3GPP在R5版本中引入的多媒体通信标准体系IMS,是下一代电信技术的主要网络架构,然而IMS媒体传输模式采用完全依赖承载网络的单径传输模式,存在着端到端QoS保证困难、传输效率低等问题,已严重制约了IMS业务发展。面向重叠网络的多径传输,被认为是实现IMS媒体传输技术升级的重要方式。为实现QoS保证的多径传输,为路径选择和负载动态分配提供依据,均需依赖于传输路径QoS的测量和评价技术。面向重叠网络多径传输的QoS评价,尚没有完善的技术方案：目前的路径QoS测量均是针对于端到端或某段链路的,无法适用于存在中继节点的多径传输路径：传统的预测估计方法虽然可以弥补测量的滞后性,但为保证不失真恢复的多次采样会给网络增加大量额外负担；相关协议方面,目前主要是基于传输层协议或者ICMP协议等,RTCP协议为针对实时传输媒体路径的QoS评价,通过统计分析时延、带宽、丢包率等内容来进行评价,无法兼顾多径传输中继节点间的消息传递。结合本文基于应用中继的多径传输场景,本文重点研究以下几个方面：1)重叠网络中继节点及路径的组织管理；2)中继节点间路径QoS测量-预测机制及协议；3)端到端传输路径QoS评价协议。本文的主要研究内容及成果如下：1]分别对重叠网络路径和中继节点进行分类描述,进而量化的表征了传输路径选择度的概念,为面向重叠网络多径传输的路径管理和路径QoS评价提供依据；2)在总结传统路径QoS评价参数及其测量方法的基础上,确定本文采用时延、可用带宽作为表征路径QoS的评价参数,通过对现有测量方法的扩展,设计出基于中继控制器的中继节点间路径QoS测量机制及其交互消息格式；3)为弥补主动测量方式的不足,通过深入分析传统预测估计算法,设计出主要基于压缩感知理论的路径QoS预测模块,并给出相应的预测估计流程；4)通过对RTCP协议进行扩展,提出多径接收端报告和多径发送端报告,其为两个携带了路径ID等参数信息的新分组类型,并给出相应的交互机制,实现端到端路径的QoS评价。最后通过基于OMNeT++仿真平台的仿真测试,验证本文提出的解决方案的普适性和准确性,能够应用于面向重叠网络的基于应用中继多径传输路径QoS的评价。