基于闭环反馈的软件定义移动全向ICN弹性管理技术研究

As one of the key technologies in networking, Software-Defined Information-Centric Networks (SD-ICNs) have been proposed to upgrade the traditional host-to-host communications to the new network-to-user pattern, which enables high information obtaining efficiency and network scalability performance, by the concept of “information-centric”. Simultaneously, centralized controller has been introduced into SD-ICNs for decoupling the control and forward functions to improve the network quality-of-service (QoS) and flexibility. In this project, taking into account the omni-directional information flow brought by the future diverse services, and the low service reliability and high network fluctuations brought by the mobile accessing, network controllers in multiple tiers and bi-directional in-network cache are introduced to enhance the efficiency of omni-directional information dissemination and to enable close-loop feedback, and thus the SD-ICNs can be upgraded to the Software-Defined Mobile Omni-Directional Information-Centric Networks (SD-MOICN). The main topics in this project include, (1) the network architecture that supports feedback controlling, network function decoupling and bi-directional caching (introducing the network controllers and bi-directional cache in multiple tiers to support omni-directional information dissemination and close-loop architecture, and optimizing the deployment of the controllers and in-network cache), (2) the feedback control mechanism that facilitates SD-MOICN (proposing embedded feedback control strategies, and studying the network behavior sensitivity), and (3) the elastic joint resource management scheme that is based on feedback control (establishing the dynamic heterogeneous resource model, and proposing the elastic joint resource management algorithms for heterogeneous resources).

目前网络领域的研究热点软件定义信息中心网络（SD-ICN）以信息为中心，将传统主机间的通信演进为用户-网络的通信以提升用户获取信息的效率和网络的可扩展性，同时引入集中控制器并解耦控制与转发功能以提升网络服务质量和灵活性。本项目考虑未来多样化业务带来的用户与网络间的信息全向流动，及移动接入网络带来的高网络动态性和低服务可靠性，引入多层控制器和双向缓存以提升全向信息流动效率并形成闭环反馈，将SD-ICN扩展为软件定义移动全向信息中心网络（SD-MOICN）。主要研究该网络中（1）支持反馈控制、功能解耦及双向缓存的网络架构（引入多层控制器和双向缓存支持全向信息传输并形成闭环反馈架构，优化控制器和双向缓存的部署）（2）面向移动全向信息中心网络的反馈控制方法（提出嵌入式反馈控制策略，研究网络行为灵敏度）（3）基于反馈控制的弹性联合资源管理方法（建立动态异构资源模型，提出弹性联合资源管理算法）。

项目组顺利完成了本项目计划的研究工作，在基础架构、理论模型、核心方法方面取得了一系列创新性成果。提出了支持反馈控制、功能解耦及双向缓存的信息中心网络架构，形成闭环控制以反馈信息、优化网络性能，提升设备和资源利用率，提出了面向移动全向信息中心网络的反馈控制方法，建立网络的闭环调节机制，提出了基于反馈控制的弹性联合资源管理方法，构建了激励驱动的资源动态匹配与主动共享方法，大大提高了高动态异构网络资源利用率和网络对高动态异构业务的承载能力，显著提升了业务的服务质量。.项目组还拓展了信息中心网络的应用场景，针对M2M、VANET、UAV网络、区块链、工业互联网等场景进行了优化设计，与中国移动、中建集团、首都机场、四川自贡政府等单位合作构建了工业数据连接测试床、装配式建筑足尺实验床等，将研究成果成功应用于智能制造、新基建、环保等重点领域，在提升产业效率、降低成本方面发挥了重要作用，对传统产业的改造升级和垂直行业应用提供了重要的技术支撑。.本项目发表论文18篇，其中SCI检索11篇。相关论文发表在IEEE IoT J、IEEE ComMag、IEEE TMC、IEEE Network、IEEE TVT等顶级期刊和IEEE ICC、IEEE GLOBECOM等顶级会议上，其中1篇入选ESI高被引论文。申请国家发明专利6项，其中已授权3项。.项目组形成了学术研究梯队，项目期间，1人晋升教授、博士生导师，1人晋升副教授，2人晋升硕士生导师，培养了博士研究生3人（其中已获学位1人）、硕士研究生17人（其中已获学位11人）。