可重構信息通信基礎網絡體系研究

1、項目名稱：可重構信息通信基礎網絡體系研究首席科學家：蘭巨龍 中國人民解放軍信息工程大學起止年限：2012.1-2016.8依托部門：河南省科技廳一、關鍵科學問題及研究內容2.1 關鍵科學問題由立項依據和國內外研究現(xiàn)狀不難看出：第一，隨著IP網絡業(yè)務形態(tài)的不斷豐富，業(yè)務對網絡的需求越來越多樣和多變，而IP網絡的服務能力卻是有限的和確定的，這就直接導致了業(yè)務需求與網絡固有能力之間的差距日益擴大，最終將使得網絡難以甚至不能支持多樣化的業(yè)務。解決該問題需要探索網絡按照業(yè)務需求動態(tài)進行結構重組、功能重構的機理與方法，通過網絡結構的自組織、功能的自調節(jié)和業(yè)務的自適配來最大程度地彌合網絡能力與業(yè)務需求之間的

2、時變鴻溝，使網絡能有效適配多變的業(yè)務需求。第二，信息網絡所依賴的基礎互聯(lián)傳輸能力過于簡單且長期不變。大量實踐已經證明，現(xiàn)有信息基礎網絡或者基于現(xiàn)有基礎信息網絡進行的各種修修補補都難以滿足泛在、互聯(lián)、質量、融合、異構、可信、可管、可擴等信息網絡的高等級需求。依據“結構決定功能”的物理法則，面對這些高等級需求，重新設計網絡體系結構、模型與協(xié)議，直接增強網絡基礎互聯(lián)傳輸能力便成為解決上述問題的一個關鍵切入點和突破口。國際上關于新型網絡體系結構的研究方興未艾，但整體上來看這些研究仍處于百家爭鳴的初級階段，尤其是對于新型信息通信網絡基礎理論的研究還十分初步，這為我國利用“彎道效應”搶占未來信息技術制高點

3、提供了難得的機遇。第三，作為支持信息網絡泛在互聯(lián)、融合異構及可信可管可擴等的新型網絡服務要素，可重構技術日益成為一個重要的研究和發(fā)展方向，但是目前可重構技術的作用范圍和固有能力均局限于網絡單元層面，不能做到全局意義的網絡重構。從節(jié)點和局部意義的可重構發(fā)展到網絡級別的可重構需要機理和機制的創(chuàng)新，其中多維認知協(xié)同機理是實現(xiàn)可重構的重要基礎。第四，安全可管可控是信息網絡的重要設計目標，網絡的安全可管可控直接受制于網絡內在功能和結構要素，必須在網絡體系結構中內嵌網絡安全與管控機制。在可重構信息通信基礎網絡體系下，需要結合基礎互聯(lián)傳輸能力的增強及網絡的重構，從網絡體系結構的層面上探索網絡安全可管可控的全

4、新形態(tài)、機理與模型。本項目以信息網絡的上述挑戰(zhàn)性問題為切入點，針對未來信息通信基礎網絡的根本需求，凝練出如下四個擬解決的關鍵科學問題及其基本解決思路：（1）可重構可擴展的基礎網絡體系結構問題。業(yè)務的特征和需求通常是多樣和變化的，而網絡服務能力卻是相對有限和確定的。業(yè)務與網絡之間這種愈發(fā)顯著的差異性成為制約網絡發(fā)展的一個顯著瓶頸。這種差異性是信息網絡研究與發(fā)展的永恒動力。本項目研究這種差距的成因和特性，提出“可重構網絡”的核心思想，研究并建立面向業(yè)務需求的網絡可重構機理、模型與方法。創(chuàng)立網絡元能力理論，即通過對各種業(yè)務需要提供的服務的基本網絡服務元素（元服務）進行聚類構建元服務模型，通過對各種元

5、服務需要網絡提供的基本網絡功能元素（元能力）構建網絡元能力模型，通過元服務與元能力的適配實現(xiàn)網絡對多種業(yè)務的普適。（2）信息網絡基礎互聯(lián)傳輸能力的強化機理與模型問題。為了解決IP網絡層功能單一、服務質量難以保證、安全可信性差、可管可控可擴能力不足、移動泛在支持乏力等瓶頸性問題，在可重構網絡核心思想指導下，將網絡層和傳輸層的功能進行有機融合，提出“可重構多態(tài)網絡層”的概念和功能模型, 直接增強基礎網絡互聯(lián)傳輸能力；提出新型多態(tài)尋址路由機制，通過定義網絡尋址路由機制的基本“微內核”構建基態(tài)模型，基于基態(tài)模型進行擴展的尋址路由機制構建多態(tài)模型，從而使得網絡基礎互聯(lián)傳輸能力得以動態(tài)增強，并且支持網絡的

6、多模多態(tài)共存。（3）業(yè)務普適的網絡可重構機理問題。為了解決IP網絡結構和功能較為剛性、難以支持普適業(yè)務的問題，基于元能力理論，對網絡節(jié)點能力進行組合、對網絡資源進行調配，通過資源和節(jié)點能力的靈活組合實現(xiàn)網絡能力對業(yè)務的普適。研究網絡重構過程中的資源虛擬管理機制、節(jié)點能力組合機制、邏輯承載和控制管理之間的配合機制，構建完整的基礎網絡重構機理和結構，實現(xiàn)網絡層面的結構可重構、資源自配置、能力自調整。（4）可重構網絡的安全可管可控問題。為了實現(xiàn)網絡安全管控能力的內嵌，研究“可重構網絡”的安全可信模型，建立針對共性安全與管控特征要求而構造的基本安全要素和功能的總和，即安全基片。提出具有多級強度的安全基

7、片結構及安全管控機制，探索邏輯承載網間和邏輯承載網內的業(yè)務隔離機制，提出多類安全需求共同依賴的基礎安全機制和具體結構，建立基于證據推導的安全強度度量，提出針對邏輯承載網內用戶和終端的辨識和管控機制，通過智能的多維態(tài)勢分析解決安全行為的追蹤溯源問題。上述四個科學問題的研究可以有效地解決現(xiàn)有信息網絡存在的主要弊端，將為構建一個支持目前業(yè)務和未來新業(yè)務的不同服務質量需求，功能靈活擴展，滿足泛在互聯(lián)、融合異構、可信可管可擴需求，支持現(xiàn)有網兼容演進和適于規(guī)模應用的新型網絡通信信息基礎設施提供一種解決途徑。2.2 主要研究內容2.2.1 可重構信息通信基礎網絡理論體系為了從根本上突破傳統(tǒng)IP承載的能力瓶頸

