信息的協(xié)同性和可生存性的理論與實(shí)踐研究.doc

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蒈袀羈莀蕆薀膆芆薆螞罿膂薅螄膅肈薅袇羈蒆薄蚆螀莂薃蝿肆羋薂袁衿膄薁薁肄肀薀蚃袇荿蠆螅肂芅蠆袈裊膁蚈薇肁肇蚇蝿襖蒅蚆袂腿莁蚅羄羂芇蚄蚄膇膃芁螆羀聿 項(xiàng)目名稱：海量信息的協(xié)同性和可生存性的理論與實(shí)踐研究首席科學(xué)家：李未 北京航空航天大學(xué)起止年限：2005.12至2010.11依托部門：教育部一、研究?jī)?nèi)容本項(xiàng)目以二十一世紀(jì)我國(guó)信息基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)為背景，從海量信息協(xié)同性和可生存性基礎(chǔ)理論、高協(xié)同和高可存的海量信息系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)與方法以及試驗(yàn)環(huán)境和典型應(yīng)用三個(gè)層次入手，開(kāi)展海量信息的協(xié)同性和可生存性的理論與實(shí)踐研究。2.1 兩個(gè)關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題本項(xiàng)目在海量信息的協(xié)同性和可生存性的基礎(chǔ)研究層面，將著重研究?jī)蓚€(gè)基本科學(xué)問(wèn)題。1、海量信息的協(xié)同性。基于先進(jìn)網(wǎng)絡(luò)的海量信息的協(xié)同性是通過(guò)先進(jìn)網(wǎng)絡(luò)，使用不同類型的通信協(xié)議交換信息，規(guī)劃、協(xié)調(diào)和監(jiān)控海量用戶的計(jì)算行為和通信行為，實(shí)現(xiàn)不同地域、不同性質(zhì)的資源共享，合作完成某項(xiàng)任務(wù)（Mission）或服務(wù)的行為特征。海量信息的協(xié)同行為由微觀和宏觀兩個(gè)層面組成。海量協(xié)同信息系統(tǒng)不是一般意義上的通信系統(tǒng)，而是能夠創(chuàng)造性地進(jìn)行大規(guī)模協(xié)同合作和知識(shí)創(chuàng)新的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)。海量信息系統(tǒng)良好的協(xié)同能力是實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量任務(wù)的保證和高可信基于內(nèi)容的資源共享的必要條件，是提高服務(wù)質(zhì)量的關(guān)鍵。保證協(xié)同能力的魯棒生存和有效擴(kuò)展是海量信息可生存性和可擴(kuò)展性問(wèn)題的核心。海量信息宏觀的協(xié)同性是建立在微觀協(xié)同性基礎(chǔ)之上?，F(xiàn)有的基于計(jì)算機(jī)和因特網(wǎng)技術(shù)的微觀協(xié)同行為都是計(jì)算機(jī)進(jìn)程間的通信（CSP），由發(fā)送、接收和同步或異步三個(gè)基本要素組成,通常是在操作系統(tǒng)、通信協(xié)議中實(shí)現(xiàn)的?，F(xiàn)有的通信理論，如CCS、CSP和Petri等，對(duì)協(xié)同行為的研究都局限在微觀層面上，所得到的結(jié)論不足以解釋海量信息協(xié)同中宏觀層面的整體特征，而且涉及不到宏觀協(xié)同過(guò)程中的語(yǔ)義問(wèn)題，所以不能從根本上解決海量信息協(xié)同中有關(guān)服務(wù)質(zhì)量、正確性、可靠性、有效性、協(xié)同性的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題。為此必須建立新的海量信息協(xié)同性理論。本項(xiàng)目的目標(biāo)正是要以海量信息系統(tǒng)的協(xié)同行為為主要研究問(wèn)題，在微觀層面，建立基于內(nèi)容的信息傳輸理論；在宏觀層面，建立具有統(tǒng)計(jì)特征的基于內(nèi)容的信息傳輸、協(xié)同、同步的科學(xué)規(guī)律；解決傳輸、同步和協(xié)同的語(yǔ)義問(wèn)題，構(gòu)造新的協(xié)同語(yǔ)義理論；設(shè)計(jì)宏觀層面海量信息協(xié)同的組織、處理和傳輸?shù)母咝?、可靠算法，研究海量信息的同步協(xié)同服務(wù)協(xié)議，研制面向內(nèi)容的開(kāi)放式協(xié)同軟件。2、海量信息的可生存性。先進(jìn)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下海量信息系統(tǒng)的可生存性是指受到網(wǎng)絡(luò)攻擊、發(fā)生事故、出現(xiàn)故障以及系統(tǒng)規(guī)模擴(kuò)展過(guò)速的沖擊下，部分功能受損、系統(tǒng)仍能繼續(xù)完成任務(wù)的核心活動(dòng)、并恢復(fù)某些受損功能的行為特征。