信息物理社会融合网络下的虚拟资源管理技术

The cyber-physical-social systems (CPSS)-based virtualized cyber-physical-social networking is able to achieve the information interaction between the physics society and the network society in various application fields, which can be regarded as the constructional fundament of future smart cities. To promote the network performance of CPSS, the following various virtualized resource management problems will be studied: 1) Social resource deployment. To consider the impact of the uncontrollability of human behaviors on the network performance, a user incentive mechanism is proposed based on the user credit evaluation, which aims at encouraging users to participate in CPSS operation with higher business quality. 2) Facility and communication resource deployment. With the consideration of the rich feature of the network hierarchy, the rational deployment of the facility and communication resources among and within the virtualized networks is realized according to the requirements of each network, which is able to guarantee the communication reliability of CPSS nodes while maximizing the network energy efficiency. 3) Cross-system resource deployment. With the consideration of the diversity of network resources, a virtualized CPSS network framework is proposed based on the integration of communications, computing and caching, and a joint cross-system resource optimization strategy is presented for the proposed framework in order to promote the efficient retrieval, analysis and delivery of large amounts of information. These researches provide the technical support for the design and development of the future smart city.

基于信息物理社会融合系统（Cyber-Physical-Social Systems, CPSS）的虚拟化CPSS网络可实现各应用领域内物理社会与网络社会的信息交互，是构建未来智能城市的基础。课题针对该网络下各类虚拟资源的管理问题展开研究：1）社会资源管理。考虑到人类行为的不可控性对网络性能的影响，提出一种基于用户信誉的用户激励机制，刺激用户以更高的业务质量参与CPSS系统运营。2）设备及通信资源管理。考虑网络层次丰富的特点，依据各虚拟化网络的需求，实现网络间及网络内设备及通信资源的合理分配，在确保CPSS节点通信可靠性的同时最大化网络能效。3）跨系统资源管理。考虑网络资源类型多样的特点，提出基于通信、计算、缓存一体化的虚拟化CPSS网络架构，并设计跨系统资源联合优化方案，确保大量信息的高效检索、分析及交付。课题研究可为未来智能城市的设计和发展提供技术支撑。

信息物理社会融合系统相较于信息物理融合系统进一步纳人于系统的运营与管理之中，可实现物理世界、信息空间、人类社会三方的协同演进，是构建未来智慧城市的基础。本项目重点针对信息物理社会融合网络中社会因素对系统性能的影响、网络层次的丰富性、资源类型的多样性、连接节点数量庞大、信息交互频繁等问题，完成信息物理社会融合网络的架构设计及资源管理两方面工作。. 一方面，本项目旨在构建具备普适性的信息物理社会融合网络架构及其评估体系，包含“虚拟化信息物理社会融合网络架构”以及“多维资源一体化的虚拟化信息物理社会融合网络架构”，架构能够支持多样化的用户业务与应用，同时通过网络多维资源的协同调度确保大量信息的高效检索、分析与交付。另一方面，本项目提出了虚拟化信息物理社会融合网络的社会资源管理方案、设备及通信资源管理方案、跨系统资源管理方案，并设计了一套面向虚拟化信息物理社会融合网络的计算机仿真环境，对所设计的方案在网络效用、负载均衡、安全性、可靠性、时延、能耗等关键指标方面的性能优势进行了分析与验证。. 仿真结果表明，所提架构及社会资源管理方案能够通过用户评估函数，有效实现社会资源与其他网络资源的协同调度，刺激用户以良好的行为参与系统的运营与管理，从而实现网络效用的最大化；同时，所设计的设备及通信资源管理方案能够达到2.3%~13.6%的有效负载性能增益，30dB信噪比下高于99%的服务成功概率，以及39dBm发送功率下约1.5bit/Hz/s的平均保密速率；此外，所设计的跨系统资源管理方案能够实现1ms端到端时延、1e-7丢包率下的最佳网络效用，平均有效信息量约达1350bits、平均系统能耗低于0.36mJ。. 本项目研究工作按照项目计划书执行，重点完成了信息物理社会融合网络的架构设计及资源管理两部分研究工作，结果表明本项目研究工作可填补目前国内外智能系统研究领域关于信息物理社会融合网络研究的空白，为未来智慧城市实现物理世界、信息空间、人类社会三方面的融合和交互提供技术支撑。