8、，解決服務適配擴展性差、信息網絡基礎互聯(lián)傳輸能力弱、業(yè)務普適能力低、安全可管可控性差等問題，本項目創(chuàng)立可重構信息通信基礎網絡理論體系，其中包括網絡元能力理論、多態(tài)尋址路由機制和網絡重構機理。網絡元能力構成可重構基礎網絡體系模型中核心能力增強要素的支撐理論，多態(tài)尋址路由是網絡動態(tài)尋址路由能力的模型，網絡重構界定網絡功能和結構自調節(jié)的本質特征和作用機理。從總體上講，該理論體系是可重構新型網絡體系功能參考模型的理論基礎，它由圖2.1描述。圖 2.1 可重構信息通信基礎網絡理論體系（1）網絡元能力理論通常，業(yè)務的特征和需求是多樣和多變的，相對而言，網絡的服務能力卻是有限和確定的，有效彌合這種差異性的一

9、個可行途徑是將業(yè)務特征需求與網絡承載服務二者抽象成一種特定的“業(yè)務元服務元能力”模型，即將直接承載一種業(yè)務的網絡服務分解成一組細粒度的基本網絡服務元素SMi，稱每一個基本網絡服務元素為“元服務”，每一種業(yè)務由一個元服務集合S=SMi，i=1，2，N，N為元服務個數提供服務，該集合是封閉的，其中的元素是有限的。全部業(yè)務對應的網絡服務元素總和就構成網絡的“元服務層”。進一步，每一個元服務需要一組基本網絡功能元素CMj予以支撐，稱每一基本網絡功能元素為一個“元能力”，支撐一個元服務的所有元能力集合為C=CMj，j=1，2，L，L為元能力個數，該集合也是封閉的，其中的元素也是有限的。于是，全體元服務所

10、對應的基本網絡功能元素總和就構成網絡的“元能力層”。上述“業(yè)務元服務元能力”模型可用圖2.2予以表達。圖 2.2 “業(yè)務元服務元能力”功能模型該“業(yè)務元服務元能力”模型構成網絡元能力理論的核心。業(yè)務層通過相應的認知機制對網絡業(yè)務的特性和要求進行聚類和抽象，提煉出各類業(yè)務需要的基本網絡服務元素。元服務層利用網絡元能力功能層提供的全網范圍內的基本承載能力，對基本承載功能組件進行認知適配，針對多樣業(yè)務的公共承載特性和要求進行聚類從而形成元服務。元能力層表征網絡的元能力，它通過動態(tài)感知業(yè)務、節(jié)點資源和網絡資源的動態(tài)行為特征，對網絡提供的基礎傳輸能力進行聚類和組配，在全局網絡范圍內對能力和資源進行認知協(xié)

11、調和動態(tài)調節(jié)，從而為元服務層提供全網范圍內的多種基礎承載能力。網絡元能力的兩種基本傳遞模式是分組傳遞和宏電路，它們之間的內在邏輯結構如圖2.3所示。分組傳遞模式是支持基礎數據傳遞和網際互聯(lián)的原子功能要素。宏電路是一種全新的基礎數據傳遞模式，它是網絡為一組具有共同傳輸路徑的同類業(yè)務流而動態(tài)建立的自適應型虛電路。宏電路直接表達基礎數據傳遞模式的增強，這種增強可以具體表現(xiàn)為基礎網絡在性能、安全、組播、移動性、可擴展等方面的功能擴展，使得我們可以將“從基礎上增強和擴展信息基礎傳輸能力”作為研究切入點，最終達到滿足信息通信網絡對多樣化業(yè)務的承載和服務、多態(tài)尋址路由、可信可管可擴展等多重應用需求的目標。圖

12、 2.3 網絡元能力理論下的傳遞模式（2）多態(tài)尋址路由機制多態(tài)尋址路由是可重構網絡動態(tài)尋址路由能力的模型。該模型給出宏電路自適應建立機理，描述分組和宏電路共存環(huán)境下網絡內在形態(tài)和行為的新特征，描述對應的尋址和路由交換機理，進而完成業(yè)務要求和網絡狀態(tài)共同驅動的自動調節(jié)和協(xié)同路由，發(fā)現(xiàn)分組和宏電路共存對尋址和路由交換的影響，通過網絡重構，形成相應的應對機制和方法，實現(xiàn)多態(tài)之間的切換。（3）網絡重構機理網絡重構界定網絡功能和結構自調節(jié)的本質特征和作用機理。它區(qū)分并定義網絡重構和資源重構兩個功能維度，給出多維認知協(xié)同機理，基于從網絡局部到整體的自學習、自適應、自管理和自進化等固有能力，表達網絡與業(yè)務之

13、間、網絡內部多種單元功能之間的動態(tài)感知與智能協(xié)同原理，為網絡按照業(yè)務需求動態(tài)進行結構重組、功能重構的機制與方法提供理論依據，實現(xiàn)網絡結構的自組織、功能的自調節(jié)和業(yè)務的自適配。2.2.2 網絡重構的關鍵機制及結構形態(tài)在“可重構網絡”的核心思想指引下，本課題將探索業(yè)務普適的網絡可重構機理這一關鍵科學問題。主要研究：（1）基于元能力表述的網絡重構結構形態(tài)，從網絡元能力理論和網絡可重構技術伊始，深入分析可重構網絡中元能力的內在功能和結構要素，提出一種支持全網重構的細粒度的節(jié)點資源描述方法；（2）層次化的網絡重構機理，從實踐出發(fā)，通過聚類與抽象業(yè)務公共特性和要求，揭示網絡業(yè)務到重構功能的一般性規(guī)律，發(fā)現(xiàn)

14、并形成支撐業(yè)務普適的網絡重構機理，進而為業(yè)務、元服務、元能力的重構奠定堅實的理論基礎；（3）網絡重構中的規(guī)范化，通過自頂向下對可重構基礎網絡體系中的各功能層面進行建模，構建一個重構知識庫，幫助管理面實現(xiàn)全網重構，通過定義標準化的管控接口，使得管理面能對網絡資源進行統(tǒng)一的控制管理。2.2.3業(yè)務自適應認知承載機理研究可重構信息通信基礎網絡是基于業(yè)務特性，在網絡元能力理論及重構機制規(guī)范基礎上，通過構建邏輯承載網的方式為業(yè)務提供自適應的承載服務。為此本課題的研究內容為：（1）對業(yè)務特性進行研究，通過研究不同業(yè)務流量的建模及特征抽取方法，準確把握業(yè)務的本質特征及動態(tài)行為特性，通過對多樣化業(yè)務特性的聚類

