信息通信网络广义鲁棒控制机理研究

With the rapid expansion of the information communication network scale and the great complexity characteristics of various network elements, extremely the “poisoned and polluted”-prone trend of all network software/hardware systems under the storm of information technology globalization, the problems of uncertain disturbance such as failure of network nodes and links, loophole and backdoor have emerged. Hence, the generalized robust control in information communication network has become an urgent problem..This project introduces built-in dynamic heterogeneous redundancy on the level of both system architecture and operating mechanism, and also employs multimode decision and negative feedback mechanism to deal with the generalized uncertain disturbance in the system. Therefore, the statics, certainty and similarity characters of the system are changed, and dynamics, redundancy and heterogeneity characters of network operating architecture are formed, thus reducing the threats brought by random equipment breakdowns and malicious intended attacks to the greatest degree, as well as cutting off or interfering the accessibility of all kinds of uncertain disturbance. Then, a deeper research into the network infrastructure level, routing transmission control level and service function arrangement level is carried out, which enables the network to both restrain uncertain disturbance such as node and link failure and counter the influence brought by uncertain threats such as system backdoors and loopholes, therefore achieving the goal of “robust construction of network units, robust control of network and robust provision of service”.

信息通信网络规模的快速膨胀及各种网络要素的巨复杂特性，特别是信息技术全球化发展浪潮下网络各类软/硬件系统极易被“毒化污染”，使得近年来网络节点或链路失效以及漏洞、后门等不确定扰动问题凸显，信息通信网络广义鲁棒控制成为当前亟待解决的问题。. 本项目在系统结构层面和运作机制上引入内生的动态异构冗余特性，采用多模裁决和负反馈机制应对系统中的广义不确定扰动，从而改变系统的静态性、确定性和相似性，实现网络运行结构的动态性、冗余性、异构性，最大限度地降低设备随机故障和人为恶意攻击，并阻断或干扰各种不确定扰动的可达性，基于此，项目分别在网络基础设备层面、路由传输控制层面、服务功能编排层面进行深入研究，使网络既能抑制节点或链路失效等不确定失效扰动，也能防范系统后门、漏洞等不确定性威胁扰动影响，实现“网元鲁棒构造、网络鲁棒控制、服务鲁棒提供”。

本项目围绕既能抑制节点或链路失效等不确定失效扰动，也能防范系统后门、漏洞等不确定性威胁扰动的信息通信网络广义鲁棒控制机理开展研究，通过在网络中引入动态异构冗余特性，采用多模裁决和负反馈机制应对系统中的不确定失效扰动，从而为网络植入广义鲁棒控制基因，显著增强信息通信网络抑制不确定失效扰动的能力。针对上述研究目标，项目重点完成了理论框架建模、网元鲁棒构造、网络鲁棒控制、服务鲁棒提供的技术研究：.第一，在理论架构建模方面，针对信息通信网络抽象模型中同质弱相互依赖网络鲁棒性研究不能很好反映真实情况，完成了异质弱相互依赖网络鲁棒性理论建模；.第二，在网元鲁棒构造方面，针对软件定义网络中非随机扰动条件下的数据转发与信息处理安全可控性问题，完成了基于信道编码的SDN内生安全防御技术研究；.第三，在网络鲁棒控制的异构控制器部署方面，针对SDN控制层控制器软件同构部署导致的共模故障，研究了一种安全感知和QoS保障的异构控制器部署方法；.第四，在网络鲁棒控制的弹性构造方面，针对控制器容错架构下调度与决策带来的网络开销问题，提出兼具安全与自适应弹性的控制平面构造方法；.第五，在服务鲁棒提供的应用安全管理方面，针对SDN应用层恶意应用程序API滥用的问题，设计一种基于REST API访问控制的应用程序安全管理机制；.第六，在服务鲁棒提供的应用干扰检测方面，针对SDN应用层正常应用程序相互干扰的问题，提出了一种高效可扩展的应用程序干扰检测与消除机制。.因此，基于上述研究成果，信息通信网络通过在系统结构层面和运作机制上的创新引入“内生”的广义鲁棒控制属性，改变系统的静态性、确定性和相似性，实现网络运行结构的动态性、冗余性、异构性，最大限度地降低设备随机故障和人为恶意攻击给网络的正常运行带来的威胁，并阻断或干扰各种不确定扰动的可达性，从而显著增强信息通信网络功能和性能等品质鲁棒性。构建“高可靠、高可信、高可用”三位一体的新型鲁棒网络。