国家自然基金标书-面向服务的未来互联网体系结构与机制研究.DocVIP

项目名称： 面向服务的未来互联网体系结构与机制研究 首席科学家： 刘韵洁 中国科学院计算技术研究所 起止年限： 2012.1-2016.8 依托部门： 中国科学院 一、关键科学问题及研究内容 现行互联网是基于TCP/IP体系结构建立的，其假设用户和终端是可信和智能的，网络本身仅仅需要提供尽力而为的数据包转发服务，这种理念符合最初以主机互联和资源共享为主要目标的互联网设计需求。随着应用及计算模式的日益丰富及社会对互联网依赖程度的增强，互联网接入方式和网络功能定位发生了巨大的改变，TCP/IP体系结构已经无法满足互联网持续发展的需求，在可扩展性、动态性以及安全可控性等方面呈现出无法解决的问题。为了从根本上解决上述问题，适应互联网未来持续发展的需求，需要设计新的互联网体系结构并研究相关关键机理。本项目中，新的体系结构的设计主要考虑下面两个因素： ?（一）转变互联网设计理念：从传输通道到服务池 ?在互联网设计之初，用户主要关注与特定位置的其他用户实现互联，按照该场景设计的TCP/IP体系结构能够很好地满足这种需求。而如今，互联网应用范围已经远远超越了互联网设计初衷，成为当前信息社会的重要基础设施之一。用户更关注的是服务本身，例如信息有哪些信誉好的足球投注网站、内容分享、云计算服务等，而不再特别关注服务提供者的位置。从这一设计理念来说未来的互联网有理由被看作是服务池，而不是简单的数据传输通道。 ?（二）硬件技术进步：新的互联网设计理念的支撑技术 ?硬件技术按照摩尔定律快速发展，计算和存储价格也以近乎直线的速度下降。研究报告指出过去25年每字节的存储价格以每周3%的速度下降。恰恰相反，长距离传输的价格却几乎保持不变，而且高于存储的价格[38]。这种变化促使我们考虑用存储和计算来换取带宽，即在网络中增加存储和计算功能，从而把纷繁复杂的服务推向距离用户更近的位置，提升互联网服务的性能，提高用户的服务质量。 综上，本项目旨在研究面向服务的未来互联网体系结构，服务可以理解为“数据”和“处理”的结合体，其中“处理”包含对数据的计算和存储。该体系结构的基本理念是以服务驱动路由，增加网络侧的智能使得互联网成为集传输、存储和计算为一体的服务池。新的体系结构遵循沙漏模型（又称细腰模型），在细腰位置将TCP/IP结构中的IP地址替换成服务标识（图1）。细腰模型使得面向服务的未来互联网体系结构具有更好的灵活性和可扩展性：为纷繁复杂的上层服务提供支持，同时也可以连接到各式各样的下层传输网络上。基于细腰模型的互联网体系结构都需要解决三个问题：1）细腰部分的作用；2）细腰与上层的交互机理；3）细腰与下层的交互机理。由此，本项目需要解决以下三个关键科学问题： 传输和服务的动态复杂耦合问题（细腰部分的作用）。 海量差异化服务透明映射问题（细腰与上层的交互机理）。 可扩展服务路由与高效传输问题（细腰与下层的交互机理）。 图1 项目的科学问题及其定位 2.1 关键科学问题 （1）科学问题之一：传输和服务的动态复杂耦合问题 本科学问题旨在解决如何在网络中增加智能，使之成为支持计算、存储和传输功能的服务池的问题，其中的关键问题包括： － 服务命名和统一标识理论 借鉴网络分层模型，探索位置无关的、层次化服务命名体系和统一标识理论。 － 设备的虚拟化智能化机理 传输和服务的耦合需要基于路由设备来实现，包括路由设备如何存储服务内容，如何感知用户服务需求，如何基于服务内容进行路由决策等。 － 服务能力共享方法 服务能力共享解决服务来源多样化的问题，包括网络如何获取和管理服务资源，如何根据服务性能最大化需求选择合适的服务提供方式满足用户需求，如何设计基于协作的分布式服务存储机制并实现服务在不同节点之间的动态迁移等。 （2）科学问题之二：海量差异化服务透明映射问题 本科学问题旨在解决三层模型中细腰层对上层的支持以及这两个层次之间的高效交互问题，其中的关键问题包括： － 服务描述模型 实现差异化服务的统一透明映射，首先需要解决服务描述问题，包括如何从元建模的角度，研究统一的服务属性描述元模型，如何界定服务与具体应用之间的关系，如何使得服务属性模型具有可扩展性以适应未来业务创新的需求，如何确保服务的安全与可信。 － 服务标识统一映射方法 在服务属性模型细致刻画服务的基础上，研究基于不确定信息的服务属性模型到服务统一标识的透明映射理论和方法，包括服务标识的分层结构设计、属性的标识映射方法等。 （3）科学问题之三：可扩展服务路由与高效传输问题 本科学问题旨在解决三层模型中细腰层对下层的覆盖及这两个层次之间的高效交互问题，其中的关键问题包括： － 服务路由机理 与地址或者内容不同，服务具有更加丰富的属性，而且属性是动态的，需要根据服务的多维属性，动态选择路由。研究服务属性的感知机理，服务属性标识到服务位置的映射方法