15、生成元服務，基于元服務與元能力間的適配實現(xiàn)對多種業(yè)務的普適；（2）構建邏輯承載網需要對物理網絡當前的運行狀態(tài)及具備的能力進行感知，并可結合相關認知理論及人工智能方法，優(yōu)化網絡重構策略，因此，需要研究多維信息感知與認知重構機理；（3）以業(yè)務適配為目標，兼顧資源的高效利用，基于上述認知重構機理及數學規(guī)劃理論，研究邏輯承載網構建問題的建模理論與方法，分析邏輯承載網生成機理，給出邏輯承載網的構建方法。2.2.4 元服務驅動的多態(tài)尋址及路由交換為解決現(xiàn)有網絡層與傳輸層提供差異化服務能力不足的問題，研究可重構網絡的尋址與路由模型與方法。主要包括：（1）基態(tài)尋址與路由機制，探索支持包括基于地址和基于內容等多

16、種形態(tài)的共性尋址與路由方式；（2）多態(tài)尋址與路由機制，研究基于基態(tài)進行多態(tài)協(xié)議派生與重載的方法；（3）支持元服務的網絡交換機制，研究基于代數交換理論的支持宏電路的網絡交換基礎架構；（4）路由交換虛擬化技術，研究多態(tài)協(xié)議間、元服務間的資源隔離方法；（5）多態(tài)尋址路由機制下的點到多點數據分發(fā)，探索利用網絡編碼等方法建立高效宏電路樹的組播機理；（6）可重構網絡的移動性支持技術。2.2.5 可重構網絡體系下的安全可管可控機理為了實現(xiàn)安全可管可控的網絡傳輸，本課題主要研究：（1）基于網絡重構的安全可管可控體系，設計具有多級強度的安全基片結構；（2）研究安全可信度量的安全基片構建機理，從密碼理論和信任機制

17、角度研究安全強度度量的多樣化方法；（3）提出基于用戶和終端辨識的安全管控機制，設計符合可重構信息通信基礎網絡特征的安全協(xié)議，以安全基片的安全屬性為核心，設計基于多業(yè)務接入認證信息的用戶和終端辨識，構建基于身份與行為雙重信任的邏輯承載網動態(tài)管控機制；（4）通過對邏輯承載網內部安全態(tài)勢的分析，研究面向網絡行為的安全態(tài)勢分析方法和面向業(yè)務內容的網絡安全態(tài)勢分析模型，并針對網絡異常狀態(tài)或安全事件，提出層次化多粒度追蹤溯源機制。2.2.6 可重構信息通信基礎網絡模擬仿真實驗平臺針對可重構信息通信基礎網絡理論體系，研究實現(xiàn)可重構網絡實驗平臺，對相關理論、關鍵技術、業(yè)務支撐能力和安全特性進行驗證。主要包括：

18、（1）研究可重構網絡的模擬仿真，分析和評估可重構信息通信基礎網絡的關鍵理論與技術；（2）開發(fā)原型系統(tǒng)，研究具有典型規(guī)模的可重構網絡體系實驗平臺，驗證可重構信息通信基礎網絡機制、模型、原理及可擴展性；（3）研究可重構網絡的測試體系和相關測試工具。二、預期目標項目總體目標：突破傳統(tǒng)IP承載的能力瓶頸，形成具有重要科學意義的基礎理論和方法，創(chuàng)建可重構信息通信基礎網絡理論體系，形成一系列具有自主知識產權的國家、國際標準，為提高我國信息技術領域的國際競爭力，建設創(chuàng)新型國家做出應有的貢獻。五年預期目標：（1）創(chuàng)建可重構信息通信基礎網絡理論體系，包括：創(chuàng)立網絡元能力理論，構建可重構信息通信基礎網絡體系結構模

19、型，揭示可重構的自匹配機理；建立基于元能力和元服務的網絡資源多尺度多層次描述體系，創(chuàng)建基于元能力理論的多業(yè)務普適網絡重構機理，形成元能力和元服務的建模規(guī)范；提出面向業(yè)務的精細化流量特征分析方法，提出業(yè)務自適應的承載重構認知機理及構建機制；建立面向多態(tài)的網絡尋址及路由體系結構模型，提出新型網絡體系結構下協(xié)議尋址和路由機理，構建支持宏電路的交換機制；提出可重構網絡的安全可管可控體系，提出具有多級強度的安全基片結構及相關的安全管控機制；研制原型系統(tǒng)，建立可重構網絡實驗平臺，進行實驗驗證。（2）創(chuàng)建具有重要科學意義的基礎結構和方法，掌握自主知識產權，形成可重構信息通信基礎網絡的系列國內國際標準，包括：

20、可重構信息通信基礎網絡體系結構的相關標準；元能力、元服務、多態(tài)尋址及路由交換的相關標準。（3）培養(yǎng)博士生70名以上，分別發(fā)表SCI和EI檢索的學術論文30篇以上和100篇以上，申請國際或國內技術發(fā)明專利40項以上，提交國際標準草案8項以上，形成國家或行業(yè)標準至少4項、國際標準至少2項。三、研究方案4.1研究思路項目研究方案的基本學術思路是：以全新的思想探索一種新型信息通信基礎網絡體系結構，其核心思想是在構建一個功能可動態(tài)重構和擴展的基礎物理網絡的基礎上，為不同業(yè)務構建滿足其根本需求的邏輯承載網，關鍵突破思路是增強OSI七層網絡參考模型中網絡層和傳輸層的功能，以解決目前IP網絡網絡層的功能瓶頸，

21、與日益增長的應用需求和豐富的光傳輸資源相匹配。（1）采用革命性技術路線，實現(xiàn)基礎網絡體系結構的創(chuàng)新。多年的實踐已經證明，現(xiàn)有信息基礎網絡或者基于現(xiàn)有信息基礎網絡所做的各種修補工作都難以從根本上解決信息通信網絡在泛在、互聯(lián)、質量、融合、異構、可信、可管、可擴等方面存在的問題，根據“結構決定功能”的物理法則，信息通信網絡的基本體系結構決定了其所有的特征以及所能提供的服務能力，要想從根本上解決上述問題，并且不斷滿足日益增長的網絡新需求，就需要摒棄現(xiàn)有的基于IP網絡進行修修補補、“頭痛醫(yī)頭腳痛醫(yī)腳”的技術思路，面對新需求研究全新的網絡體系結構，采用自頂向下方法，將泛在互聯(lián)、服務質量保證、融合異構、安全

22、可信、可管可擴等功能內嵌到網絡體系結構中去，從而使得新的信息通信網絡具有解決這些問題的“基因”，天然滿足這些需求。為此本項目從提升信息通信網絡基礎數據傳送能力的角度出發(fā)，針對IP網絡網絡層功能單一的問題，提出“可重構多態(tài)網絡層”的概念和功能模型，增強網絡基礎數據傳送能力。為了支持以后仍然不斷出現(xiàn)的新業(yè)務，使得網絡能力具有動態(tài)調整適應的功能，提出一種新的尋址路由機制“多態(tài)尋址路由機制”，包括基態(tài)子層和多態(tài)子層兩層結構，基態(tài)子層定義了網絡尋址路由功能的“微內核”，多態(tài)子層可以基于基態(tài)子層進行多態(tài)尋址路由協(xié)議的派生與重載，支持網絡的多模多態(tài)共存，從而使得網絡基礎互聯(lián)傳輸能力得以動態(tài)增強。（2）以可重

