面向服務(wù)的未來互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)與機制研究

1、項目名稱：面向服務(wù)的未來互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)與機制研究首席科學(xué)家：劉韻潔 中國科學(xué)院計算技術(shù)研究所起止年限：依托部門：中國科學(xué)院一、關(guān)鍵科學(xué)問題及研究內(nèi)容現(xiàn)行互聯(lián)網(wǎng)是基于TCP/IP體系結(jié)構(gòu)建立的，其假設(shè)用戶和終端是可信和智能的，網(wǎng)絡(luò)本身僅僅需要提供盡力而為的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)，這種理念符合最初以主機互聯(lián)和資源共享為主要目標(biāo)的互聯(lián)網(wǎng)設(shè)計需求。隨著應(yīng)用及計算模式的日益豐富及社會對互聯(lián)網(wǎng)依賴程度的增強，互聯(lián)網(wǎng)接入方式和網(wǎng)絡(luò)功能定位發(fā)生了巨大的改變，TCP/IP體系結(jié)構(gòu)已經(jīng)無法滿足互聯(lián)網(wǎng)持續(xù)發(fā)展的需求，在可擴展性、動態(tài)性以及安全可控性等方面呈現(xiàn)出無法解決的問題。為了從根本上解決上述問題，適應(yīng)互聯(lián)網(wǎng)未來持續(xù)發(fā)展

2、的需求，需要設(shè)計新的互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)并研究相關(guān)關(guān)鍵機理。本項目中，新的體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計主要考慮下面兩個因素：（一）轉(zhuǎn)變互聯(lián)網(wǎng)設(shè)計理念：從傳輸通道到服務(wù)池在互聯(lián)網(wǎng)設(shè)計之初，用戶主要關(guān)注與特定位置的其他用戶實現(xiàn)互聯(lián)，按照該場景設(shè)計的TCP/IP體系結(jié)構(gòu)能夠很好地滿足這種需求。而如今，互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用范圍已經(jīng)遠遠超越了互聯(lián)網(wǎng)設(shè)計初衷，成為當(dāng)前信息社會的重要基礎(chǔ)設(shè)施之一。用戶更關(guān)注的是服務(wù)本身，例如信息搜索、內(nèi)容分享、云計算服務(wù)等，而不再特別關(guān)注服務(wù)提供者的位置。從這一設(shè)計理念來說未來的互聯(lián)網(wǎng)有理由被看作是服務(wù)池，而不是簡單的數(shù)據(jù)傳輸通道。（二）硬件技術(shù)進步：新的互聯(lián)網(wǎng)設(shè)計理念的支撐技術(shù)硬件技術(shù)按照摩爾定律快速

3、發(fā)展，計算和存儲價格也以近乎直線的速度下降。研究報告指出過去25年每字節(jié)的存儲價格以每周3%的速度下降。恰恰相反，長距離傳輸?shù)膬r格卻幾乎保持不變，而且高于存儲的價格38。這種變化促使我們考慮用存儲和計算來換取帶寬，即在網(wǎng)絡(luò)中增加存儲和計算功能，從而把紛繁復(fù)雜的服務(wù)推向距離用戶更近的位置，提升互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)的性能，提高用戶的服務(wù)質(zhì)量。綜上，本項目旨在研究面向服務(wù)的未來互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)，服務(wù)可以理解為“數(shù)據(jù)”和“處理”的結(jié)合體，其中“處理”包含對數(shù)據(jù)的計算和存儲。該體系結(jié)構(gòu)的基本理念是以服務(wù)驅(qū)動路由，增加網(wǎng)絡(luò)側(cè)的智能使得互聯(lián)網(wǎng)成為集傳輸、存儲和計算為一體的服務(wù)池。新的體系結(jié)構(gòu)遵循沙漏模型（又稱細腰模型）

4、，在細腰位置將TCP/IP結(jié)構(gòu)中的IP地址替換成服務(wù)標(biāo)識（圖1）。細腰模型使得面向服務(wù)的未來互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)具有更好的靈活性和可擴展性：為紛繁復(fù)雜的上層服務(wù)提供支持，同時也可以連接到各式各樣的下層傳輸網(wǎng)絡(luò)上。基于細腰模型的互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)都需要解決三個問題：1）細腰部分的作用；2）細腰與上層的交互機理；3）細腰與下層的交互機理。由此，本項目需要解決以下三個關(guān)鍵科學(xué)問題：- 傳輸和服務(wù)的動態(tài)復(fù)雜耦合問題（細腰部分的作用）。- 海量差異化服務(wù)透明映射問題（細腰與上層的交互機理）。- 可擴展服務(wù)路由與高效傳輸問題（細腰與下層的交互機理）。圖1 項目的科學(xué)問題及其定位2.1 關(guān)鍵科學(xué)問題（1）科學(xué)問題之一

5、：傳輸和服務(wù)的動態(tài)復(fù)雜耦合問題本科學(xué)問題旨在解決如何在網(wǎng)絡(luò)中增加智能，使之成為支持計算、存儲和傳輸功能的服務(wù)池的問題，其中的關(guān)鍵問題包括： 服務(wù)命名和統(tǒng)一標(biāo)識理論借鑒網(wǎng)絡(luò)分層模型，探索位置無關(guān)的、層次化服務(wù)命名體系和統(tǒng)一標(biāo)識理論。 設(shè)備的虛擬化智能化機理傳輸和服務(wù)的耦合需要基于路由設(shè)備來實現(xiàn)，包括路由設(shè)備如何存儲服務(wù)內(nèi)容，如何感知用戶服務(wù)需求，如何基于服務(wù)內(nèi)容進行路由決策等。 服務(wù)能力共享方法服務(wù)能力共享解決服務(wù)來源多樣化的問題，包括網(wǎng)絡(luò)如何獲取和管理服務(wù)資源，如何根據(jù)服務(wù)性能最大化需求選擇合適的服務(wù)提供方式滿足用戶需求，如何設(shè)計基于協(xié)作的分布式服務(wù)存儲機制并實現(xiàn)服務(wù)在不同節(jié)點之間的動態(tài)遷移等

6、。（2）科學(xué)問題之二：海量差異化服務(wù)透明映射問題本科學(xué)問題旨在解決三層模型中細腰層對上層的支持以及這兩個層次之間的高效交互問題，其中的關(guān)鍵問題包括： 服務(wù)描述模型實現(xiàn)差異化服務(wù)的統(tǒng)一透明映射，首先需要解決服務(wù)描述問題，包括如何從元建模的角度，研究統(tǒng)一的服務(wù)屬性描述元模型，如何界定服務(wù)與具體應(yīng)用之間的關(guān)系，如何使得服務(wù)屬性模型具有可擴展性以適應(yīng)未來業(yè)務(wù)創(chuàng)新的需求，如何確保服務(wù)的安全與可信。 服務(wù)標(biāo)識統(tǒng)一映射方法在服務(wù)屬性模型細致刻畫服務(wù)的基礎(chǔ)上，研究基于不確定信息的服務(wù)屬性模型到服務(wù)統(tǒng)一標(biāo)識的透明映射理論和方法，包括服務(wù)標(biāo)識的分層結(jié)構(gòu)設(shè)計、屬性的標(biāo)識映射方法等。（3）科學(xué)問題之三：可擴展服務(wù)路由

