高速網(wǎng)絡(luò)測量的普適在線壓縮統(tǒng)計(jì)理論與方法中文摘要

網(wǎng)絡(luò)測量為網(wǎng)絡(luò)和各種應(yīng)用的管理、優(yōu)化和控制提供有效支撐，是下一代互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的必備要求。隨著網(wǎng)絡(luò)線速和業(yè)務(wù)流數(shù)目的增加，物理存儲器件在容量和速度方面的限制成為網(wǎng)絡(luò)測量的巨大挑戰(zhàn)，本課題研究網(wǎng)絡(luò)測量當(dāng)前迫切需要解決的基礎(chǔ)性科學(xué)問題，探索高速網(wǎng)絡(luò)測量數(shù)據(jù)的普適在線壓縮統(tǒng)計(jì)理論與方法，通過數(shù)學(xué)模型抽象和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的手段，采用理論求證、軟件仿真和實(shí)驗(yàn)床搭建等方法，力圖從三個(gè)方面尋求對現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)測量技術(shù)的突破和創(chuàng)新：1)在保證測量精度的前提下在線壓縮測量信息，滿足至少20 Gbps鏈路的測量數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)更新和查詢；2)從理論上提供一種相對普遍適用于各種網(wǎng)絡(luò)測量統(tǒng)計(jì)量特點(diǎn)的在線壓縮方法，滿足不同統(tǒng)計(jì)量的測量要求；3)通過自適應(yīng)調(diào)整測量時(shí)間間隔進(jìn)一步降低測量信息傳輸?shù)膸捳加?。本?xiàng)目研究的高速網(wǎng)絡(luò)測量的普適在線壓縮統(tǒng)計(jì)理論與方法對下一代互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，尤其是對高速網(wǎng)絡(luò)測量的實(shí)現(xiàn)具有重要的理論意義和應(yīng)用前景。

互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)過不斷地進(jìn)化，已經(jīng)發(fā)展成為承載各種業(yè)務(wù)的全球通信基礎(chǔ)設(shè)施，其形式也由于移動(dòng)、異構(gòu)、高帶寬以及新型業(yè)務(wù)的發(fā)展而變得日益復(fù)雜。無論是將網(wǎng)絡(luò)測量用于新業(yè)務(wù)特性的認(rèn)知，還是對新網(wǎng)絡(luò)和新業(yè)務(wù)的管理控制，網(wǎng)絡(luò)測量都將是未來互聯(lián)網(wǎng)最基礎(chǔ)的功能組件，為網(wǎng)絡(luò)及其各種應(yīng)用的管理、優(yōu)化與控制提供有效的支撐。本課題發(fā)表論文32篇，其中SCI檢索10篇，計(jì)算機(jī)學(xué)會推薦A類國際會議3篇，IEEE期刊4篇。主要研究成果包括：1) 研究自適應(yīng)的非線性采樣中的參數(shù)調(diào)整的問題，提出了一種參數(shù)自調(diào)整的算法，當(dāng)計(jì)數(shù)器溢出時(shí)，該算法能夠?qū)?shù)放大到一個(gè)均衡點(diǎn)并進(jìn)行歸一化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在內(nèi)存開銷相同的條件下，帶有參數(shù)自調(diào)整算法的非線性采樣方法對于實(shí)際流量，帕累托分布和指數(shù)分布的流量的統(tǒng)計(jì)精確度分別提高了近89倍，70倍和370倍。2) 研究利用SRAM開展高速業(yè)務(wù)量統(tǒng)計(jì)的機(jī)制，提出了DIScount Counting（DISCO）方法。在相同的存儲開銷下，該方法和相關(guān)的工作相比，具有更好的精確度。同時(shí)，存儲開銷隨著流量大小的增長次線性地增長，使得計(jì)數(shù)器具有很好的可擴(kuò)展性。使用網(wǎng)絡(luò)處理器IXP2850的1個(gè)微處理引擎和96Kb的存儲代價(jià)可以達(dá)到11.1Gbps的吞吐率，吞吐率隨著微處理引擎數(shù)目的增大（不超過4個(gè)時(shí)）以接近線性的方式增長。3) 研究BGP測量探針的有效部署問題，以此來減小BGP測量系統(tǒng)的開銷。證明了VP選擇問題是NP完全問題，并提出了相應(yīng)的近似算法來求解該問題。通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，只要110個(gè)VP足夠觀察到原來需要438個(gè)VP才能觀察到的信息。另外，利用不同時(shí)期的數(shù)據(jù)運(yùn)用VP選擇算法，發(fā)現(xiàn)性能是穩(wěn)定的。4) 通過網(wǎng)絡(luò)測量手段研究了兩種潛在的域間路由的多樣性，即鄰居AS間關(guān)系松弛轉(zhuǎn)變和與同在一個(gè)IXP的其他AS建立BGP會話兩種方式下的潛在路由，這兩種潛在路由多樣性可以被用來恢復(fù)路徑失效之后路由。利用迄今為止見諸文獻(xiàn)中最完整的AS網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋪磉M(jìn)行這兩種潛在路由多樣性的評價(jià)，在不同的互聯(lián)網(wǎng)失效模型下，大約40％至80％的失效源/目的AS之間的路徑可以得到恢復(fù)。5) 提出的SACK2算法有效地解決了SYN洪泛檢測面臨的多項(xiàng)挑戰(zhàn)，包括：消除因攻擊者偽造各種控制包而導(dǎo)致的漏判、區(qū)分端口掃描、快速報(bào)告攻擊的開始和結(jié)束、以及報(bào)告遭受攻擊的IP和端口對等。 2100433B