23、構網絡架構來替代以前試圖利用單一網絡體制來支持普適業(yè)務的技術思路。長期以來，面對日益復雜多樣多變的業(yè)務需求，學術界和產業(yè)界一直試圖尋找能夠支持普適業(yè)務、放之四海而皆準的單一的網絡體系，為此付出了艱辛的努力，從ISDN到ATM，再到IP。本項目通過對利用單一網絡體制來適應快速多變的業(yè)務的技術思路的反思，以網絡對業(yè)務需求的靈活適配為突破口，提出網絡可重構的核心思想，充分利用在可重構技術方面取得的已有成果，建立新型的可重構網絡體系結構，形成滿足多樣化業(yè)務要求的可重構信息通信基礎網絡結構形態(tài)。提出網絡元能力理論，對多樣業(yè)務特性進行抽象聚類形成元服務，對網絡能力特性進行聚類形成元能力，通過元服務與元能力

24、的匹配來實現(xiàn)網絡對多樣業(yè)務的自適配。提出“宏電路”的概念，增強和擴展信息基礎傳輸能力，通過網絡可重構和資源可重構為宏電路提供靈活的尋址路由和交換途徑，滿足多業(yè)務承載的應用需求。通過構建具有一定規(guī)模的實驗平臺驗證上述新型體系和結構的合理性與有效性。4.2 技術路線4.2.1 創(chuàng)立可重構信息通信基礎網絡理論體系創(chuàng)立包括網絡元能力理論、多態(tài)尋址路由機制和網絡重構機理三個部分的可重構信息通信基礎網絡理論體系。深入分析當前信息網絡在性能、安全、組播、移動性、可擴展等方面面臨的挑戰(zhàn)性問題，揭示當前網絡體系結構中的基礎互聯(lián)傳輸功能的本質特征，發(fā)現(xiàn)這些問題的網絡體系機制成因，特別是當前網絡的基礎傳輸能力對這些

25、成因的固有貢獻，有針對性地創(chuàng)立直接破除問題成因的全新的基礎網絡傳輸能力，建立以分組傳遞和宏電路為核心要素的網絡元能力理論，提出具有增強型基礎傳輸能力的網絡體系結構模型，構造并內嵌與泛在、互聯(lián)、質量、融合、異構、可信、可管、可擴等高等級要求相稱的基礎能力，建立以可重構為核心功能要素、滿足業(yè)務多樣要求為目標的新型信息網絡結構，最終使得新型的信息通信網絡能夠內在地支持泛在的信息服務、提供多樣化和全方位的網絡業(yè)務、滿足多樣性的業(yè)務要求、具備高質量的通信效果、確保信息交互的安全可信等。（1）網絡元能力理論網絡元能力理論是為信息通信網絡引入新型基礎傳送能力進而建立新型可重構信息通信基礎網絡體系的理論基礎。

26、首先，它包含業(yè)務、元服務和元能力三個層面；其次，元能力層面能夠實現(xiàn)分組傳遞和宏電路兩種基本傳遞模式；最后，它界定上述兩種基本傳遞模式在構成網絡新型傳輸能力意義上的內在邏輯關系。網絡元能力理論中元能力層面的兩個要素之間形成依賴支持、聯(lián)合起效的內在邏輯關系。分組傳遞能力直接支持網絡的可生存性和健壯性，是本項目從現(xiàn)有網絡體系中繼承的優(yōu)質基礎網絡互聯(lián)傳輸能力，它構成宏電路和重構的物質基礎。基于分組能力，宏電路具有新型信息通信網絡基礎網絡互聯(lián)傳輸能力的新內涵并構成一種增強的基礎能力；另一方面，宏電路與分組共同成為重構能力的支撐要素。本項目旨在通過創(chuàng)立網絡元能力理論及相關研究，發(fā)現(xiàn)網絡基礎能力的固有要素、

27、揭示要素間的內在邏輯，形成相關的國際國內標準，培育我國在新型信息通信網絡體系結構領域的基礎研究實力。（2）多態(tài)尋址路由機制分析未來網絡對尋址、路由和交換能力的需求，構建可重構基礎網絡的新型尋址路由交換模型與結構形態(tài)。具體而言，揭示由業(yè)務特征要求和網絡動態(tài)行為驅動的多態(tài)尋址特征和模型，給出宏電路自適應建立機理，建立分組和宏電路共存環(huán)境下網絡內在形態(tài)和行為的新特征，描述對應的尋址和路由交換機理，進而完成業(yè)務要求和網絡狀態(tài)共同驅動的自動調節(jié)和協(xié)同路由。（3）網絡重構機理在局部（即節(jié)點級）資源重構的基礎上，揭示資源、功能重構的全局（即網絡級）特征，建立網絡重構機理，形成網絡元能力理論、多態(tài)尋址路由機制

28、和網絡重構機理聯(lián)合作用的邏輯結構形態(tài)。以網絡元能力理論和多態(tài)尋址路由機制為基礎，網絡重構界定功能和結構自調節(jié)的本質特征和作用機理。區(qū)分并定義網絡重構和資源重構兩個功能維度，給出多維認知協(xié)同機理，基于從網絡局部到整體的自學習、自適應、自管理和自進化等固有能力，表達網絡與業(yè)務之間、網絡內部多種單元功能之間的動態(tài)感知與智能協(xié)同原理，界定網絡內在功能元素的認知協(xié)同組配機理，為網絡按照業(yè)務需求動態(tài)進行結構重組、功能重構的機制與方法提供理論依據，實現(xiàn)網絡結構的自組織、功能的自調節(jié)和業(yè)務的自適配。（4）可重構網絡體系功能參考模型在可重構信息通信基礎網絡理論體系的基礎上，提出以網絡元能力為基礎、以可重構基礎網

29、絡為核心、以滿足業(yè)務多樣要求為目標的新型信息網絡體系結構模型。本項目提出的可重構新型網絡體系功能參考模型如圖4.1所示。這是一種新型的網絡功能分層模型，在數據平面，它具有一個增強型的網際互聯(lián)傳輸層可重構多態(tài)網絡層，而在管理平面，它在原有五大功能的基礎上引入一個全新的認知承載功能。圖 4.1 可重構新型網絡體系功能參考模型可重構多態(tài)網絡層是一個增強型的網際互聯(lián)傳輸層，其直接目標是增強基礎網絡的互聯(lián)傳輸能力，其基本功能包括OSI七層網絡參考模型中網絡層和傳輸層的功能，并增加了支持業(yè)務需求的新功能?？芍貥嫸鄳B(tài)網絡層由基態(tài)和多態(tài)兩個子層構成，基態(tài)子層實現(xiàn)基本尋址、路由和交換功能，是同時支持面向連接和無