7、與高效傳輸問題本科學(xué)問題旨在解決三層模型中細腰層對下層的覆蓋及這兩個層次之間的高效交互問題，其中的關(guān)鍵問題包括： 服務(wù)路由機理與地址或者內(nèi)容不同，服務(wù)具有更加豐富的屬性，而且屬性是動態(tài)的，需要根據(jù)服務(wù)的多維屬性，動態(tài)選擇路由。研究服務(wù)屬性的感知機理，服務(wù)屬性標(biāo)識到服務(wù)位置的映射方法以及自適應(yīng)路由選擇。 網(wǎng)絡(luò)高效互聯(lián)與智能傳輸機理網(wǎng)絡(luò)的高效互聯(lián)與智能傳輸是提升海量用戶服務(wù)請求映射效率的重要措施，包括如何利用節(jié)點的存儲和計算能力提升網(wǎng)絡(luò)的傳輸性能，如何設(shè)計符合數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)特征和流量統(tǒng)計分布特性的流量控制策略。 網(wǎng)絡(luò)科學(xué)模型準(zhǔn)確的網(wǎng)絡(luò)科學(xué)模型是研究海量服務(wù)高效傳輸?shù)那疤岷突A(chǔ)，包括未來復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下

8、的用戶行為模型、服務(wù)行為模型、網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)流量模型、網(wǎng)絡(luò)拓撲模型等。2.2 研究內(nèi)容針對以上三個關(guān)鍵科學(xué)問題，在未來互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)及相關(guān)機理研究方面，本項目擬開展五個方面的研究（研究內(nèi)容和關(guān)鍵科學(xué)問題的關(guān)系見圖2）：面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)層次模型及理論、評估及驗證方法服務(wù)標(biāo)識及遷移機理高效路由與智能傳輸機理安全與可信機理網(wǎng)絡(luò)科學(xué)模型圖2 研究內(nèi)容與關(guān)鍵科學(xué)問題之間的關(guān)系（1）體系結(jié)構(gòu)層次模型及理論、評估與驗證方法充分分析互聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)狀、需求以及未來互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展趨勢，探索以服務(wù)為中心的未來互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)，研究基于海量數(shù)據(jù)的大規(guī)?；ヂ?lián)網(wǎng)生長機理，研究服務(wù)驅(qū)動的路由機制，研究網(wǎng)絡(luò)虛擬化和可編程關(guān)鍵技術(shù)，設(shè)計支持

9、可編程、虛擬化的未來互聯(lián)網(wǎng)路由節(jié)點模型。創(chuàng)建未來互聯(lián)網(wǎng)實驗環(huán)境，為體系結(jié)構(gòu)及相關(guān)機理的研究、設(shè)備原型研發(fā)提供評估和驗證環(huán)境，研究未來互聯(lián)網(wǎng)的性能評估方法，設(shè)計性能評價指標(biāo)體系，驗證基于本項目成果建設(shè)的未來互聯(lián)網(wǎng)的功能和性能。（2）服務(wù)標(biāo)識及遷移機理針對紛繁復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，研究服務(wù)的描述及統(tǒng)一標(biāo)識理論，探索位置無關(guān)的、層次化的、可擴展的服務(wù)命名體系；根據(jù)用戶及網(wǎng)絡(luò)行為，研究環(huán)境上下文敏感的服務(wù)動態(tài)遷移方法及大規(guī)模復(fù)雜服務(wù)的本地化自適應(yīng)運行機制；針對由于服務(wù)遷移造成的多服務(wù)副本分散運行情況，研究服務(wù)的一致性管理和自動維護方法；從服務(wù)可靠性的角度，研究服務(wù)隔離模型以及路由節(jié)點多服務(wù)多租戶的運行方法。

10、（3）高效路由與智能傳輸機理針對未來互聯(lián)網(wǎng)面臨的提供復(fù)雜服務(wù)與傳輸海量信息等需求，研究面向服務(wù)和信息的高效路由與智能傳輸機理，重點解決可擴展服務(wù)路由協(xié)議、海量信息轉(zhuǎn)發(fā)與分布式存儲、面向服務(wù)的智能傳輸控制、服務(wù)與網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的感知技術(shù)、以及網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)等關(guān)鍵問題，實現(xiàn)對超大規(guī)模服務(wù)及海量信息的高效支持，提高網(wǎng)絡(luò)路由和傳輸?shù)男阅芎托省＃?）安全與可信機理針對以服務(wù)為中心的未來互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的安全與可信問題，從未來互聯(lián)網(wǎng)安全架構(gòu)、互聯(lián)網(wǎng)訪問控制機制、服務(wù)安全性的自包含驗證機制、服務(wù)定位的安全保障機制、服務(wù)遷移的安全保障機制、在線監(jiān)控和網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)機制等多個方面開展研究，在網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中內(nèi)嵌服務(wù)驗證、訪問

11、控制、監(jiān)控審計、隱私保護等基礎(chǔ)安全功能，為構(gòu)建安全可信和可控可管的未來互聯(lián)網(wǎng)奠定基礎(chǔ)。（5）網(wǎng)絡(luò)科學(xué)模型通過研究用戶主體特征等基本要素，挖掘用戶的業(yè)務(wù)使用偏好，刻畫未來互聯(lián)網(wǎng)用戶行為模型。針對典型服務(wù)，刻畫網(wǎng)絡(luò)服務(wù)行為的靜態(tài)和動態(tài)特征，構(gòu)建未來互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)行為模型。研究業(yè)務(wù)感知的流量建模及識別方法，構(gòu)建未來互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)流量模型。通過對大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)的采樣，刻畫未來互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓撲模型。研究未來互聯(lián)網(wǎng)組織治理與運行機制，建立組織激勵及互動博弈模型并提出可持續(xù)性生態(tài)鏈發(fā)展機制。研究未來互聯(lián)網(wǎng)對社會經(jīng)濟活動的影響。二、預(yù)期目標(biāo)針對互聯(lián)網(wǎng)面臨的可擴展性、動態(tài)性、安全可控性等問題，圍繞著傳輸與服務(wù)的動態(tài)復(fù)雜耦

12、合、海量差異化服務(wù)的透明映射以及可擴展服務(wù)路由與高效傳輸?shù)热齻€關(guān)鍵科學(xué)問題，研究未來互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)，在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計與運行機理層面取得重大突破，形成一系列核心理論和機理方法。預(yù)期創(chuàng)新成果包括：- 提出適合未來計算模式的以服務(wù)為中心的未來互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)層次模型。新的體系結(jié)構(gòu)以網(wǎng)絡(luò)服務(wù)驅(qū)動路由，是一種支持演進式革命的未來互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)。路由機制根據(jù)服務(wù)屬性及網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的變化，自適應(yīng)地進行服務(wù)與網(wǎng)絡(luò)資源最優(yōu)映射。設(shè)計可編程、虛擬化的未來互聯(lián)網(wǎng)節(jié)點模型，支持新型體系結(jié)構(gòu)和服務(wù)路由機制。- 提出面向未來互聯(lián)網(wǎng)的性能評估體系和測試驗證技術(shù)。針對未來互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵科學(xué)問題及其研究內(nèi)容，研究面向未來互聯(lián)網(wǎng)的性能指標(biāo)體系

