服務(wù)可定義的路由器轉(zhuǎn)發(fā)模型及其綠色節(jié)能機(jī)制研究

隨著互聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展，人們期望其核心設(shè)備--路由器，能提供靈活、可配置的轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)來面對(duì)紛繁復(fù)雜的互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。本項(xiàng)目圍繞上述問題展開研究，主要工作和貢獻(xiàn)如下。 1）可擴(kuò)展、可重構(gòu)路由器體系結(jié)構(gòu) 提出了一種開放式可重構(gòu)的路由交換軟件平臺(tái)，可使路由交換系統(tǒng)中的軟件功能模塊以構(gòu)件的形式動(dòng)態(tài)組裝及替換，支持靈活的功能復(fù)用。并且，開放性的可重構(gòu)開發(fā)模式支持任何開發(fā)團(tuán)隊(duì)按照構(gòu)件規(guī)范進(jìn)行構(gòu)件開發(fā)，并融入可重構(gòu)路由交換平臺(tái)中。 2）多維度轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù) 提出了表項(xiàng)聚合和表項(xiàng)拆分理論，并分析了二者的效用、代價(jià)及適用場景。設(shè)計(jì)了基于表項(xiàng)優(yōu)化的隧道設(shè)備高效轉(zhuǎn)發(fā)模型，并針對(duì)4over6過渡網(wǎng)關(guān)給出了具體實(shí)現(xiàn)方法。提出了一種二維轉(zhuǎn)發(fā)表分解存儲(chǔ)模型，基于目的IP前綴對(duì)轉(zhuǎn)發(fā)表進(jìn)行分解存儲(chǔ)，把歸屬于同一個(gè)簇頭IP前綴的二維轉(zhuǎn)發(fā)項(xiàng)集合作為一個(gè)子二維轉(zhuǎn)發(fā)表，將轉(zhuǎn)發(fā)項(xiàng)存儲(chǔ)到不同的線卡LC（Line Card）。 3）IPv6輕量級(jí)轉(zhuǎn)發(fā)模型及節(jié)能技術(shù) 設(shè)計(jì)了支持IPv6地址自動(dòng)分配的輕量級(jí)樹型轉(zhuǎn)發(fā)模型TFAD，將物聯(lián)子網(wǎng)中的節(jié)點(diǎn)構(gòu)造成一棵層次轉(zhuǎn)發(fā)樹，樹節(jié)點(diǎn)的IPv6地址在子樹范圍內(nèi)高度聚合。各節(jié)點(diǎn)只需存儲(chǔ)與其子節(jié)點(diǎn)數(shù)相當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)發(fā)項(xiàng)，即可完成TFAD模型的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。提出服務(wù)能效路由模型SERM，用節(jié)點(diǎn)服務(wù)度描述節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)能力，用路徑服務(wù)能效描述路徑的服務(wù)能力。源節(jié)點(diǎn)在進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)，可以在多條路徑中實(shí)時(shí)選擇路徑服務(wù)能效最大的一條路徑，這樣可以均衡消耗全網(wǎng)能量。 4）多形式FIB高效存儲(chǔ) 提出了一種路由表的均衡存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)模型RESD，將長度相鄰的前綴盡可能地分配到相同或相鄰的線卡上，然后通過分段式分配均衡每個(gè)線卡上的路由數(shù)目。最后通過路由特征位信息表和定位路由來實(shí)現(xiàn)路由信息的查找。提出一種均勻的FIB分解模型FEST，能將路由項(xiàng)和流量均勻分配到各個(gè)線卡，只引入較少的存儲(chǔ)冗余路由項(xiàng)。 5）互聯(lián)網(wǎng)IP路由傳輸優(yōu)化 提出了一種基于角度和受限概率的源隱私保護(hù)路由機(jī)制CRR。源節(jié)點(diǎn)到基站的數(shù)據(jù)傳輸并不經(jīng)過確定的傳輸路徑，而是在偏轉(zhuǎn)角度受限約束下，隨機(jī)選擇下一跳節(jié)點(diǎn)，通過變化的傳輸路徑迷惑攻擊者。CRR充分考慮了傳輸能耗及時(shí)延等性能問題。提出了域間不相交多路徑路由，為了降低多路徑路由對(duì)路由可擴(kuò)展性的影響，每條宣告的前綴最多計(jì)算兩條路徑，并要求兩條路徑盡可能不相交。 2100433B