30、連接分組傳遞的網際互聯(lián)傳輸子層。從滿足業(yè)務要求的角度看，要求宏電路呈現(xiàn)性能特定、安全特定、組播特定等的多模態(tài)特性，即，對于具有同類性能（或安全、組播等）要求的一組業(yè)務流，通過確保其性能要求的特定宏電路形態(tài)予以承載，我們稱其為性能（或安全、組播等）特定的宏電路。這樣，多態(tài)子層就包含各種模態(tài)的宏電路?？芍貥嬓滦途W絡體系功能參考模型中的認知功能是位于管理面內的一個全新網絡管理功能，它為管理面中的業(yè)務承載管理提供對業(yè)務和網絡的認知服務以及節(jié)點與網絡之間的協(xié)同服務。作為基于認知機理的管理功能，認知功能包含資源虛擬切面、網絡重構切面和邏輯承載切面，它一方面為業(yè)務承載直接提供基礎性的認知功能組件，另一方面還

31、完成對節(jié)點資源和網絡資源的抽象與匯聚，通過對特征、要求和行為的認知建立柔性重構實現(xiàn)多態(tài)的邏輯網絡，以滿足多種服務需求。依據節(jié)點智能和群體智能的認知機理，認知功能中的資源虛擬切面對網絡內節(jié)點資源和網絡資源的特征及動態(tài)行為進行感知，將有形和具體的節(jié)點和網絡資源虛擬成具有一致性的形式描述和網境語義、全局可見和可用的抽象資源，從而為網絡重構切面提供基礎重構組件。網絡重構切面是全網范圍內的網絡重構能力總和。資源虛擬切面向網絡重構切面提供的是與設備和特定網絡無關的虛擬化抽象資源，網絡重構切面則對雖屬全網范圍內但卻是相互分離無關的抽象資源以及對位于數據面的可重構多態(tài)網絡層提供的分組和宏電路基礎傳輸能力進行認

32、知聚合與組配，形成邏輯承載切面需要的基本重構承載能力。邏輯承載切面是為多樣化的網絡業(yè)務提供直接承載的網絡功能部分，它直接表現(xiàn)為各種具有特定能力的邏輯承載網，從而構成具體承載控制實體運行的直接物理基礎。邏輯承載切面基于網絡重構切面提供的具有全局意義的網絡重構能力，形成為業(yè)務構建邏輯承載網而提供的全部基本業(yè)務承載服務抽象能力要素的總和，比如，邏輯軟交換控制單元，邏輯信令網關，邏輯域內路由協(xié)議實體，邏輯域間路由協(xié)議實體等。（5）基于可重構網絡體系結構的網絡端到端模型基于本項目提出的網絡元能力理論、多態(tài)尋址路由機制、網絡重構機理，研究數據平面水平分層、管理層面垂直分層的網絡端到端模型及工作機理，如圖4

33、.2所示。圖 4.2 數據平面水平分層、管理平面垂直分層的網絡端到端拓撲模型在新構建的可重構多態(tài)網絡層中，數據平面的網元功能相對單一，采取分域管理方式，并且邏輯分層和多態(tài)重構，可以高效的完成數據包的轉發(fā)，支持業(yè)務普適；管理平面主要由負責管理轉發(fā)網元的智能體（Agent）組成，Agent一方面負責本域內轉發(fā)網元的多維感知、資源管理、網絡可重構，以及多態(tài)網絡的生成，另一方面負責域間的智能協(xié)調，完成域間尋路、標識映射、資源調度、知識提煉與支撐、構造、維護等工作。數據平面和管理平面形成了水平分層與垂直分層相結合的網絡端到端拓撲結構。數據平面是多模多態(tài)的，多模是指數據平面可以基于業(yè)務需求通過網絡重構實現(xiàn)

34、多種邏輯承載網絡的并存；多態(tài)是指每個邏輯承載網絡中的尋址路由方式可以基于多態(tài)尋址路由機制按需進行動態(tài)配置，實現(xiàn)邏輯承載網網絡形態(tài)的靈活配置。在端到端網絡轉發(fā)路徑所經過的不同域中所運行的網絡協(xié)議可以不同，甚至不同域中網絡技術體系可以截然不同，如在轉發(fā)路徑需要域A的邏輯承載平面a1和域B的邏輯承載平面b1，a1和b1可以分別是ATM和IP，則管理平面中的Agent A和Agent B負責兩個邏輯承載層面的對接，包括尋址路由、資源調度、QoS匹配等工作。為了提高網絡的可擴展性，Agent間擬采用層次化管理結構，高層Agent負責底層Agent間的控制、協(xié)調與管理。4.2.2 網絡重構的關鍵機制及結構

35、形態(tài)為擺脫傳統(tǒng)網絡技術體系束縛，本項目還將針對重構的關鍵機制及結構形態(tài)展開研究。在網絡元能力理論的基礎之上，細化“業(yè)務元服務元能力”的功能模型，提出了“面元能力點元能力”的元能力結構形態(tài)。其基本學術思想及技術途徑為：1）基于元能力表述的網絡重構的結構形態(tài)；）層次化的網絡重構機理；3）網絡重構中的規(guī)范化研究。（1）基于元能力表述的網絡重構結構形態(tài)網絡元能力提出的功能模型從全網重構的角度，在業(yè)務、元服務、元能力三個功能層面對網絡資源進了抽象和劃分，但是其并未明確元能力的結構形態(tài)。本課題從節(jié)點支撐全網重構的角度出發(fā)，研究性地提出“面元能力點元能力”的元能力層次劃分，如圖4.3所示，自下而上從點元能力

36、、面元能力、元服務三個層面對網絡資源進行多尺度描述。點元能力是對網絡節(jié)點中異構異質資源進行重構抽象而產生的邏輯實體，通過對節(jié)點所具備的網絡資源進行優(yōu)化調度和規(guī)劃，點元能力對全網的重構提供基礎網絡承載；面元能力則從全網的角度出發(fā)，感知業(yè)務并對數據面的網絡資源的行為特征進行聚類和組配，適配元服務進而實現(xiàn)對網絡多種業(yè)務的普適?；谠芰Ρ硎龅木W絡重構其結構形態(tài)還表現(xiàn)為對網絡元能力的功能要素“宏電路”的多模態(tài)特性靈活自適應，面對同類性能要求的一組業(yè)務，元能力通過感知全網內節(jié)點資源和網絡資源的特征及動態(tài)行為，積極應對、有選擇地構建或復用可確保其性能要求的特定宏電路，最終滿足網絡對多樣化業(yè)務的承載和服務的