13、，建立相應(yīng)的性能評估模型，提出一套測試評價方法，構(gòu)建虛擬化、可編程的新型網(wǎng)絡(luò)實驗環(huán)境，對本項目形成的未來互聯(lián)網(wǎng)理論和關(guān)鍵技術(shù)進行原理性驗證。- 提出海量服務(wù)統(tǒng)一可擴展標(biāo)識理論和環(huán)境敏感的服務(wù)遷移及本地化自適應(yīng)方法。針對新型體系結(jié)構(gòu)下服務(wù)的標(biāo)識及遷移問題，提出統(tǒng)一的服務(wù)描述元模型，建立服務(wù)標(biāo)識的高效映射機制，形成環(huán)境敏感的服務(wù)動態(tài)遷移及自適應(yīng)運行和管理機制。- 提出面向服務(wù)和信息的網(wǎng)絡(luò)高效路由與智能傳輸機理。網(wǎng)絡(luò)結(jié)點設(shè)備不但具有通信功能，還具有計算和存儲的功能，網(wǎng)絡(luò)結(jié)點支持分布式存儲及信息轉(zhuǎn)發(fā)，實現(xiàn)“網(wǎng)絡(luò)層P2P”和“就近服務(wù)”，實現(xiàn)對大規(guī)模服務(wù)及海量信息的高效網(wǎng)絡(luò)支持。- 提出面向服務(wù)和數(shù)據(jù)內(nèi)

14、容的細粒度系統(tǒng)性安全機理。針對面向服務(wù)的未來互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)，通過建立未來互聯(lián)網(wǎng)安全架構(gòu)、開展互聯(lián)網(wǎng)訪問控制機制、服務(wù)安全性的自包含驗證機制、服務(wù)定位及遷移的安全保障機制、在線監(jiān)控和網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)機制等的研究，解決未來互聯(lián)網(wǎng)面臨的安全與可信問題。- 提出未來互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)科學(xué)模型。以需求特征和網(wǎng)絡(luò)測量為基礎(chǔ)，從用戶行為、服務(wù)行為、網(wǎng)絡(luò)流量、網(wǎng)絡(luò)拓撲多方面給出未來互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)科學(xué)模型，提出未來互聯(lián)網(wǎng)組織治理和可持續(xù)性生態(tài)鏈發(fā)展機制。通過本項目的實施，達成以下目標(biāo)：（1）設(shè)計面向服務(wù)的未來互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)，形成一系列互聯(lián)網(wǎng)基本理論和方法；（2）針對未來互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)標(biāo)識及遷移、高效路由與傳輸以及安全與可信機理，提出原

15、創(chuàng)性、系統(tǒng)性解決方案；（3）建設(shè)支持未來互聯(lián)網(wǎng)持續(xù)創(chuàng)新的試驗床，實現(xiàn)并驗證體系結(jié)構(gòu)和理論方法；（4）在ACM/IEEE等權(quán)威SCI學(xué)術(shù)刊物和頂級學(xué)術(shù)會議（NSDI、Sigcomm、Sigmetrics、Infocom、CoNEXT、WWW、ICNP、DSN、IMC、ICDCS等）上發(fā)表高水平論文100篇以上，申請國內(nèi)外核心發(fā)明專利50件以上，提交標(biāo)準(zhǔn)化草案/文稿5件以上（未來互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的研究目前還處于探索階段，在項目執(zhí)行周期內(nèi)使相關(guān)技術(shù)接納為正式標(biāo)準(zhǔn)不太現(xiàn)實）；（5）為國家培養(yǎng)一批從事未來互聯(lián)網(wǎng)研究的青年學(xué)術(shù)帶頭人和研究隊伍。本項目的成果應(yīng)用可從根本上改變互聯(lián)網(wǎng)的服務(wù)模式和通信模式，全方位

16、提升用戶的服務(wù)體驗，使互聯(lián)網(wǎng)在人類生活和社會發(fā)展中發(fā)揮更大、更重要的作用。同時，本項目研發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)和系統(tǒng)可以產(chǎn)生顯著的社會效益和經(jīng)濟效益，為未來十年我國由網(wǎng)絡(luò)大國向網(wǎng)絡(luò)強國轉(zhuǎn)變做出實質(zhì)性的貢獻。三、研究方案4.1 總體研究思路本項目擬研究面向服務(wù)的未來互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)SOFIA（Service-Orientated Future Internet Architecture），并探索相關(guān)核心機理。SOFIA的基本思想是以服務(wù)標(biāo)識為核心進行路由，將互聯(lián)網(wǎng)設(shè)計為集傳輸、存儲和計算功能于一體的服務(wù)池。與基于TCP/IP體系結(jié)構(gòu)的互聯(lián)網(wǎng)相比，基于SOFIA體系結(jié)構(gòu)的互聯(lián)網(wǎng)具有更多的智能，終端僅需要表達服

17、務(wù)需求，網(wǎng)絡(luò)會自動完成服務(wù)定位、傳輸及資源動態(tài)調(diào)度等功能為用戶提供服務(wù)，這種設(shè)計理念適應(yīng)了互聯(lián)網(wǎng)終端異構(gòu)化的現(xiàn)實需求。SOFIA體系結(jié)構(gòu)是一種革命型（Clean-slate）體系結(jié)構(gòu)設(shè)計思路，將充分借鑒TCP/IP體系結(jié)構(gòu)的優(yōu)點和成功經(jīng)驗，以面向服務(wù)為核心設(shè)計理念，在體系結(jié)構(gòu)和核心機理層面進行有針對性地研究，解決互聯(lián)網(wǎng)面臨的可擴展性、動態(tài)性、安全可控性等問題。在SOFIA體系結(jié)構(gòu)中，以服務(wù)標(biāo)識作為沙漏模型的細腰，并以服務(wù)標(biāo)識驅(qū)動路由和數(shù)據(jù)傳輸。服務(wù)是由一組多維度屬性標(biāo)識，即，其中是服務(wù)的第個屬性。屬性可以是靜態(tài)的，如文件名、作者等，也可以是動態(tài)可調(diào)整的，如服務(wù)的優(yōu)先級等。服務(wù)標(biāo)識是服務(wù)的邏輯描

18、述，與之對應(yīng)的是服務(wù)的位置。服務(wù)標(biāo)識和地址的映射信息在服務(wù)啟動時注冊到互聯(lián)網(wǎng)上，注冊信息由路由器分布式保存（如基于分布式哈希表）。標(biāo)識和位置分離的思想有助于物理地址的聚合，解決互聯(lián)網(wǎng)核心路由器路由表膨脹的問題，也有助于對移動計算的高效支持。在服務(wù)在移動時，服務(wù)位置將發(fā)生變化，但服務(wù)標(biāo)識并不會發(fā)生改變，以服務(wù)標(biāo)識為驅(qū)動的路由對上層屏蔽了地址的變化，保障了服務(wù)的連續(xù)。服務(wù)請求以服務(wù)標(biāo)識驅(qū)動，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中保存的注冊信息實現(xiàn)標(biāo)識到地址的映射，從而實現(xiàn)服務(wù)的定位。映射和定位操作均由網(wǎng)絡(luò)完成，減輕了終端的負載，適應(yīng)了終端異構(gòu)化、弱智能化等趨勢。如果服務(wù)在本地網(wǎng)絡(luò)，服務(wù)請求也可由服務(wù)標(biāo)識直接定位，無需進行地址