魯棒的生存能力是以可承受的方式完成協(xié)同任務(wù)的保證，海量信息系統(tǒng)協(xié)同任務(wù)的可生存性問(wèn)題是海量信息可生存性的核心問(wèn)題。海量信息的可生存性可分為微觀和宏觀兩個(gè)層面。微觀層面是指單個(gè)通信行為或計(jì)算進(jìn)程的可生存能力；宏觀層面是指海量信息系統(tǒng)在多個(gè)組成部分受損的情況下的可生存能力，即多個(gè)業(yè)務(wù)邏輯或分布于不同地域的功能在部分受損的情況下，繼續(xù)完成基本任務(wù)所需的功能的恢復(fù)和增強(qiáng)能力。海量信息的可生存性是一個(gè)尚未解決的科學(xué)問(wèn)題，它與信息安全，特別是大型分布式信息系統(tǒng)的信息安全緊密相關(guān)，但是又具有本質(zhì)的區(qū)別。信息安全在微觀層面上通常是指對(duì)于單個(gè)通信和計(jì)算行為通過(guò)編碼和加密等手段，對(duì)所傳輸?shù)男畔⒑陀?jì)算結(jié)果進(jìn)行保護(hù)；從宏觀層面上講對(duì)于大型分布式系統(tǒng)而言是通過(guò)使用專網(wǎng)、加密卡、防火墻等手段，對(duì)不同的業(yè)務(wù)邏輯和分布在不同地域的功能上采用統(tǒng)一的安全策略，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的安全措施，對(duì)系統(tǒng)的整體進(jìn)行保護(hù)。對(duì)信息安全而言，安全策略和措施的實(shí)現(xiàn)可以獨(dú)立于業(yè)務(wù)邏輯，并且更側(cè)重于網(wǎng)絡(luò)和平臺(tái)層面。系統(tǒng)整體安全性取決于組成系統(tǒng)的各個(gè)部件的安全性，系統(tǒng)的安全性不可能高于其組成部分的安全性。因此信息安全通常具有整體的統(tǒng)一性、安全措施與業(yè)務(wù)邏輯的分離性和整體與局部的關(guān)聯(lián)性。與之相比，海量信息系統(tǒng)在微觀層面上的可生存性除了信息安全所需要的保護(hù)功能外，還必須加入單個(gè)通信和計(jì)算行為在受損情況下恢復(fù)功能的能力，而這種能力是通信和計(jì)算行為的組成部份，另一方面，對(duì)于海量信息系統(tǒng)的每一個(gè)組成部分而言，可生存性策略和措施的實(shí)現(xiàn)與業(yè)務(wù)邏輯不可分，是業(yè)務(wù)邏輯的組成部分，這就是海量信息可生存性的內(nèi)在性特征。由于海量信息系統(tǒng)沒(méi)有大型分布式系統(tǒng)那樣明確的邊界，它的組成部分可能采用不同的可生存性策略和實(shí)現(xiàn)機(jī)制，因此難以通過(guò)自頂向下的設(shè)計(jì)，采取統(tǒng)一的策略和實(shí)現(xiàn)機(jī)制形成系統(tǒng)的可生存能力，所以海量信息系統(tǒng)的可生存性是由組成此系統(tǒng)的各個(gè)部分的可生存性所呈現(xiàn)出的一種統(tǒng)計(jì)特征。這就是海量信息可生存性的概率性。第三，可生存性是海量信息系統(tǒng)的整體特性，系統(tǒng)整體的可生存性設(shè)計(jì)的好，有可能比某些組成部分的可生存性強(qiáng)，某些功能甚至可能不具備可生存性，但整個(gè)系統(tǒng)仍有良好的可生存性，這就是可生存性的集成性特征?？傊Ａ啃畔⒌目缮嫘跃哂袃?nèi)在性、統(tǒng)計(jì)性和集成性。本項(xiàng)目將以海量協(xié)同系統(tǒng)的可生存性為主要研究對(duì)象，建立海量信息系統(tǒng)在微觀和宏觀層面上關(guān)于可生存性的數(shù)學(xué)模型；對(duì)上述可生存性的內(nèi)在性、統(tǒng)計(jì)性和集成性進(jìn)行形式化的描述，提出有關(guān)可生存性的協(xié)議、算法和實(shí)現(xiàn)機(jī)制，研究可生存性與協(xié)同性的關(guān)系；研究具有可生存性的軟件設(shè)計(jì)方法；從大型分布式軟件系統(tǒng)入手，建立分布式軟件系統(tǒng)的可生存性的需求分析方法、評(píng)估框架；研究可生存的海量信息系統(tǒng)中涌現(xiàn)（emergent）算法的設(shè)計(jì)方法；設(shè)計(jì)增強(qiáng)系統(tǒng)可生存性的可生存策略，研究其實(shí)現(xiàn)技術(shù)和機(jī)制以及其正確性的測(cè)試技術(shù)。2.2 六項(xiàng)主要研究?jī)?nèi)容1、海量信息的協(xié)同性以及信息通信行為的信息科學(xué)特征研究在先進(jìn)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，對(duì)海量信息進(jìn)行高效、可靠的組織、處理、傳輸和存儲(chǔ)，尤其是高質(zhì)量的信息傳輸，是解決海量信息的協(xié)同性和可生存性問(wèn)題的基礎(chǔ)。