2012CB315900 可重构信息通信基础网络体系研究

  本文关键词：可重构信息通信基础网络体系研究，由笔耕文化传播整理发布。

项目名称： 可重构信息通信基础网络体系研究

起止年限：

依托部门：兰巨龙 中国人民解放军信息工程大学2012.1-2016.8 河南省科技厅 首席科学家：

一、关键科学问题及研究内容

2.1 关键科学问题

由立项依据和国内外研究现状不难看出：

第一，随着IP网络业务形态的不断丰富，业务对网络的需求越来越多样和多变，而IP网络的服务能力却是有限的和确定的，这就直接导致了业务需求与网络固有能力之间的差距日益扩大，最终将使得网络难以甚至不能支持多样化的业务。解决该问题需要探索网络按照业务需求动态进行结构重组、功能重构的机理与方法，通过网络结构的自组织、功能的自调节和业务的自适配来最大程度地弥合网络能力与业务需求之间的时变鸿沟，使网络能有效适配多变的业务需求。

第二，信息网络所依赖的基础互联传输能力过于简单且长期不变。大量实践已经证明，现有信息基础网络或者基于现有基础信息网络进行的各种修修补补都难以满足泛在、互联、质量、融合、异构、可信、可管、可扩等信息网络的高等级需求。依据“结构决定功能”的物理法则，面对这些高等级需求，重新设计网络体系结构、模型与协议，直接增强网络基础互联传输能力便成为解决上述问题的一个关键切入点和突破口。国际上关于新型网络体系结构的研究方兴未艾，但整体上来看这些研究仍处于百家争鸣的初级阶段，尤其是对于新型信息通信网络基础理论的研究还十分初步，这为我国利用“弯道效应”抢占未来信息技术制高点提供了难得的机遇。

第三，作为支持信息网络泛在互联、融合异构及可信可管可扩等的新型网络服务要素，可重构技术日益成为一个重要的研究和发展方向，但是目前可重构技术的作用范围和固有能力均局限于网络单元层面，不能做到全局意义的网络重构。从节点和局部意义的可重构发展到网络级别的可重构需要机理和机制的创新，其中多维认知协同机理是实现可重构的重要基础。

第四，安全可管可控是信息网络的重要设计目标，网络的安全可管可控直接受制于网络内在功能和结构要素，必须在网络体系结构中内嵌网络安全与管控机制。在可重构信息通信基础网络体系下，需要结合基础互联传输能力的增强及网络的重构，从网络体系结构的层面上探索网络安全可管可控的全新形态、机理与模型。

本项目以信息网络的上述挑战性问题为切入点，针对未来信息通信基础网络

的根本需求，凝练出如下四个拟解决的关键科学问题及其基本解决思路：

（1）可重构可扩展的基础网络体系结构问题。业务的特征和需求通常是多样和变化的，而网络服务能力却是相对有限和确定的。业务与网络之间这种愈发显著的差异性成为制约网络发展的一个显著瓶颈。这种差异性是信息网络研究与发展的永恒动力。本项目研究这种差距的成因和特性，提出“可重构网络”的核心思想，研究并建立面向业务需求的网络可重构机理、模型与方法。创立网络元能力理论，即通过对各种业务需要提供的服务的基本网络服务元素（元服务）进行聚类构建元服务模型，通过对各种元服务需要网络提供的基本网络功能元素（元能力）构建网络元能力模型，通过元服务与元能力的适配实现网络对多种业务的普适。

（2）信息网络基础互联传输能力的强化机理与模型问题。为了解决IP网络层功能单一、服务质量难以保证、安全可信性差、可管可控可扩能力不足、移动泛在支持乏力等瓶颈性问题，在可重构网络核心思想指导下，将网络层和传输层的功能进行有机融合，提出“可重构多态网络层”的概念和功能模型, 直接增强基础网络互联传输能力；提出新型多态寻址路由机制，通过定义网络寻址路由机制的基本“微内核”构建基态模型，基于基态模型进行扩展的寻址路由机制构建多态模型，从而使得网络基础互联传输能力得以动态增强，并且支持网络的多模多态共存。