19、映射等操作。SOFIA互聯(lián)網(wǎng)是集傳輸、存儲和計算的服務(wù)池。路由節(jié)點除具有傳統(tǒng)的路由查找、數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)等功能外，還具有存儲和計算功能。路由節(jié)點緩存那些經(jīng)常被訪問的靜態(tài)數(shù)據(jù)服務(wù)（如流行的音視頻等），而計算功能使得服務(wù)遷移到路由節(jié)點成為可能。存儲和計算功能增強了網(wǎng)絡(luò)的智能，解決了流量激增帶來的互聯(lián)網(wǎng)擴展性問題，提高了用戶服務(wù)質(zhì)量。存儲從另一方面提供了數(shù)據(jù)包的存儲轉(zhuǎn)發(fā)功能，解決了DTN（Delay Tolerant Network）網(wǎng)絡(luò)、物聯(lián)網(wǎng)等接入問題。路由節(jié)點存儲采用網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)對存儲空間和傳輸效率進行優(yōu)化利用，而服務(wù)遷移采用輕量級虛擬機技術(shù)在路由節(jié)點上實現(xiàn)服務(wù)隔離和動態(tài)遷移。SOFIA網(wǎng)絡(luò)提供網(wǎng)絡(luò)

20、虛擬化功能，利用組合優(yōu)化基本理論形成虛擬網(wǎng)絡(luò)到物理網(wǎng)絡(luò)的近似最優(yōu)化映射。不同的虛擬網(wǎng)絡(luò)擁有不同的資源，可根據(jù)需要承載不同的服務(wù)，滿足服務(wù)多樣性的需求。SOFIA根據(jù)服務(wù)的需求和網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，實時感知用戶行為、服務(wù)分布以及網(wǎng)絡(luò)拓撲、網(wǎng)絡(luò)流量等網(wǎng)絡(luò)資源狀態(tài)，動態(tài)調(diào)整網(wǎng)絡(luò)資源，實現(xiàn)服務(wù)質(zhì)量和網(wǎng)絡(luò)資源的可管控。服務(wù)的需求由服務(wù)標(biāo)識中的某些屬性表示，網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)由路由節(jié)點中的性能監(jiān)測功能提供。SOFIA體系結(jié)構(gòu)提供內(nèi)在的安全機制，采用認證鑒權(quán)機制確保只有合法的服務(wù)提供者和服務(wù)請求者才可以訪問網(wǎng)絡(luò)，設(shè)計一系列安全機制確保服務(wù)注冊、服務(wù)遷移、服務(wù)查詢、服務(wù)獲取等各個環(huán)節(jié)都處于安全可控的狀態(tài)。SOFIA從體系結(jié)構(gòu)、路

21、由、存儲、計算、傳輸各個層面系統(tǒng)地提出未來網(wǎng)絡(luò)安全性設(shè)計機理，保證未來互聯(lián)網(wǎng)傳輸通道、基礎(chǔ)設(shè)施與應(yīng)用的安全與可信。SOFIA體系結(jié)構(gòu)將在由可編程虛擬化路由器搭建的試驗床上驗證和評估。可編程虛擬化路由器結(jié)合硬件高速處理和軟件靈活編程的特性，具有可編程、虛擬化和高性能特點。不同的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議靈活實現(xiàn)，且可以互相獨立的運行，為多種協(xié)議、多種體系結(jié)構(gòu)的并發(fā)運行和驗證提供了基礎(chǔ)?；谏鲜鰧OFIA體系結(jié)構(gòu)基本設(shè)計思路和技術(shù)特征的分析，本項目具體的技術(shù)路線如圖3所示，從要素把握出發(fā)，研究核心機理，最后通過試驗床進行驗證。要素把握主要關(guān)注網(wǎng)絡(luò)行為科學(xué)模型，而核心機理從體系結(jié)構(gòu)、服務(wù)標(biāo)識與遷移、互聯(lián)與傳輸、安全

22、與可信四個方面展開深入研究，最后試驗評估借助可編程虛擬化路由器搭建試驗床，開展性能評估。圖3 項目總體技術(shù)路線圖4.2 技術(shù)路線及可行性根據(jù)項目的總體技術(shù)路線和主要研究內(nèi)容，計劃采取以下技術(shù)途徑設(shè)計未來互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)并研究相關(guān)機理。（1）體系結(jié)構(gòu)層次模型及理論借鑒TCP/IP體系結(jié)構(gòu)的成功經(jīng)驗，遵循沙漏分層模型，構(gòu)建以服務(wù)為中心的未來互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)模型，定義各層功能和上下層接口。應(yīng)用系統(tǒng)論等基礎(chǔ)理論和方法，分析未來互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)模型的擴展性和生存性等性能。根據(jù)服務(wù)屬性及網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的變化，自適應(yīng)地進行服務(wù)與網(wǎng)絡(luò)資源最優(yōu)映射，形成服務(wù)感知的路由機制。基于并行多核及虛擬機技術(shù)，研究可編程及虛擬化方法，

23、設(shè)計支持未來互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的節(jié)點模型，為未來互聯(lián)網(wǎng)的實現(xiàn)和部署奠定基礎(chǔ)。（2）體系結(jié)構(gòu)評估與驗證方法利用可編程虛擬化路由器等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備構(gòu)成未來互聯(lián)網(wǎng)骨干實驗網(wǎng)絡(luò)，利用虛擬化技術(shù)實現(xiàn)物理網(wǎng)絡(luò)的軟硬件資源復(fù)用，提供支持不同網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的資源切片的邏輯隔離。建立適應(yīng)高速率、大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的面向服務(wù)與業(yè)務(wù)感知的網(wǎng)絡(luò)動態(tài)行為測量模型，研究性能評估算法與實現(xiàn)技術(shù)，依據(jù)用戶行為和業(yè)務(wù)描述參數(shù)等建立評價體系。設(shè)計典型業(yè)務(wù)模式驗證本項目所形成的新型體系結(jié)構(gòu)及相關(guān)機理與傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)相比所具備的可擴展性、動態(tài)性及安全可控性特征。（3）服務(wù)標(biāo)識與遷移機理以服務(wù)對網(wǎng)絡(luò)的需求和網(wǎng)絡(luò)對服務(wù)的約束為出發(fā)點，以網(wǎng)絡(luò)與服務(wù)融合運行為主線

24、，研究未來互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)特征及服務(wù)融合運行方法。在服務(wù)描述方面，分析未來互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)的共性特征與個性化特征，建立服務(wù)描述元模型；并在服務(wù)描述元模型的基礎(chǔ)上，應(yīng)用信息編碼和最優(yōu)化理論設(shè)計可變長的統(tǒng)一服務(wù)命名體系。在服務(wù)遷移方面，采用上下文感知和基于事件的分布式服務(wù)協(xié)同方法，實時反應(yīng)服務(wù)系統(tǒng)的拓撲動態(tài)性、服務(wù)事件的交互性與演化性，實現(xiàn)服務(wù)與本地運行環(huán)境的自適應(yīng)。在服務(wù)隔離方面，采用多層次多租戶隔離方法，以及合作博弈模型，建立基于Pi演算與時態(tài)邏輯的多隔離措施相互配合的機制。（4）高效路由與智能傳輸機理傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)提供“通信”資源，傳統(tǒng)計算機提供“計算”和“存儲”資源?；诜?wù)和信息的路由與傳輸將以服務(wù)和信息

25、為中心，統(tǒng)一“計算、存儲和通信”資源，提供多源到多目的的通信模型，將現(xiàn)有的面向地址的路由與傳輸轉(zhuǎn)變?yōu)槊嫦蚍?wù)和信息的路由與傳輸，網(wǎng)絡(luò)結(jié)點具有分布式信息緩存的功能，采用網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)對存儲空間和傳輸效率進行優(yōu)化，全面實時感知用戶行為、服務(wù)分布以及網(wǎng)絡(luò)拓撲、網(wǎng)絡(luò)流量等網(wǎng)絡(luò)資源狀態(tài)，為設(shè)計高效的路由和傳輸機制提供參考，設(shè)計網(wǎng)絡(luò)虛擬化方案，滿足虛擬機和服務(wù)實時遷移的需求。（5）安全與可信機理針對以服務(wù)為中心的未來互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的安全與可信問題，從未來互聯(lián)網(wǎng)安全架構(gòu)、服務(wù)的自包含驗證、服務(wù)管理及維護的安全保障、服務(wù)恢復(fù)和可生存性等方面開展研究，綜合采用接入認證、動態(tài)信任管理、服務(wù)行為監(jiān)控等技術(shù)，使未來互聯(lián)