轉(zhuǎn)發(fā)引擎是路由器最為關(guān)鍵的功能部件，服務(wù)可定義的轉(zhuǎn)發(fā)模型是路由器功能可擴(kuò)展的核心內(nèi)容，也是互聯(lián)網(wǎng)提供可擴(kuò)展服務(wù)的基石。然而，現(xiàn)有路由器轉(zhuǎn)發(fā)引擎卻相對(duì)封閉，難以靈活擴(kuò)展。例如，分布式路由器中每塊線卡都配置有獨(dú)享的固化轉(zhuǎn)發(fā)引擎，難以實(shí)施轉(zhuǎn)發(fā)資源共享或新型轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)的部署。而且，封閉的轉(zhuǎn)發(fā)結(jié)構(gòu)還極大地影響著路由器綠色節(jié)能機(jī)制的實(shí)施。本項(xiàng)目圍繞服務(wù)可定義的共享轉(zhuǎn)發(fā)模型和新型綠色節(jié)能機(jī)制展開研究。主要研究工作包括：1）研究新型轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)的描述方法及實(shí)現(xiàn)機(jī)制，構(gòu)建服務(wù)可定義的轉(zhuǎn)發(fā)模型；2）基于轉(zhuǎn)發(fā)資源層次結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)共享、可控的一體化轉(zhuǎn)發(fā)資源管理平臺(tái)；3）以宿主轉(zhuǎn)發(fā)單元服務(wù)為基礎(chǔ)，研究轉(zhuǎn)發(fā)表的分解存儲(chǔ)機(jī)制；4）利用網(wǎng)絡(luò)流量預(yù)測模型，研究基于共享轉(zhuǎn)發(fā)單元結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)發(fā)引擎綠色節(jié)能機(jī)制；5）研究面向新型轉(zhuǎn)發(fā)模型及節(jié)能機(jī)制的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ图膀?yàn)證環(huán)境。

本書以我國房地產(chǎn)經(jīng)紀(jì)市場為背景，探求了房地產(chǎn)居間服務(wù)的功能及其實(shí)現(xiàn)機(jī)制。通過對(duì)國內(nèi)外房地產(chǎn)經(jīng)紀(jì)業(yè)相關(guān)實(shí)務(wù)的比較，以及對(duì)國內(nèi)外文獻(xiàn)的細(xì)致梳理，提出了居間服務(wù)四功能的特點(diǎn)，并基于這些基礎(chǔ)性功能，對(duì)功能發(fā)揮的機(jī)制做了數(shù)理建模。全書文字簡潔、流程，邏輯嚴(yán)謹(jǐn)，論證嚴(yán)密，豐富了相關(guān)專業(yè)領(lǐng)域的理論研究，并為房地產(chǎn)經(jīng)紀(jì)業(yè)的發(fā)展提出了有益的政策建議，因而有較強(qiáng)的理論指導(dǎo)意義。