普適氣體常數(shù)R是物理學(xué)的基本參數(shù)之一，它的重要性不言而喻。普適氣體常數(shù)的確定方法主要有三種：1. 通過測量氣體密度和壓力的方法確定；2. 通過黑體輻射公式用斯忒藩-玻爾茲曼常數(shù)確定；3. 用聲學(xué)干涉法通過測量單原子氣體音速確定。2100433B

信息的交互和共享是項(xiàng)目信息管理的重要內(nèi)容，也是實(shí)現(xiàn)協(xié)同施工的基礎(chǔ)。普適計(jì)算能提供強(qiáng)大的實(shí)時(shí)交互能力，建筑信息模型（BIM）被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)信息共享的有效工具之一。本研究將普適計(jì)算和BIM結(jié)合，探索實(shí)現(xiàn)協(xié)同施工過程中動(dòng)態(tài)信息交互和共享的方法，在此基礎(chǔ)上研究協(xié)同施工控制和決策理論與方法。首先，對普適計(jì)算環(huán)境下協(xié)同施工方法進(jìn)行分析，確定協(xié)同施工對信息的處理規(guī)則和原理。其次，對基于BIM的施工信息模型建立方法進(jìn)行研究，借助上下文感知技術(shù)，建立不同類型的施工上下文信息模型。再次，采用離散動(dòng)態(tài)事件系統(tǒng)理論構(gòu)建基于事件模型的施工信息獲取機(jī)制，采用BIM技術(shù)對施工信息進(jìn)行表達(dá)。最后，在上下文信息處理的基礎(chǔ)上構(gòu)建基于規(guī)則的施工過程控制模型，采用粗糙集理論根據(jù)上下文信息進(jìn)行管理決策。本研究符合建筑業(yè)信息化發(fā)展趨勢，有助于促進(jìn)新技術(shù)新方法在施工管理中的應(yīng)用，有助于施工管理理論與方法的創(chuàng)新，具有重要的理論和實(shí)踐意義。

普適計(jì)算（Ubiquitous computing（ubicomp）、pervasive computing），又稱普存計(jì)算、普及計(jì)算、遍布式計(jì)算、泛在計(jì)算，是一個(gè)強(qiáng)調(diào)和環(huán)境融為一體的計(jì)算概念，而計(jì)算機(jī)本身則從人們的視線里消失。在普適計(jì)算的模式下，人們能夠在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)、以任何方式進(jìn)行信息的獲取與處理。

普適計(jì)算是一個(gè)涉及研究范圍很廣的課題，包括分布式計(jì)算、移動(dòng)計(jì)算、人機(jī)交互、人工智能、嵌入式系統(tǒng)、感知網(wǎng)絡(luò)以及信息融合等多方面技術(shù)的融合。普適計(jì)算在教育中的應(yīng)用項(xiàng)目：（1）清華大學(xué)smart class項(xiàng)目、（2）臺灣淡江大學(xué)的硬件SCORM項(xiàng)目、（3）MIT的Oxygen項(xiàng)目。

普適計(jì)算的促進(jìn)者希望嵌入到環(huán)境或日常工具中去的計(jì)算能夠使人更自然的和計(jì)算機(jī)交互。而普適計(jì)算的顯著目標(biāo)之一則是使得計(jì)算機(jī)設(shè)備可以感知周圍的環(huán)境變化，從而根據(jù)環(huán)境的變化做出自動(dòng)的基于用戶需要或者設(shè)定的行為。比如手機(jī)感知用戶正在開會這個(gè)環(huán)境而自動(dòng)切換為靜音模式，并且自動(dòng)答復(fù)來電者"主人正在開會"。這意味著普適計(jì)算不用去為了使用計(jì)算機(jī)而去尋找一臺計(jì)算機(jī)。無論走到哪里，無論什么時(shí)間，都可以根據(jù)需要獲得計(jì)算能力。熱興的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)或許能看做普適計(jì)算的一個(gè)雛形。 2100433B