26、網(wǎng)具備內(nèi)建安全特性，即安全機制與網(wǎng)絡(luò)及服務(wù)的功能和其他屬性完全融合，在網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中內(nèi)建服務(wù)驗證、訪問控制、監(jiān)控審計、隱私保護等基礎(chǔ)安全功能，提供服務(wù)和數(shù)據(jù)內(nèi)容級的安全與可信系統(tǒng)性解決方案。（6）網(wǎng)絡(luò)科學(xué)模型基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)、社會計算等理論，利用業(yè)務(wù)流監(jiān)測等方法分析用戶行為，構(gòu)建未來互聯(lián)網(wǎng)用戶行為模型。通過對典型網(wǎng)絡(luò)服務(wù)流的連續(xù)監(jiān)測和采樣，采用數(shù)據(jù)挖掘、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等方法，構(gòu)建未來互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)行為模型。利用多核并行化技術(shù)，結(jié)合可擴展業(yè)務(wù)流識別等方法，構(gòu)建未來互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)流量模型。通過對大規(guī)模互聯(lián)網(wǎng)拓撲進行采樣，利用線性代數(shù)基本理論，基于圖論方法構(gòu)建未來互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓撲模型?；诋a(chǎn)業(yè)組織、產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)、交

27、易成本、復(fù)雜系統(tǒng)動力學(xué)等理論，研究未來互聯(lián)網(wǎng)組織治理與運行機制?；谙到y(tǒng)論、經(jīng)濟學(xué)、復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)、制度經(jīng)濟學(xué)等理論，運用復(fù)雜分析方法、CGE模型、現(xiàn)代計量方法等工具，研究未來互聯(lián)網(wǎng)對社會經(jīng)濟系統(tǒng)的影響。從上述分析和說明可以看出，本項目研究目標(biāo)明確，研究思路可行，研究條件具備，研究隊伍互補，研究空間較大，項目申請單位建立了良好的組織與協(xié)調(diào)機制，具有廣泛的國際合作基礎(chǔ)，所取得的有關(guān)研究成果對本項目取得重大突破具有很好的參考價值和借鑒作用，具備了圓滿完成項目目標(biāo)的基礎(chǔ)和條件。4.3 創(chuàng)新點本項目在已有的工作基礎(chǔ)上，結(jié)合國際上在未來互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的研究成果，研究面向服務(wù)的未來互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)及相關(guān)機理，力圖體現(xiàn)

28、出自己的研究特色和創(chuàng)新，擬取得以下創(chuàng)新性研究結(jié)果：- 提出適合未來計算模式的以服務(wù)為中心的未來互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)層次模型及路由機制，形成互聯(lián)網(wǎng)生長模型和理論，設(shè)計未來互聯(lián)網(wǎng)新型路由節(jié)點模型。- 提出面向未來互聯(lián)網(wǎng)的性能指標(biāo)體系，建立相應(yīng)的性能評估模型，構(gòu)建虛擬化、可編程的新型網(wǎng)絡(luò)實驗環(huán)境，對未來互聯(lián)網(wǎng)理論和關(guān)鍵技術(shù)進行原理性驗證。- 提出統(tǒng)一的服務(wù)描述元模型，建立服務(wù)標(biāo)識的高效映射機制，提出海量服務(wù)統(tǒng)一可擴展標(biāo)識理論和環(huán)境敏感的服務(wù)遷移及本地化自適應(yīng)方法。- 提出面向服務(wù)和信息的網(wǎng)絡(luò)高效路由與智能傳輸機理，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點集成計算、存儲和通信功能，支持分布式存儲轉(zhuǎn)發(fā)信息，實現(xiàn)對大規(guī)模服務(wù)及海量信息的高效網(wǎng)

29、絡(luò)支持。- 提出面向服務(wù)和數(shù)據(jù)內(nèi)容的細粒度系統(tǒng)性安全與可信機制，建立未來互聯(lián)網(wǎng)安全架構(gòu)，設(shè)計互聯(lián)網(wǎng)訪問控制機制、服務(wù)安全性的自包含驗證機制、服務(wù)定位的安全保障機制和服務(wù)遷移的安全保障機制。- 在網(wǎng)絡(luò)科學(xué)模型方面，從用戶行為、服務(wù)行為、網(wǎng)絡(luò)流量、網(wǎng)絡(luò)拓撲多方面給出數(shù)學(xué)模型和理論基礎(chǔ)，提出未來互聯(lián)網(wǎng)組織治理和可持續(xù)性生態(tài)鏈發(fā)展機制。4.4 課題設(shè)置及與項目目標(biāo)的關(guān)系本項目設(shè)六個課題： 課題1：未來互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)模型 課題2：未來互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)標(biāo)識及遷移機理 課題3：未來互聯(lián)網(wǎng)高效路由與智能傳輸機理 課題4：未來互聯(lián)網(wǎng)安全與可信機理 課題5：未來互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)科學(xué)模型 課題6：未來互聯(lián)網(wǎng)性能評估與實驗驗證課

30、題設(shè)置的基本思路如下：課題1（未來互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)模型）主要研究面向服務(wù)的未來互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)，包括其分層模型及功能定義、服務(wù)為驅(qū)動的路由機制、大規(guī)?；ヂ?lián)網(wǎng)的生長機理及未來互聯(lián)網(wǎng)節(jié)點模型，形成未來互聯(lián)網(wǎng)研究的核心指導(dǎo)思想和設(shè)計原則。圍繞著面向服務(wù)的未來互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)，課題2（未來互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)標(biāo)識及遷移機理）、課題3（未來互聯(lián)網(wǎng)高效路由與智能傳輸機理）、課題4（未來互聯(lián)網(wǎng)安全與可信機理）深入研究其核心機理。其中課題2主要研究服務(wù)標(biāo)識理論、服務(wù)遷移和本地自適應(yīng)機理以及服務(wù)的一致性管理和服務(wù)隔離機制，解決服務(wù)與網(wǎng)絡(luò)無縫融合和高效協(xié)同運行的問題，為高效路由和智能傳輸?shù)於ɑA(chǔ)；課題3主要研究基于服務(wù)路由與高效

31、傳輸機理，統(tǒng)一“計算、存儲和通信”資源，以存儲換帶寬，實現(xiàn)“網(wǎng)絡(luò)層P2P”和“就近服務(wù)”；課題4針對以服務(wù)為中心的體系架構(gòu)，從新型體系結(jié)構(gòu)的安全模型、服務(wù)維護過程中的安全控制、服務(wù)行為監(jiān)控和生存等方面開展研究，奠定新型互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的安全與可信基礎(chǔ)。課題5（未來互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)科學(xué)模型）主要研究網(wǎng)絡(luò)用戶行為模型、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)行為模型、網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)流量模型、網(wǎng)絡(luò)拓撲模型，這些科學(xué)模型的構(gòu)建是研究面向服務(wù)的未來互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的前提和基礎(chǔ)。此外，探索未來互聯(lián)網(wǎng)組織治理與運行機制及其對經(jīng)濟系統(tǒng)的影響，形成未來互聯(lián)網(wǎng)運行的保障機制。課題6（未來互聯(lián)網(wǎng)性能評估與實驗驗證）研究面向未來互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)的新型性能評估方法和編

