未来网络体系结构与关键技术

The current Internet is mainly designed for traditional service and fixed users. This causes some severe problems of scalability, security, mobility, cloud computing supportability, high energy consumption and low resource utilization to the current Internet. The project performs prospective research on future intelligent network architecture and its key technologies. The proposed research includes the following aspects: (1) To create and construct a resource reformation based future intelligent Internet architecture model. The model has three layers, including intelligent service layer, resource adaption layer and network component layer, and two domains, including the entity domain and behavior domain. (2) To develop the theory and mechanism for the intelligent service layer, including the naming and description system for service, service registration and inquiring mechanism, which can satisfy the requirements of the future network service and achieve service intelligent mapping. (3) To develop the network component identifier and behavior description system and network switching and router component model to realize the effective support for cloud computing and energy saving from network components layer.(4) Originally proposing mechanisms for resource adaptation layer, building dynamic behavior matching and intelligent clustering mechanisms to meet the resource-oriented, mobility and energy saving requirements of the future Internet. To study the network resource optimization mechanism and respective storing and service forwarding theory and propose network energy saving mechanism.

传统互联网存在可扩展性、移动性、安全性、云计算支持性、节能性和资源利用率等方面存在原始设计的不足与缺陷，难以满足人类社会当前和未来的需求。本项目针对未来网络体系结构及其关键技术开展基础性和前瞻性研究，拟开展的研究内容如下：（1）原创性提出面向资源组合的未来智慧互联网"三层"、"两域"体系架构。三层即"智慧服务层"、"资源适配层"和"网络组件层"；两域即"实体域"和"行为域"。（2）建立智慧服务层理论与方法，提出服务的命名和描述体系，以及服务的注册与查询机制，以满足未来网络服务的需求，实现服务的普适化与智慧化。（3）创建网络组件的标识和行为描述机制，并提出新型网络交换路由组件模型，以实现网络组件对云计算、普适服务和节能性的高效支持。（4）针对未来互联网对面向资源、移动性、节能的需求，建立资源适配层机理，提出行为动态适配和智慧聚类机制。

传统信息网络的分层结构，如国际OSI的七层体系结构，传统互联网的四层体系结构等，日益暴露出越来越多的缺陷和原始设计模式的不足，导致严重的可扩展性、移动性、安全性等问题，不能从根本上满足未来网络“高速”、“高效”、“海量”、“泛在”等通信需求。国内外近几年提出的新一代信息网络体系架构，也难以在有效解决网络可扩展性、移动性、安全性等问题的基础上，大幅度提高网络资源利用率，降低网络能耗等，显著提升用户体验。为了解决这些问题，满足信息网络发展的重大迫切需求，本课题提出并创建了全新面向资源组合的未来智慧互联网整体架构。（1）研究全新面向资源组合的未来智慧互联网的“三层”、“两域”总体架构，建立“智慧服务层”、“资源适配层”、“网络组件层”以及“实体域”和“行为域”的理论模型，细化服务标识、族群标识、组件标识的总体设计，对全新面向资源组合的未来智慧互联网的整体系结构和关键技术进行建模仿真，并完成原型系统的设计和开发。（2）研究面向资源组合的未来智慧互联网各层的关键技术，研究族群聚类和资源动态适配的总体理论与机制，设计面向资源组合的未来智慧互联网协议体系，对服务标识与族群标识的映射理论、族群标识与组件标识的映射理论、族群聚类机制、资源动态适配理论进行了分析、设计与优化，形成了较为完整的面向资源组合的未来智慧互联网理论、协议体系与标准，从原始设计上系统全面地解决了现有互联网中存在的各种缺陷。（3）本项目的主要成果包括，申请国家发明专利23项，获得国家授权发明专利16项；发表论文90篇，SCI检索42篇，其中IEEE Transactions文章14篇，EI/ISTP检索的学术论文48篇；提交并获得9项IETF、IEEE等国际标准化组织草案；培养博士研究生16名。研究成果在铁路、工业互联网等领域进行了广泛的应用，其先进性和有效性得到了充分的验证。