37、需求。圖 4.3 基于元能力的網絡重構結構形態(tài)通過規(guī)范化的元服務和元能力建模，確立”業(yè)務元服務元能力”的邏輯映射關系；而進一步通過規(guī)范化建模點元能力，使管理面能夠通過定義標準接口實現(xiàn)對節(jié)點進行統(tǒng)一的控制管理。針對一個在物理上異構互聯(lián)的網絡，管理面可以對全網實施重構操作，配置產生支持不同業(yè)務的承載網。（2）層次化的網絡重構機理基于“業(yè)務元服務面元能力點元能力”的網絡元能力結構形態(tài)，對網絡重構在多層面上提出了需求。就元服務而言，它通過對多樣化業(yè)務的公共特性和要求進行聚類和抽象，可以在最大程度上降低網絡資源與業(yè)務間的耦合性。元服務利用面元能力提供的全網范圍內的基本網絡承載能力，通過重構對業(yè)務進行適配

38、。如圖4.4所示，其重構過程表現(xiàn)為全網內節(jié)點相互協(xié)作、節(jié)點內部資源靈活組合以實現(xiàn)對業(yè)務的普適。圖 4.4 面元能力的重構機理面元能力對元服務的支持應該是全方位的，絕不是簡單的一對一的映射，如圖4.4，可能的情況有：1）一個元服務需要通過集合多個面元能力為業(yè)務提供支撐；2）一個面元能力也可能要同時為多個元服務提供支持。因此，用于支撐面元能力的各個節(jié)點需要充分考慮彼此間的協(xié)調及資源共享問題。面元能力從全網的角度出發(fā)，感知業(yè)務特征并對數據面網絡資源的行為進行聚類和組配，以支撐元服務的重構。面元能力的重構表現(xiàn)為適應元服務而整合點元能力的過程。如圖4.5所示，通過對節(jié)點所具備的網絡資源進行優(yōu)化調度和規(guī)劃

39、，為部署點元能力提供最佳的節(jié)點資源配置方案。圖 4.5 點元能力的重構機理點元能力是可重構基礎網絡體系中最小粒度的資源或能力，對全網的重構提供基礎網絡承載。點元能力的重構是指對節(jié)點內的軟件或硬件資源（節(jié)點的協(xié)議實體、表格管理、控制實體、用于分組轉發(fā)的網絡處理器微核等）的重新編程控制甚至包含對軟件的完全重載，以實現(xiàn)對該資源模塊功能的靈活重構。點元能力的控制通道性能對全網可重構性具有重要意義，可通過流量矩陣估算建模等方法對點元能力的控制通道的流量進行分析，較完整地估算出控制通道中流量的分布情況，進而給控制通道設計提供依據并優(yōu)化通道流量。假如給定控制通道的流量序列X(t),那么在N階次上的多尺度分析

40、的結果為：其中，分別用和表示多尺度分析的尺度系數和小波系數。通過小波變換后的Kalman Filter算法，就可以求得估算值，即求得流量矩陣值。（3）網絡重構中的規(guī)范化研究通過對元服務進行規(guī)范化建模，可以最大程度上減少元服務與業(yè)務的耦合性。對其進行標準化建模應該遵循以下技術思想：采用統(tǒng)一的形式化描述方法進行描述，以保證業(yè)務模型的準確性和一致性；完整地描述元服務包含的各種內容；支持與服務等級承諾之間的相互轉化；方便實現(xiàn)元服務和點元能力的映射關系；具有良好的擴展性，能應對業(yè)務的演進和不斷變化的用戶需求。面對種類繁多的點元能力，從實踐出發(fā)歸納出典型的點元能力及其與元服務的映射關系，對面元能力模型進行

41、統(tǒng)一描述，并對其標準化、最終構建一個重構知識庫，幫助管理面實現(xiàn)全網重構。點元能力是在對節(jié)點功能聚類的基礎上抽象出的一組邏輯實體，根據對數據包進行的不同處理操作，可將點元能力進行分類，典型的點元能力有端口、查表等。據此對點元能力外在形態(tài)進行統(tǒng)一描述并標準化，其模型描述可包含屬性、容量、事件等，如圖4.6所示。圖4.6 點元能力的規(guī)范化模型為全面支撐管理面對全網實施重構操作，還需定義相應的標準接口以實現(xiàn)對點元能力進行統(tǒng)一的控制。點元能力的管理規(guī)范應包含：1）對點元能力屬性的配置、查詢等；2）對點元能力事件的訂閱及查詢；3）對點元能力拓撲的配置及查詢；4）對點元能力容量的查詢。4.2.3 業(yè)務自適應

42、認知承載機理（1）面向業(yè)務的精細化網絡流量分析研究本研究將突破傳統(tǒng)業(yè)務粗粒度流量測量和分析模式，研究面向業(yè)務的精細化流量測量、建模、預測和異常檢測等系統(tǒng)化方法，從而分別實現(xiàn)網絡流量狀態(tài)精確感知、揭示業(yè)務行為規(guī)律和特征抽象、網絡資源優(yōu)化配置和提高可管可控性。具體如下：首先，利用主動、被動及混合方式的智能測量方法進行網絡流量測量。應用信息熵理論以及數據挖掘、知識發(fā)現(xiàn)、數理統(tǒng)計和可視化等方法對業(yè)務行為內在機理與動態(tài)規(guī)律進行剖析?；谒@得的流量特征，通過多維信息融合，為網絡多維感知和智能分析提供基礎和依據。其次，通過對各種業(yè)務流量特征的全面提取、分析和融合，建立流量特性模型并抽象和聚類出揭示業(yè)務流量

43、共性和規(guī)律的各種元服務。對元服務進行規(guī)范化建模，在最大程度上減少元服務與業(yè)務的耦合性，使得各個異構網絡或不同自治系統(tǒng)可進行統(tǒng)一的業(yè)務重構操作并實現(xiàn)快速的業(yè)務部署。再次，基于感知得到的流量信息和流量模型，對多時間尺度上的網絡業(yè)務流量行為進行預先估計和推測。運用統(tǒng)計信號處理、人工神經網絡等方法構建預測數學模型，在不同時間尺度上對業(yè)務流量行為的動態(tài)趨勢、方向和可能的狀態(tài)作出合理的推斷，提高新型可重構網絡體系下的資源優(yōu)化配置。最后，通過對不同情形下的網絡流量異常行為，如DoS攻擊、瞬間流量激增和鏈路失效等，進行及時感知和快速處理，以提高可重構網絡的自愈能力和可控可管性。利用時間序列分析、模式識別、機器