32、程接口，建設(shè)可控、可測、可感知、可重構(gòu)的新型網(wǎng)絡(luò)實驗環(huán)境，對本項目其他課題形成的研究成果進行實驗驗證和應(yīng)用示范。課題間的關(guān)系如圖4所示。圖4 課題之間的關(guān)系本項目預(yù)期目標(biāo)是設(shè)計新型網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，研究相關(guān)機理，解決未來互聯(lián)網(wǎng)傳輸和服務(wù)動態(tài)復(fù)雜耦合、海量差異化服務(wù)透明映射、可擴展路由與高效傳輸?shù)汝P(guān)鍵科學(xué)問題，項目目標(biāo)和六個課題之間的關(guān)系如圖5所示。圖5 項目預(yù)期目標(biāo)和課題設(shè)置的關(guān)系研究課題之一：未來互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)模型研究目標(biāo)充分分析互聯(lián)網(wǎng)的現(xiàn)狀、需求和未來互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展趨勢，重點設(shè)計面向服務(wù)的未來互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)，包括其分層模型及功能定義；研究以服務(wù)為驅(qū)動的路由機制，轉(zhuǎn)變互聯(lián)網(wǎng)以地址為驅(qū)動的路由機制；

33、基于海量測量數(shù)據(jù)，研究大規(guī)?；ヂ?lián)網(wǎng)的生長機理；設(shè)計支持可編程、虛擬化的未來互聯(lián)網(wǎng)節(jié)點模型。綜合上述成果形成未來互聯(lián)網(wǎng)研究的核心指導(dǎo)思想和設(shè)計原則。研究內(nèi)容- 面向服務(wù)的未來互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)分層模型：借鑒TCP/IP互聯(lián)網(wǎng)的分層模型，定義層次結(jié)構(gòu)和各層的功能、向上層提供的服務(wù)和與下層的接口，研究“細腰”結(jié)構(gòu)中面向服務(wù)的核心功能組成；研究面向服務(wù)的命名標(biāo)識機制、尋址與解析體系；- 服務(wù)感知的路由與轉(zhuǎn)發(fā)機制：與地址或者內(nèi)容不同，服務(wù)具有更加豐富的屬性，而且屬性是動態(tài)的。路由需要根據(jù)服務(wù)的多維屬性，動態(tài)選擇路由。研究服務(wù)屬性的感知機理，服務(wù)屬性標(biāo)識到服務(wù)位置的映射方法以及自適應(yīng)路由選擇；研究面向服務(wù)的轉(zhuǎn)

34、發(fā)策略，服務(wù)質(zhì)量及擁塞控制等相關(guān)問題；- 大規(guī)模互聯(lián)網(wǎng)生長機理：互聯(lián)網(wǎng)的生長機理是體系結(jié)構(gòu)和路由機制研究的基礎(chǔ)?；趯ヂ?lián)網(wǎng)拓撲的海量測量數(shù)據(jù)，刻畫拓撲生長模型、流量生長模型，研究互聯(lián)網(wǎng)動態(tài)延伸的極限，形成互聯(lián)網(wǎng)生長基礎(chǔ)理論；- 支持可編程、虛擬化的未來互聯(lián)網(wǎng)節(jié)點模型：路由器是實現(xiàn)體系結(jié)構(gòu)的載體，研究可編程和虛擬化技術(shù)，設(shè)計并實現(xiàn)內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、輸入/輸入隊列模型、可擴展路由協(xié)議、存儲管理與緩存機制、服務(wù)獲取策略等。承擔(dān)單位：中國科學(xué)院計算技術(shù)研究所、北京郵電大學(xué)、清華大學(xué)課題負責(zé)人：劉韻潔經(jīng)費比例：26%研究課題之二：未來互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)標(biāo)識及遷移機理研究目標(biāo)針對面向服務(wù)的未來互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)下服務(wù)的

35、標(biāo)識及遷移問題，提出統(tǒng)一的服務(wù)描述元模型，建立服務(wù)標(biāo)識的高效映射機制；形成環(huán)境敏感的服務(wù)動態(tài)遷移及自適應(yīng)運行和管理機制；借助于多層次的服務(wù)隔離手段，支持多服務(wù)多租戶的服務(wù)運行，從而有效支撐服務(wù)的本地化問題。研究內(nèi)容- 服務(wù)描述與統(tǒng)一標(biāo)識理論：研究基于不確定信息的服務(wù)請求表達模型；研究多源同質(zhì)服務(wù)的高效融合機制；探索位置無關(guān)的、層次化服務(wù)命名體系；從元建模的角度，研究統(tǒng)一的服務(wù)描述元模型；建立服務(wù)描述模型到統(tǒng)一標(biāo)識的高效映射機制。- 環(huán)境上下文敏感的服務(wù)動態(tài)遷移方法：以用戶和網(wǎng)絡(luò)行為模型，特別是服務(wù)資源特征為基礎(chǔ)，基于環(huán)境上下文感知、決策和自主調(diào)整的思路，研究服務(wù)的動態(tài)遷移策略，包括服務(wù)遷移的觸

36、發(fā)條件、服務(wù)遷移的節(jié)點選擇等。- 大規(guī)模復(fù)雜服務(wù)的本地化自適應(yīng)運行機理：研究服務(wù)遷移到本地后的動態(tài)自適應(yīng)運行機制?；谑录姆?wù)動態(tài)協(xié)同模型，研究基于事件或者狀態(tài)的服務(wù)資源動態(tài)協(xié)同、聚合，使服務(wù)具有環(huán)境感知和資源的動態(tài)調(diào)配能力，實現(xiàn)服務(wù)的本地化自適應(yīng)運行。- 服務(wù)的一致性管理和維護方法：研究協(xié)作式服務(wù)緩存與動態(tài)更新機理；針對提供相同服務(wù)的多源提供網(wǎng)元，探討它們之間的狀態(tài)一致性維護機制；基于路由節(jié)點的處理能力、存儲空間等因素，研究服務(wù)的動態(tài)替換策略。- 服務(wù)隔離模型及映射機制研究：研究服務(wù)隔離需求的形式化表達及復(fù)雜服務(wù)系統(tǒng)的隔離模型，以及基于隔離接口的動態(tài)策略語言；研究抽象的服務(wù)隔離模型轉(zhuǎn)化為具

37、體物理實現(xiàn)的映射機制，解決物理隔離方法的組合設(shè)計模式問題，并建立映射過程的驗證推理機制。承擔(dān)單位：北京郵電大學(xué)、中國科學(xué)院計算技術(shù)研究所課題負責(zé)人：喬秀全經(jīng)費比例：17%研究課題之三：未來互聯(lián)網(wǎng)高效路由與智能傳輸機理研究目標(biāo)針對未來互聯(lián)網(wǎng)面臨的復(fù)雜服務(wù)提供與海量信息傳輸?shù)刃枨?，研究面向服?wù)和信息的網(wǎng)絡(luò)高效路由與智能傳輸，重點解決可擴展服務(wù)路由協(xié)議、海量信息轉(zhuǎn)發(fā)與分布式存儲機制、面向服務(wù)的智能傳輸控制、服務(wù)與網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的感知技術(shù)、以及網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)等關(guān)鍵問題，實現(xiàn)對超大規(guī)模服務(wù)及海量信息的高效網(wǎng)絡(luò)支持，提高網(wǎng)絡(luò)路由和傳輸?shù)男阅芎托?。研究?nèi)容- 可擴展的服務(wù)路由協(xié)議：針對分布式服務(wù)和服務(wù)遷移的需求

