来转发数据分组，对于需要严格服务质量保证的多媒体应用，如果不采取新的技术改善目前的网络环境，则无法实现新业务的大规模应用。目前网络出现的所有服务质量问题，归根结底是由带宽不足带来的。因此，充分增加网络的带宽以使其达到用户需求，曾经是解决因特网服务质量最直接、最有效的办法。然而增加带宽要受到各种因素制约，事实上，新应用的不断出现决定了IP网络带宽的增长几乎无法完全满足业务发展的需求。因此如何合理利用IP网络的有限带宽，使其尽量能够满足那些对QoS要求较为严格的实时应用才是解决问题的关键。目前，电信业务IP化的趋势已经非常明显，特别是NGN和IMS技术的提出和不断成熟。甚至有人提出，下一代电信IP网的核心技术就是IMS。但是，NGN的QoS问题成为每一个标准化组织都不可回避的问题。NGN QoS不同于传统的IP QoS，NGN QoS希望在IP网络上为电信业务提供质量保证。NGN QoS的目标要求QoS解决方案必须将IP的网络处理机制和特定业务的QoS需求联系起来，具体地说，需要解决如下的问题：业务层与网络传输层如何交互和业务的QoS需求如何传递到底层的IP网络上；网络如何满足不同业务特定的QoS需求；网络如何区分业务和非业务流量；如何实现不同业务的QoS隔离；NGN QoS如何在现网上实施等。本论文的主要研究方向是宽带IP网，包括因特网和NGN的QoS的基本理论和有关算法、以及在高速路由器上的具体实现。论文主要研究内容和创新点可概括如下：1)研究了关于QoS的重要基础理论，包括QoS的定义、业务模型的原理及其对网络设计的影响，以及ATM技术的QoS技术特点和功能模块。总结了目前常用的数据源模型，例如语音源的On-Off模型，视频源的MMPP模型和自相似模型等。2)研究了综合服务模型(IntServ)和区分服务模型(DiffServ)两种技术，以及MPLS的基本原理和QoS能力，讨论并比较了各自的优缺点。3)提出了一种适合于Internet使用的端到端QoS模型，它集合了综合服务模型、区分服务模型和MPLS流量工程技术优点。在接入网络一侧采用综合服务技术，而在核心网络采用基于IP的MPLS加上区分服务技术，兼顾了扩展性和QoS保证精度的问题，对具体建网有一定的指导意义。4)提出了一个能够改善TCP连接性能的双向资源预留方案。由于TCP连接的特性，单向的资源预留是不够的。通过仿真，我们可以看到，双向资源预留对TCP连接性能的提高。这也为考虑TCP业务的性能提供了一个思路。5)实现了在核心路由器中，提供满足10Gbps线速处理的多个QoS模块(文中只描述了METER、WRED以及分级报文调度机制)。本核心路由器正在产品化中。在每个模块只有57个时钟周期处理时间的情况下，对微引擎上的每条指令都经过了详细的研究和精确的设计。讨论了在高速网络中OoS机制实现的必要性和难点，本实现方法和机制为高速网的QoS实用以及今后的QoS研究都具有很强的现实与指导意义。6)讨论了各个标准化组织对NGN网络技术的发展研究，分析了业务层与传输层分离的网络结构对IP QoS提出的新问题。7)研究了在NGN网络中，当路由器只提供区分服务的粗粒度QoS保证下，能否对聚合流中的每个流也提供QoS保证。单个业务流和聚合流的丢包率有何不同。根据这些研究，我们总结了相应的设计指导，这对于解决这个NGN QoS问题是一个重要的突破。给出了一种解决方案，基本解决了单个流在聚合流中不能得到很好QoS保证的问题。对NGN中业务层与传输层分离的结构实用化很有帮助。本论文的研究涵盖了ATM、IP、NGN网络的QoS基本理论和相关问题，提出了一些针对性的算法、模型和方案，并在高速路由器中实现了QoS机制。