基于复杂网络理论的虚拟路由通信安全问题研究

发布时间：2020-06-29 13:32

【摘要】：信息获取和传输手段的多样性,数据存储和共享方式纷繁复杂,共同催生了多种业务类型并存的复杂、共生的异构通信网络。软件定义思想解离边缘网关的控制类协议,简化协议栈结构提高异构网络中数据跨域传输能力。然而,实体资源统一封装在屏蔽物理实体之间异构性的同时,网元数量的激增和扁平化的网络架构随着拓扑复杂升级会带来新的安全隐患。如设备老化、负载过重、信道干扰等导致的容错故障会减弱网络的鲁棒性；网络DoS攻击、无线频谱压制等导致的针对性故障会增加网络的脆弱性。这些安全隐患都和网络拓扑特征密切相关,并且在无线接入网融入的情况下变的更加复杂。如何研究异构融合场景下的由拓扑规模引起的安全问题是本论文的重点。本文以异构融合网络的虚拟路由通信技术为研究对象,通过构建网络虚拟资源管理框架,分别在核心网、无线接入网场景下分析网络的鲁棒性和抗毁性,设计了高效、鲁棒、抗毁的虚拟映射算法,是虚拟路由通信安全问题的理论探索和算法验证。主要工作如下：1.针对无线接入网的移动终端寻址和信道质量对虚拟请求带宽的影响,提出了一种以逻辑集中方式引导用户流量的转发驱动及控制器,设计了解耦基带处理单元和射频拉远单元的方案；对无线接入网场景建模,包括路损模型、信道干扰、频谱分配和带宽计算,场景拓展后无线接入侧的约束条件理论分析；在虚拟资源架构的基础上,对虚拟网络映射进行了形式化描述,通过抽象无线虚拟资源,将其融入核心网资源的虚拟映射方案设计中,从而为设计容错、高效、抗毁的网络提供了逻辑基础。2.针对多个虚拟网络共享底层设施、底层节点或链路故障随机失效所带来的虚拟网络的故障容错问题,提出了一种具有高鲁棒性的虚拟路由通信算法,提高虚拟网络的安全性。首先对网络面向随机失效的拓扑差异进行建模,分析其存在的问题和解决方案；其次为了提高网络的鲁棒性,将连通性作为判定指标,基于渗流理论分析了随机网络、无标度网络和无线接入网络场景下的连通性判定问题和随机失效问题；最后基于最小割集提出了一种虚拟网络的鲁棒映射算法,仿真验证表明,在节点压力较大、容错故障率较高的情况下,改进后的算法具有更高的虚拟请求成功率和更低的资源占用率。3.针对“关键”位置的节点／链路发生故障所带来的流量重定向问题,提出一种流量均匀化方案来提高网络抗毁性。在理论分析方面,提取网络异质性指标,将同配属性对抗毁性的影响拓展到有向加权网络中,分析其理论上限以及与抗毁性的拓扑度量之间的关系；在算法设计方面,将最大连通分支作为判定指标,分析蓄意攻击所采用的不同策略,根据攻击者所掌握的信息的广度和精度不同,构建可变信息的攻击模型,设计一种虚拟映射场景下的边同配属性的判定和选择方案。仿真验证表明,在节点压力较大、蓄意攻击信息增加的情况下,改进后的算法具有更高的虚拟请求成功率和更低的资源占用率。
【学位授予单位】：北京邮电大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN918;O157.5

【参考文献】