38、，研究以服務(wù)為中心的高效路由技術(shù)；研究基于服務(wù)的路由與基于地址的路由之間的關(guān)系；研究服務(wù)路由的可擴展機制，解決大規(guī)模服務(wù)帶來的路由膨脹問題。- 海量信息轉(zhuǎn)發(fā)與分布式存儲機制：研究信息，特別是大規(guī)模流媒體信息的高效分發(fā)模型；研究支持未來互聯(lián)網(wǎng)海量信息轉(zhuǎn)發(fā)的機制和編碼技術(shù)；利用網(wǎng)絡(luò)結(jié)點的計算和存儲能力提高網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)發(fā)性能和效率，研究基于網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)的新型分布式存儲機制。- 面向服務(wù)的智能傳輸控制：設(shè)計符合網(wǎng)絡(luò)服務(wù)特征和流量統(tǒng)計特性的流量控制策略，實現(xiàn)響應(yīng)性好、公平的傳輸控制協(xié)議；設(shè)計恰當(dāng)?shù)牧髁抗こ滩呗?，將網(wǎng)絡(luò)流量參照網(wǎng)絡(luò)負載狀態(tài)動態(tài)分配到多條冗余鏈路上，最大化帶寬資源利用率；利用網(wǎng)絡(luò)擁有的計算、存儲

39、和環(huán)境感知資源，構(gòu)建面向服務(wù)的傳輸模型和服務(wù)質(zhì)量保證機制，支持組播、就近服務(wù)、多源多徑并發(fā)傳輸?shù)葌鬏斈Ｊ?；研究服?wù)遷移或終端移動過程中傳輸會話保護與無縫切換技術(shù)。- 服務(wù)與網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的感知技術(shù)：研究基于服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)拓撲感知方法、資源發(fā)現(xiàn)方法，網(wǎng)絡(luò)流量及資源的測量模型、機制和方法，感知信息的標(biāo)準(zhǔn)化與發(fā)布技術(shù)；研究實時感知大規(guī)模服務(wù)的分布以及在運行環(huán)境中的動態(tài)屬性；基于服務(wù)與網(wǎng)絡(luò)環(huán)境感知的相關(guān)信息，分析服務(wù)的傳輸模式、資源需求和用戶需求，為高效路由和轉(zhuǎn)發(fā)提供依據(jù)。- 網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)：研究基于網(wǎng)絡(luò)切片（slice）的網(wǎng)絡(luò)虛擬化，解決切片粒度問題和物理資源固定情況下的多切片網(wǎng)絡(luò)性能最優(yōu)化問題；研究網(wǎng)絡(luò)虛擬

40、化后的管理問題，包括虛擬化網(wǎng)絡(luò)性能監(jiān)測、物理網(wǎng)絡(luò)資源動態(tài)調(diào)整以及網(wǎng)絡(luò)切片的創(chuàng)建、刪除等，為實現(xiàn)高效傳輸?shù)於ɑA(chǔ)。承擔(dān)單位：清華大學(xué)、中國科學(xué)院計算機網(wǎng)絡(luò)信息中心、重慶郵電大學(xué)、西安電子科技大學(xué)課題負責(zé)人：夏樹濤經(jīng)費比例：17%研究課題之四：未來互聯(lián)網(wǎng)安全與可信機理研究目標(biāo)現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)安全通常采用打補丁、堵漏洞的方法，這些辦法雖然有效，但不能解決安全的根本問題。未來互聯(lián)網(wǎng)改變邊界防御觀念，采用從懷疑到信任的原則，采取全新的結(jié)構(gòu)和技術(shù)，以解決信息基礎(chǔ)設(shè)施更大規(guī)模下的不安全問題。通過建立未來互聯(lián)網(wǎng)安全架構(gòu)，開展互聯(lián)網(wǎng)訪問控制機制、服務(wù)安全性的自包含驗證機制、服務(wù)定位的安全保障機制、服務(wù)遷移的安全保障機

41、制、在線監(jiān)控和網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)機制等的研究，為構(gòu)建安全可信和可管可控的未來網(wǎng)絡(luò)奠定基礎(chǔ)。研究內(nèi)容- 未來互聯(lián)網(wǎng)安全架構(gòu)：建立基于“安全協(xié)議”的未來互聯(lián)網(wǎng)安全架構(gòu)，研究協(xié)議管理和分配、服務(wù)部署和裝載、協(xié)議執(zhí)行和執(zhí)行監(jiān)測模型，通過設(shè)計服務(wù)安全協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)安全協(xié)議，靈活的集成各種先進的安全技術(shù)，確保各種服務(wù)在未來互聯(lián)網(wǎng)中的執(zhí)行安全性。- 未來互聯(lián)網(wǎng)訪問控制機制：研究訪問控制框架結(jié)構(gòu)、功能實體單元以及主要接口關(guān)系，對身份認證、授權(quán)和審計各個環(huán)節(jié)提供安全機制；設(shè)計可靠易用的用戶身份認證協(xié)議，提高網(wǎng)絡(luò)的可管理性；研究應(yīng)用無關(guān)的訪問控制方法，為上層應(yīng)用按需實現(xiàn)訪問控制提供基礎(chǔ)；分析網(wǎng)絡(luò)管理與行為審計的需求，設(shè)計在確保

42、用戶網(wǎng)絡(luò)行為與數(shù)據(jù)內(nèi)容隱私性的情況下對網(wǎng)絡(luò)使用行為審計的方法，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的可追蹤可審計。- 服務(wù)安全性的自包含驗證機制：研究服務(wù)安全性驗證模型，分析服務(wù)可能面臨的各種惡意攻擊，設(shè)計服務(wù)的遠程安全性驗證與本地安全性驗證方法、服務(wù)需要包含的安全屬性數(shù)據(jù)以及各種安全屬性的驗證算法，解決服務(wù)的正確性、完整性和來源驗證以及提供者識別。- 服務(wù)定位的安全保障機制：分析服務(wù)注冊、服務(wù)請求、服務(wù)獲取等服務(wù)定位機制的安全性需求，研究定位過程的異常自管理和故障自恢復(fù)方法，設(shè)計服務(wù)提供者評價方法，確保定位過程的可用性和抗毀性。- 服務(wù)遷移的安全保障機制：用戶移動是未來互聯(lián)網(wǎng)的基本特征之一，用戶移動時，其作為服務(wù)提供者

43、所能夠提供的服務(wù)也隨之發(fā)生遷移，研究服務(wù)遷移的安全保障機制，確保服務(wù)請求者能夠無縫、安全地繼續(xù)獲得服務(wù)。- 在線監(jiān)控和網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)機制：未來互聯(lián)網(wǎng)仍舊可能遭受到“外部”和“內(nèi)部”攻擊，設(shè)計在線監(jiān)控和網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)機制，在不影響網(wǎng)絡(luò)性能的情況下能對網(wǎng)絡(luò)使用行為進行檢測，及時做出響應(yīng)，從而提供對內(nèi)部攻擊、外部攻擊和誤操作的實時保護。承擔(dān)單位：中國科學(xué)院計算技術(shù)研究所、中國科學(xué)院軟件研究所、數(shù)據(jù)通信科學(xué)技術(shù)研究所課題負責(zé)人：張玉軍經(jīng)費比例：15%研究課題之五：未來互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)科學(xué)模型研究目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)科學(xué)模型是研究可擴展服務(wù)路由協(xié)議、服務(wù)遷移和管理策略的科學(xué)基礎(chǔ)。網(wǎng)絡(luò)科學(xué)模型的刻畫以需求特征和網(wǎng)絡(luò)測量為基礎(chǔ)，從用戶行