本項(xiàng)目主要針對(duì)互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的能耗模型與節(jié)能設(shè)計(jì)技術(shù)展開研究。主要包括IP網(wǎng)絡(luò)、IP over WDM光網(wǎng)絡(luò)以及云計(jì)算三類研究場景。本項(xiàng)目的研究內(nèi)容如下。首先，收集了網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的能耗數(shù)據(jù)，包括路由器電端口、光端口、光電轉(zhuǎn)換模塊、光纖鏈路放大器等器件的能耗數(shù)據(jù)，提出了基于虛鏈路的能耗模型。該能耗模型能為后續(xù)的節(jié)能設(shè)計(jì)提供依據(jù)。第二，研究了綠色節(jié)能互聯(lián)網(wǎng)多目標(biāo)優(yōu)化問題。在節(jié)能網(wǎng)絡(luò)中存在多種相互矛盾的優(yōu)化目標(biāo)，例如業(yè)務(wù)量工程的負(fù)載平衡問題要求將業(yè)務(wù)流量均勻分散到網(wǎng)絡(luò)鏈路上，而節(jié)能設(shè)計(jì)則要求將業(yè)務(wù)流量集中于網(wǎng)絡(luò)中的部分節(jié)點(diǎn)和鏈路。本項(xiàng)目提出了基于博弈論框架的解決方案，采用納什議價(jià)的方法由博弈雙方宣布各自的威脅值，使全部優(yōu)化目標(biāo)性能達(dá)到同等比例的提升，保證了網(wǎng)絡(luò)能耗、負(fù)載均衡等多個(gè)優(yōu)化目標(biāo)的公平性。第三，研究了網(wǎng)絡(luò)節(jié)能與網(wǎng)絡(luò)生存性的關(guān)系。節(jié)能技術(shù)和生存性技術(shù)具有一定的相似性，都討論了部分網(wǎng)絡(luò)設(shè)備“失效”情況下的路由與資源分配問題。提出了雙鏈路失效場景下工作路徑和保護(hù)路徑共享關(guān)系判定的輔助圖，對(duì)于未承擔(dān)的業(yè)務(wù)的保護(hù)路徑采用休眠方式以節(jié)約網(wǎng)絡(luò)能耗。該方法能實(shí)現(xiàn)抗多鏈路失效網(wǎng)絡(luò)中的資源、能耗優(yōu)化。第四，研究了IP網(wǎng)絡(luò)的節(jié)能設(shè)計(jì)問題。針對(duì)IP網(wǎng)絡(luò)場景中業(yè)務(wù)流量動(dòng)態(tài)變化的問題，提出了一種全新的基于多拓?fù)涞墓?jié)能算法。該算法首先根據(jù)歷史的業(yè)務(wù)量將每天劃分為多個(gè)時(shí)間片，然后在劃分好的各個(gè)時(shí)間片內(nèi)利用鄰域搜索作節(jié)能子拓?fù)湓O(shè)計(jì)。通過優(yōu)化鏈路權(quán)重向量使得流量集中在部分鏈路上，休眠沒有流量經(jīng)過的鏈路以實(shí)現(xiàn)節(jié)能。第五，研究了云計(jì)算環(huán)境中節(jié)能虛擬網(wǎng)絡(luò)映射問題，重點(diǎn)考慮數(shù)據(jù)中心的能耗情況，在滿足業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量要求下實(shí)現(xiàn)虛擬網(wǎng)絡(luò)映射的能耗優(yōu)化。本項(xiàng)目資助共發(fā)表期刊論文12篇，會(huì)議論文7篇，申請(qǐng)專利5項(xiàng)，其中SCI檢索期刊論文8篇，包括IEEE JSAC, Optics Express, Computer Networks, IEEE System Journal等高水平期刊，期刊等級(jí)為中科院JCR分區(qū)1區(qū)1篇，2區(qū)1篇，三區(qū)2篇，四區(qū)4篇。會(huì)議論文中，包括INFOCOM，GLOBECOM，ICCCN等高水平學(xué)術(shù)會(huì)議，會(huì)議等級(jí)為中國計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)CCF推薦A類會(huì)議1篇，C類會(huì)議2篇。共培養(yǎng)博士研究生1名，碩士研究生5名。 2100433B

如何實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的高效節(jié)能，是目前互聯(lián)網(wǎng)研究中受到極大關(guān)注的前沿問題。本項(xiàng)目圍繞IP協(xié)議體系架構(gòu)，對(duì)綠色節(jié)能互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)理論模型及關(guān)鍵技術(shù)展開研究。主要工作包括：根據(jù)器件設(shè)備內(nèi)在能耗規(guī)律，提出基于遺傳算法的最小中值二乘法和模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的能耗建模方法，保證能耗模型的精度與靈敏度；為全面反映綠色節(jié)能互聯(lián)網(wǎng)綜合性能，在定義網(wǎng)絡(luò)能耗評(píng)價(jià)指標(biāo)參數(shù)的基礎(chǔ)上，提出基于多屬性決策的評(píng)價(jià)模型設(shè)計(jì)方法；為應(yīng)對(duì)IP協(xié)議收斂速度慢、節(jié)能操作滯后效應(yīng)明顯的問題，提出基于先應(yīng)思想以線下方式預(yù)置多張節(jié)能拓?fù)?，以線上方式作拓?fù)淝袚Q和擁塞處理；挖掘節(jié)能技術(shù)內(nèi)涵，將其與網(wǎng)絡(luò)生存性技術(shù)結(jié)合，提出純IP方式下的節(jié)能無環(huán)替代路算法和MPLS方式下的TE-Tunnel保護(hù)資源綠色共享算法，使生存性技術(shù)兼顧節(jié)能要求；對(duì)上述研究成果進(jìn)行集成，構(gòu)建統(tǒng)一高效的綠色節(jié)能互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)。鑒于現(xiàn)有文獻(xiàn)中尚無相關(guān)研究思路，因此本項(xiàng)研究屬創(chuàng)新研究。