44、學習和數據挖掘等方法分析流量的動態(tài)行為特性及其分布，構建業(yè)務流量的異常行為模型。通過面向業(yè)務的實時流量檢測，可快速感知異常事件，并對網絡運行狀況和業(yè)務行為進行診斷，從而及時采取有針對性的措施來提高服務提供能力的穩(wěn)健性。（2）多維感知及智能分析針對現(xiàn)有信息網絡由于缺乏感知及智能處理所暴露出的網絡層和業(yè)務層跨層資源管理能力弱、網絡管控能力差、網絡與業(yè)務匹配效率低下等問題，擬研究并建立基于智能Agent的多維認知體系，探索并形成“業(yè)務元服務元能力”模型中的多維感知與適配機制、方法。通過智能Agent實現(xiàn)網絡與業(yè)務之間的雙向認知、元服務與網絡元能力的感知與適配、域間邏輯承載能力的認知等。本課題擬建立業(yè)

45、務資源與網絡資源抽象及映射模型，探索業(yè)務應用的一般規(guī)律和特殊屬性，得出普適的管控模型。研究宏電路的網絡資源分配機制以及智能管控模型，進一步提高對信息的基礎傳輸能力，滿足可重構網絡的多類型業(yè)務承載、多態(tài)尋址、可信可管可擴展等應用需求和目標。根據精細化流量特性分析，抽象出業(yè)務流量的關鍵特征，同時，對網絡資源的特征和狀態(tài)進行多維感知，進一步通過信息融合、相關認知算法的分析和決策來完成業(yè)務聚類，完成業(yè)務、元服務與元能力的認知計算和協(xié)同計算，漸進優(yōu)化策略庫，對應的知識庫生成流程如圖4.7所示。策略庫的內容包含從多種業(yè)務抽象出的各種關鍵特征集與對應關鍵元服務及其參數集的規(guī)則列表，該策略庫能有效地指導宏電路

46、及邏輯承載網的構建和自適應調整，提高邏輯承載網業(yè)務適配的有效性及整體性能。在理論研究過程中，結合模擬仿真，并在驗證平臺上進行檢驗，不斷對模型進行評估和修正，最終得出合理有效的模型。圖4.7知識庫的生成流程（3）業(yè)務自適應邏輯承載網生成機理可重構信息通信基礎網絡基于業(yè)務特性，通過構建邏輯承載網的方式為業(yè)務提供自適應的承載服務。邏輯承載網的構建機制就是根據“業(yè)務-元服務-元能力”間的內在邏輯關系，確定業(yè)務承載所需的網絡元能力的需求以及物理網絡資源的需求，并將邏輯承載網的點到點邏輯鏈路映射到物理網絡的端到端路徑，該映射既要考慮邏輯承載網構建的業(yè)務需求，又需要結合其拓撲結構特性及資源的高效利用。此外，

47、為了使得邏輯網構建機制具備擴展性，擬借鑒分層路由的思想，將邏輯承載網的構建問題分為域內構建和跨域構建兩個子問題。l 域內邏輯承載網構建通過對邏輯承載網的構建需求以及對物理網絡的認知，擬提出基于知識的域內邏輯承載網構建機制，以達到構建的邏輯承載網與業(yè)務的適配和資源高效利用。為了對上述目標進行定量評價，在對域內邏輯承載網構建機制進行建模前，提出以下三種度量方式：對于業(yè)務適配，通過感知機制獲取路由節(jié)點當前的可用資源，根據所需構建的邏輯承載網的業(yè)務特性以及智能策略庫中的知識，對節(jié)點和網絡對業(yè)務的適配程度進行判定并作出決策，選擇能夠支持同類業(yè)務的宏電路進行傳輸。為了提高物理網絡資源的利用率，擬研究負載均

48、衡及其度量。由于邏輯承載網的動態(tài)構建和拆除，物理網絡的業(yè)務負載是隨著時間在變化的，因而導致負載均衡也是時變的，我們將研究鏈路帶寬資源占用和時間資源占用相結合的二維負載均衡度量方法。邏輯承載網的構建勢必消耗鏈路、節(jié)點及網絡資源，因而需要以極小化的邏輯承載網構建代價為目標，建立對所消耗資源的代價度量。在此基礎上，擬采用網絡最大流理論、多商品流問題模型、跨層聯(lián)合優(yōu)化、數學規(guī)劃等理論與方法，根據邏輯承載網業(yè)務需求和物理網絡可用資源等約束條件，利用多徑映射的思想，建立以業(yè)務適配度、網絡二維負載均衡和構建代價為優(yōu)化目標的邏輯承載網構建的建模理論與方法。l 跨域邏輯承載網構建跨域邏輯承載網的構建需要解決以下

49、問題: 1)各個域代理之間數據內容的一致性，尤其是具有鄰接關系的域代理之間的數據同步。2）域間服務能力的抽象，建立由各個域構成的整體網絡的能力模型。3）分布式協(xié)同策略與機制。研究并提出分布式協(xié)同策略和機制以解決同時構建多個邏輯承載網時產生的資源分配沖突問題?？缬蜻壿嫵休d網構建的基本過程是域代理先根據域間拓撲連接關系以及用戶的構建需求規(guī)劃出該業(yè)務承載網所覆蓋的域，從而將一個跨域邏輯承載網構建需求分解為若干個彼此相對獨立的域內構建需求，并將分解后的需求信息分別傳遞給相關的域代理，再由各個域代理在本域內實施處理。最后，根據上述構建策略，基于面元能力與點元能力間的適配關系，在相關物理節(jié)點上對要求的點元

50、能力進行實例化，從而形成業(yè)務自適應的邏輯承載網生成機理，最終支持業(yè)務的特征和需求。4.2.4 可重構基礎網絡的多態(tài)尋址及路由交換元服務驅動的多態(tài)尋址及路由交換主要解決由元服務驅動的，支持多種網絡體制并存的網絡尋址及路由交換問題，具體技術途徑如下：（1）基態(tài)協(xié)議體系尋址與路由機制基態(tài)協(xié)議是可重構基礎網絡中核心的網絡層協(xié)議，設計應重點考慮IPv4/v6、NDN等多態(tài)體系協(xié)議的兼容和特化。在TCP/IP網絡中，IP地址既用于位置標識又用作端點的身份標識，這種雙重身份不僅限制了網絡移動性，也帶來一些安全問題，基態(tài)協(xié)議的設計應集成內嵌的標識與地址分離的解決方案。此外，隨著業(yè)務需求逐漸由關注通信轉變?yōu)殛P注

