基于网络编码理论的安全高效多播传输策略研究

With the development of the next generation Internet, the number of Internet video users and data flows in the network increase sharply. Therefore, designing new algorithms for multicast data transmission to provide both data confidentiality and efficient data transmission has already been one of the most important problems currently. Network coding not only can maximize the throughput of the data transmission but also can provide the data confidentiality for the capabilities of the network coding itself efficiently. However, in the literature, most of the previous works focus on the design of secure network coding scheme, which have none deep research on the impact of transmission topology on achieving throughput by using secure network coding. Moreover, since the research on passive attack models which are launched by intermediate nodes in the network just started currently, lots of valuable research problems remain to be settled. To defend against passive attacks launched by intermediate nodes independently and cooperatively, our proposal attends to do research on the design of transmission topology selection algorithm and secure network coding scheme. Our design will integrate the topology formation and secure network coding design together to realize the secure and efficient multicast transmission strategy based on network coding. The objectives include: maximizing the achieving throughput by using secure network coding; analyzing the performance of the designed secure network coding scheme from the view of practice. Achievements obtained in this study will enrich the secure network coding theory and promote development of network coding technology.

下一代互联网的不断发展将引起因特网视频用户数量和数据流量的激增，因此，设计提供安全、高效多播数据传输的新型算法已成为未来网络技术发展的重要研究问题之一。网络编码不仅可最优化数据传输吞吐率，其本身的特性还可提供数据机密性，且计算复杂度小、执行过程简单。然而已有工作主要集中在安全网络编码的设计问题上，并未深入研究传输拓扑对使用安全网络编码可达的数据传输吞吐率的影响。而且，针对内部结点被动攻击模型的研究尚处于起步阶段，很多有价值的研究问题亟待解决。本项目拟针对内部结点独立和部分合作攻击模型，通过结合传输拓扑选择和安全网络编码设计这两个基础问题，来研究传输拓扑选择算法和安全网络编码算法，以实现基于网络编码的安全、高效多播数据传输策略。研究目标包括：最优化安全网络编码可达的数据传输吞吐率；从实际应用角度对安全网络编码方案进行性能分析。本项研究的进展将丰富安全网络编码理论，并促进网络编码技术的发展。

下一代互联网的不断发展引起因特网用户数量和数据流量激增。因此，设计提供安全、高效数据传输的新型算法已成为未来网络技术发展的重要研究问题之一。网络编码不仅可提高数据传输吞吐率，其本身的特性还可提供数据机密性，且计算复杂度小、执行过程简单。基于网络编码的安全、高效数据传输的研究尚处于起步阶段，很多有价值的研究问题亟待探索和研究。针对基于网络编码的安全、高效数据传输问题，取得了如下三方面的研究成果：.1、基于网络编码的安全数据传输。首先，针对结点窃听的被动攻击模型，通过对传输拓扑选择和安全网络编码设计问题进行联合优化，研究了在信息论安全、弱安全两种安全需求下传输拓扑选择算法和安全网络编码算法。其次，针对流量分析的被动攻击模型，设计了基于网络编码的匿名传输方案，利用网络编码的向量空间特性隐藏编码包之间的线性相关性，达到匿名性的要求。另外，针对恶意篡改数据包的主动攻击模型，利用网络编码向量空间的特性，提出了基于短零向量的实时差错检测策略，具有较低的通信开销和复杂度。.2、基于网络编码的高效数据传输。首先，针对基于网络编码的分布式存储网络，研究了存储结点失效情况下的修复时间最小化问题。其次，针对无线网络中基于网络编码的合作数据交换问题，研究了目的节点的分簇算法以及网络编码方案以最小化传输代价。还研究了有时限(Deadline)的合作数据交换问题以最大化时限到达前成功获得的数据包个数。另外，针对无线数据传输中可靠性、高效收集和发布问题分别设计了网络编码方案。.3、基于网络编码的下一代网络。首先，针对光纤无线混合接入网(Fiber-Wireless Access Network)，首次将网络编码设计和设备-接入点选择问题进行了联合优化, 以最小化设备间本地通信的传输次数。其次，针对信息中心网络(Information-Centric Networks)，首次将网络编码缓存优化布置问题与路由选择问题进行联合优化研究。此外，对信息中心网络中的K-anycast 路由机制和大规模移动自组织网络的吞吐率延迟均衡问题进行了研究。.共发表（录用）19篇SCI/EI收录学术论文，受理或授权发明专利6项。其中CCF A类会议、IEEE Trans 期刊论文5篇，CCF B类会议或期刊论文2篇，CCF C类会议或期刊论文3篇，其他SCI三、四区期刊论文7篇，获国际学术会议大会优秀论文奖1项。