44、為、服務(wù)行為、網(wǎng)絡(luò)流量、網(wǎng)絡(luò)拓撲多方面給出數(shù)學(xué)模型和理論基礎(chǔ)，從而深入把握互聯(lián)網(wǎng)基本要素。本課題還將深入探討未來互聯(lián)網(wǎng)的組織機理與運行機制及其對經(jīng)濟系統(tǒng)的影響。研究內(nèi)容- 未來互聯(lián)網(wǎng)用戶行為模型：從用戶主體特征、網(wǎng)絡(luò)屬性、情景因素、用戶訪問網(wǎng)絡(luò)的行為、用戶訪問的業(yè)務(wù)類型及用戶之間相互影響等基本要素出發(fā)，挖掘用戶的業(yè)務(wù)使用偏好，對不同偏好類型用戶給出綜合的刻畫模型。- 未來互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)行為模型：基于用戶行為模型，針對未來互聯(lián)網(wǎng)典型服務(wù)（如文件共享，流媒體、物聯(lián)網(wǎng)、云計算等），刻畫網(wǎng)絡(luò)服務(wù)行為的靜態(tài)和動態(tài)特征。靜態(tài)特征指服務(wù)的基本屬性，動態(tài)特征指流行程度及其變化趨勢。此外，探索網(wǎng)絡(luò)服務(wù)之間的相互影響

45、?；谔卣鞣治鼋Y(jié)果，構(gòu)建可預(yù)測服務(wù)需求變化的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)行為科學(xué)模型。- 未來互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)流量模型： 基于可預(yù)測服務(wù)需求變化的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)行為模型，研究業(yè)務(wù)感知的流量識別方法以及業(yè)務(wù)流量模型，靜態(tài)和動態(tài)地刻畫互聯(lián)網(wǎng)流量分布，從理論上分析服務(wù)遷移以及各種服務(wù)策略的帶寬需求。- 未來互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓撲模型：網(wǎng)絡(luò)拓撲模型既包括由路由節(jié)點組成的互聯(lián)網(wǎng)拓撲模型，也包括在虛擬聚合層的資源管理拓撲模型?；陟o態(tài)和動態(tài)業(yè)務(wù)流模型，通過對大規(guī)模圖的采樣，利用圖論的基本分析方法刻畫靜態(tài)和動態(tài)互聯(lián)網(wǎng)拓撲模型，包括節(jié)點的度、聚集系數(shù)虛擬映射方法、特征路徑、中心性、連接特性等。- 未來互聯(lián)網(wǎng)組織治理與運行機制：研究未來互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)

46、和企業(yè)（如通信運營商、設(shè)備商、服務(wù)提供商等）的產(chǎn)業(yè)組織形態(tài)與商業(yè)模式，建立未來互聯(lián)網(wǎng)背景下的組織激勵及互動博弈模型；研究未來網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下各類實體及虛擬組織成長、消亡規(guī)律，并提出可持續(xù)性生態(tài)鏈發(fā)展機制。- 未來互聯(lián)網(wǎng)對經(jīng)濟系統(tǒng)的影響研究：基于未來互聯(lián)網(wǎng)通過新型的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)模式對未來生產(chǎn)和需求活動重構(gòu)，揭示未來互聯(lián)網(wǎng)對經(jīng)濟系統(tǒng)的傳導(dǎo)途徑，剖析未來互聯(lián)網(wǎng)影響經(jīng)濟的深層機理，構(gòu)建未來互聯(lián)網(wǎng)的經(jīng)濟系統(tǒng)模型群，研究其對相關(guān)產(chǎn)業(yè)，及宏觀經(jīng)濟運行帶來的各類影響，提出相關(guān)政策建議。承擔(dān)單位：北京郵電大學(xué)、湖南大學(xué)課題負責(zé)人：呂廷杰經(jīng)費比例：11%研究課題之六：未來互聯(lián)網(wǎng)性能評估與實驗驗證研究目標(biāo)針對未來互聯(lián)網(wǎng)的性能

47、評估和驗證需求，通過創(chuàng)建未來互聯(lián)網(wǎng)實驗環(huán)境，為未來網(wǎng)絡(luò)體系和機制的研究、設(shè)備原型研發(fā)提供評估和驗證環(huán)境，為創(chuàng)新型業(yè)務(wù)應(yīng)用提供示范平臺。驗證本項目課題1-5的研究成果，包括所形成的理論模型、關(guān)鍵技術(shù)和設(shè)備原型；研究未來互聯(lián)網(wǎng)的性能評估方法，提出性能評價指標(biāo)體系，提供性能評價和測試手段；利用應(yīng)用示范系統(tǒng)驗證未來互聯(lián)網(wǎng)的功能和性能。研究內(nèi)容- 可重構(gòu)的新型網(wǎng)絡(luò)實驗環(huán)境：采用新型可編程、基于虛擬化、支持新協(xié)議/新算法的路由設(shè)備原型，構(gòu)建可編程、能夠生成相互隔離的網(wǎng)絡(luò)切片、具有面向應(yīng)用統(tǒng)一編程接口的新型網(wǎng)絡(luò)實驗系統(tǒng)，為新型網(wǎng)絡(luò)體系的研究成果提供一個可控、可測、可感知的開放實驗環(huán)境。- 面向未來網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的

48、新型編程接口：研究在新型網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)之上，互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用能夠加以利用的編程接口（API）。該API應(yīng)具有開放性：可提供給任何網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用；適配性：可兼容正在研究當(dāng)中的新型網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)；擴展性：能夠支持未來可能出現(xiàn)的新的應(yīng)用需求。- 新型性能評價指標(biāo)體系與方法：研究面向未來互聯(lián)網(wǎng)的性能評估模型，定義未來互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)性能參數(shù)，給出評價指標(biāo)體系；研究性能評估方法，結(jié)合主動測量與被動測量，提供評價和測試手段；研究快速網(wǎng)絡(luò)故障感知機理。- 系統(tǒng)實驗與驗證。構(gòu)建開放、可擴展、可動態(tài)按需配置的實驗服務(wù)體系，測試驗證本項目其他課題形成的未來互聯(lián)網(wǎng)理論模型、關(guān)鍵技術(shù)以及設(shè)備原型的功能與性能。- 應(yīng)用示范：基于新型網(wǎng)絡(luò)實驗環(huán)境上部署三網(wǎng)融合及物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)應(yīng)用系統(tǒng)，驗證新型網(wǎng)絡(luò)體系支持典型應(yīng)用的功能、性能及資源利用效率，比較新型網(wǎng)絡(luò)體系/機制與傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)在支持業(yè)務(wù)應(yīng)用上的差異。承擔(dān)單位：中國聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司、中國科學(xué)院計算技術(shù)研究所、中國人民解放軍理工大學(xué)、清華大學(xué)、重慶郵電大學(xué)課題負責(zé)人：唐雄燕經(jīng)費比例：14%四、年度計劃研究內(nèi)容預(yù)期目標(biāo)第一年分析比較未來互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計特征，研究服務(wù)標(biāo)識，刻畫網(wǎng)絡(luò)行為特征，探索可編程和虛擬化技術(shù)。具體研究內(nèi)容