51、數據內容，新的基態(tài)協(xié)議必須能夠有效支持面向數據內容的尋址與路由。主要研究思路是將身份位置分離作為基態(tài)協(xié)議命名系統(tǒng)的基本技術路線，并將面向內容的思想融入到基態(tài)協(xié)議的路由轉發(fā)機制的設計中。解決其中內容路由帶來的網絡狀態(tài)膨脹，以及智能多路徑轉發(fā)數據請求的問題。將著重研究路由節(jié)點基于局部信息計算名字空間和路由路徑的方法，以及數據內容名字空間結構和路由拓撲的優(yōu)化，特定屬性確定以及屬性生成方法。（2）多態(tài)協(xié)議的尋址與路由機制多態(tài)協(xié)議是基于基態(tài)協(xié)議生成的具有多種運行形態(tài)的協(xié)議，既可表示為通過基態(tài)協(xié)議特化（Specialization）的不同協(xié)議體系，也可以表示為一種協(xié)議體系的多個運行態(tài)?；鶓B(tài)和多態(tài)協(xié)議的關系

52、如圖4.8所示。圖 4.8 基態(tài)及多態(tài)協(xié)議體系主要的研究思路是將可重構技術作為網絡尋址及路由的重要支撐。通過重構可將網絡功能和行為根據用戶需求進行動態(tài)改變，或根據不同要求在不同協(xié)議體系間或相同協(xié)議體系不同運行態(tài)間進行切換。通過重構可為不同協(xié)議體系形成多個邏輯承載網，為元服務的隔離及資源調配提供基礎。在多態(tài)網絡尋址路由體系下，IP路由轉發(fā)僅在一個或多個邏輯承載網內實現(xiàn)，物理網絡上可同時運行多個不同的協(xié)議體系，以承載網的形式為不同特性的業(yè)務提供不同的元服務能力。（3）支持元服務的交換機制元服務在交換層次上是由宏電路支持的。宏電路代表某種基礎數據傳遞模式的增強，如交換結構對分組傳遞的低時延線速轉發(fā)保

53、證，高效組播、安全、移動等特性的增強。目前大規(guī)模交換結構的主流，都采用結合了輸入輸出排隊和每分組時隙調度的原理，其瓶頸是中央調度，且排隊使得其轉發(fā)前等待的時延沒有保證。交換結構對組播通常是轉化為多個等待調度的單播，不能實現(xiàn)硬件邏輯線速扇出組播。代數交換以群論中位置換群為模型，系統(tǒng)的描述了多級互連網絡（MIN）的模型，考慮作用于整數1至n上的置換群。類似于群論中常用的循環(huán)標記，例如用（321）表示置換,則有(1)3，(2)1，(3)2且(k)k，對所有k>3。其中數字表示二進制地址，1表示最高位地址，n表示最低位地址。該置換群中的單位元素是整數1至n映射到自身的映射，記為id。故置換s=（

54、321）導出如下3位二進制串中一一對應的映射：如圖4.9所示，即等價于：圖 4.9 以目標地址為參考點的2×2單元級間位置換交換已經證明了在所有可路由的MIN中，分治網絡具有高度模塊化和布局復雜度最低的特點，下表列出了部分常見的例子。表4.1 部分分治網絡的代數模型描述256×256: id :(87) : (86)(75) :(87):(85)(73)(62)(51) :(87) : (86)(75) : (87) : id ;1024×1024: id :(10 9):(10 9 8) :(6 9 7 10 8): (10 9 ) :(10 5)(9 4)(8

55、 3)(7 2) (6 1): (10 9): (10 9 8) : (6 9 7 10 8): (10 9 ) : id ;4096×4096: id : (12 11) : (12 11 10) : (12 9) (11 8) (10 7): (12 11) : (12 11 10) : (12 6)(11 5)(10 4) (9 3)(8 2)(7 1）: (12 11) : (12 11 10) : (12 9) (11 8) (10 7): (12 11) : (12 11 10) : id; N=64的分治網絡的結構圖如圖4.10。圖 4.10 64×64分治網

56、絡及其局部放大圖該類網絡的自路由過程遵循一個共同的法則。圖4.11表示出網絡id:(432):(42)(31):(43):(234)從源地址S1S2S3S4=1011到目標地址d1d2d3d4=0101的自路由過程。圖 4.11 自路由過程示意圖為克服其單一路徑的特點，引入了自路由群組集線器2G-to-G，使得其在i.i.d.歸一化負載的丟包律符合流媒體及視頻各自QoS的要求，如圖4.12所示。圖 4.12 基本模型id:(34):(13)(24):(34):id被G=8群組取代后的結構擬結合自路由集線器及分治網絡，支持線速組播的自路由集線器，同時引入帶可擴展的線速優(yōu)先級分組機制，目標是構建一

57、種能夠大規(guī)模擴展交換容量，面向元服務內部具有優(yōu)先級劃分，以及能夠線速支持組播的交換結構。（4）面向多態(tài)的路由交換虛擬化技術基于虛擬化技術的多態(tài)路由交換的實現(xiàn)可具有更好的通用性與統(tǒng)一性，可以為多態(tài)協(xié)議體系中的每個協(xié)議體系提供獨立的網絡設備，減少了多種網絡協(xié)議體系聚合時的接入問題。符合項目總體的“業(yè)務元服務元能力”的思想。研究的基本思路是提出三層切分模式的網絡虛擬化模型，如圖4.13所示。該模型首先利用虛擬化技術將公共承載網絡物理資源根據多態(tài)協(xié)議體系中的不同協(xié)議進行切分，為每個協(xié)議形成獨立的虛擬設備；然后在虛擬設備中按元服務類型進行切分，構建多個基于不同元服務的邏輯承載網；最后在邏輯承載網中對資源

58、進行虛擬化切分，用于滿足業(yè)務子網中不同元服務特征的服務質量保證。圖4.13 三層切分網絡虛擬化模型元服務切割針對每個元服務的特征，例如時延、吞吐量、容錯率等特征，為其劃分單獨的虛擬網絡，使轉發(fā)策略制定無需兼顧所有的元服務類型。業(yè)務切割的主要目的是構建差異性的服務質量保證平面，實現(xiàn)對不同業(yè)務流的資源保證。（5）探索利用網絡編碼等方法建立高效宏電路樹的組播機理傳統(tǒng)網絡通信理論把信息流當成管道中流動的水，是不可壓縮的，故傳統(tǒng)網絡節(jié)點只是完成存儲轉發(fā)功能。網絡編碼理論的全新突破在于提出網絡路由交換節(jié)點對輸入的信息流進行編碼后再發(fā)送，可進一步提升網絡吞吐量，從而達到網絡最大流最小割的理論上限。它使得組播協(xié)議及標準的制定有了理論依據。以圖4.14的蝶型圖為例，考慮具有單位容量、無時延無環(huán)有向圖中，信宿t1和t2能否同時收到2比特信息？在圖(a)中不編碼，平均吞吐量為1.5比特；在圖(b)，節(jié)點3和4間鏈路可傳送b1與b2的編碼，兩個信宿通過解碼可以同時收到b1,b2兩比特信息。可見，一個簡單異或操作就提高通信容量1/3，并達到該網絡的最大容量。這就是網絡