（3）业务普适的网络可重构机理问题。为了解决IP网络结构和功能较为刚性、难以支持普适业务的问题，基于元能力理论，对网络节点能力进行组合、对网络资源进行调配，通过资源和节点能力的灵活组合实现网络能力对业务的普适。研究网络重构过程中的资源虚拟管理机制、节点能力组合机制、逻辑承载和控制管理之间的配合机制，构建完整的基础网络重构机理和结构，实现网络层面的结构可重构、资源自配臵、能力自调整。

（4）可重构网络的安全可管可控问题。为了实现网络安全管控能力的内嵌，研究“可重构网络”的安全可信模型，建立针对共性安全与管控特征要求而构造的基本安全要素和功能的总和，即安全基片。提出具有多级强度的安全基片结构及安全管控机制，探索逻辑承载网间和逻辑承载网内的业务隔离机制，提出多类安全需求共同依赖的基础安全机制和具体结构，建立基于证据推导的安全强度度

量，提出针对逻辑承载网内用户和终端的辨识和管控机制，通过智能的多维态势分析解决安全行为的追踪溯源问题。

上述四个科学问题的研究可以有效地解决现有信息网络存在的主要弊端，将为构建一个支持目前业务和未来新业务的不同服务质量需求，功能灵活扩展，满足泛在互联、融合异构、可信可管可扩需求，支持现有网兼容演进和适于规模应用的新型网络通信信息基础设施提供一种解决途径。

2.2 主要研究内容

2.2.1 可重构信息通信基础网络理论体系

为了从根本上突破传统IP承载的能力瓶颈，解决服务适配扩展性差、信息网络基础互联传输能力弱、业务普适能力低、安全可管可控性差等问题，本项目创立可重构信息通信基础网络理论体系，其中包括网络元能力理论、多态寻址路由机制和网络重构机理。网络元能力构成可重构基础网络体系模型中核心能力增强要素的支撑理论，多态寻址路由是网络动态寻址路由能力的模型，网络重构界

该理论体系是可描述。

图 2.1 可重构信息通信基础网络理论体系

（1）网络元能力理论

通常，业务的特征和需求是多样和多变的，相对而言，网络的服务能力却是有限和确定的，有效弥合这种差异性的一个可行途径是将业务特征需求与网络承载服务二者抽象成一种特定的“业务—元服务—元能力”模型，即将直接承载一种业务的网络服务分解成一组细粒度的基本网络服务元素SMi，称每一个基本网络服务元素为“元服务”，每一种业务由一个元服务集合S={SMi，i=1，2，……N，N为元服务个数}提供服务，该集合是封闭的，其中的元素是有限的。全部业务对应的网络服务元素总和就构成网络的“元服务层”。进一步，每一个元服务需要

一组基本网络功能元素CMj予以支撑，，称每一基本网络功能元素为一个“元能力”，支撑一个元服务的所有元能力集合为C={CMj，j=1，2，……L，L

为元能力个数}，该集合也是封闭的，其中的元素也是有限的。于是，全体元服务所对应的基本网络功能元素总和就构成网络的“元能力层”。上述“业务—元服务—元能力”模型可用图2.2予以表达。

图 2.2 “业务—元服务—元能力”功能模型

该“业务—元服务—元能力”模型构成网络元能力理论的核心。业务层通过相应的认知机制对网络业务的特性和要求进行聚类和抽象，提炼出各类业务需要的基本网络服务元素。元服务层利用网络元能力功能层提供的全网范围内的基本承载能力，对基本承载功能组件进行认知适配，针对多样业务的公共承载特性和要求进行聚类从而形成元服务。元能力层表征网络的元能力，它通过动态感知业务、节点资源和网络资源的动态行为特征，对网络提供的基础传输能力进行聚类和组配，在全局网络范围内对能力和资源进行认知协调和动态调节，从而为元服务层提供全网范围内的多种基础承载能力。

网络元能力的两种基本传递模式是分组传递和宏电路，它们之间的内在逻辑结构如图2.3所示。分组传递模式是支持基础数据传递和网际互联的原子功能要素。宏电路是一种全新的基础数据传递模式，它是网络为一组具有共同传输路径的同类业务流而动态建立的自适应型虚电路。宏电路直接表达基础数据传递模式的增强，这种增强可以具体表现为基础网络在性能、安全、组播、移动性、可扩展等方面的功能扩展，使得我们可以将“从基础上增强和扩展信息基础传输能力”作为研究切入点，最终达到满足信息通信网络对多样化业务的承载和服务、多态寻址路由、可信可管可扩展等多重应用需求的目标。

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