近年來(lái)，隨著海量信息系統(tǒng)應(yīng)用和協(xié)同在深度和廣度方面的廣泛發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)承載的信息流量越來(lái)越大，在信息的組織、處理、傳輸和存儲(chǔ)方面，人們?nèi)找媸艿骄W(wǎng)絡(luò)傳輸擁塞、服務(wù)質(zhì)量不高、安全性差、病毒流行等問(wèn)題的困擾。對(duì)于一個(gè)先進(jìn)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的海量信息系統(tǒng)，一個(gè)任務(wù)的完成需要大量用戶或用戶群的協(xié)同合作。而協(xié)同性及可生存性的獲得取決于系統(tǒng)微觀層面通信協(xié)議的設(shè)計(jì)和在宏觀層面上協(xié)同及可生存性機(jī)制的實(shí)現(xiàn)。人們的研究越來(lái)越證明，這些協(xié)議和機(jī)制問(wèn)題的解決不僅僅是算法設(shè)計(jì)和程序設(shè)計(jì)技巧問(wèn)題，它們需要基本原理和定律的指導(dǎo)。而這些原理和定律是客觀存在的，它們是信息科學(xué)意義下的原理和定律。這些原理和定律是通過(guò)對(duì)網(wǎng)上傳輸?shù)男畔⑦M(jìn)行大量觀測(cè)后提煉出來(lái)的，它們的正確性要通過(guò)實(shí)驗(yàn)才能被驗(yàn)證。這些原理和定律對(duì)提高海量信息系統(tǒng)協(xié)同質(zhì)量和可生存性起著根本的指導(dǎo)作用。需要用物理學(xué)的研究方法來(lái)尋找這些原理和定律，進(jìn)而解決協(xié)同性和可生存性的問(wèn)題。海量信息在網(wǎng)絡(luò)上的傳輸和存儲(chǔ)，與空間中的量子運(yùn)動(dòng)相比，具有一定的相似性。量子具有確定的動(dòng)量，其運(yùn)動(dòng)具有隨機(jī)性但服從確定的概率分布。相比之下，數(shù)據(jù)包是信息傳輸中的基本單元，在因特網(wǎng)上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包具有確定的語(yǔ)義，其運(yùn)動(dòng)在因特網(wǎng)整體上具有隨機(jī)性但遵從確定的概率分布?；谶@種相似性，采用物理學(xué)的研究方法，通過(guò)觀測(cè)手段，在微觀和宏觀兩個(gè)層次上來(lái)開(kāi)展對(duì)海量信息傳輸協(xié)同性和可生存性所遵循的基本物理學(xué)定律的研究，才能有效地指導(dǎo)協(xié)議的設(shè)計(jì)和宏觀機(jī)制的實(shí)現(xiàn)。本項(xiàng)目擬在海量信息的協(xié)同性和可生存性的信息科學(xué)方面開(kāi)展的研究?jī)?nèi)容包括：（1）分析不同的傳輸協(xié)議和控制算法在吞吐量、時(shí)延、丟包率等方面的微觀特征，找到網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下海量信息產(chǎn)生和流動(dòng)以及整個(gè)系統(tǒng)狀態(tài)的不確定性所遵從的信息科學(xué)規(guī)律，建立基于內(nèi)容的信息包傳輸理論；（2）研究海量信息的協(xié)同行為中，信息內(nèi)容與通信效率的關(guān)系、信息的誤差傳播規(guī)律，建立海量信息的協(xié)同語(yǔ)義理論；（3）在IPv6和CNGI的環(huán)境中對(duì)海量信息傳輸行為、協(xié)同行為和可生存行為與帶寬分配、節(jié)點(diǎn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的關(guān)系，進(jìn)行大規(guī)模觀測(cè)研究，采用統(tǒng)計(jì)方法對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)海量信息傳輸和協(xié)同性的統(tǒng)計(jì)規(guī)律；（4）研究適用于連續(xù)流媒體的信息傳輸協(xié)議、海量信息協(xié)同行為的測(cè)量方法，并在現(xiàn)有測(cè)量技術(shù)的基礎(chǔ)上，研究基于網(wǎng)絡(luò)時(shí)間和空間、針對(duì)海量信息協(xié)同性和可生存性問(wèn)題的全面、系統(tǒng)的測(cè)量方法和測(cè)量工具；（5）通過(guò)對(duì)世界IPv6網(wǎng)絡(luò)的觀測(cè)和CNGI上的流媒體試驗(yàn)，研究可生存性的統(tǒng)計(jì)特征和集成特征。2、海量音視頻信息協(xié)同中資源調(diào)度算法及其復(fù)雜性研究海量音視頻信息協(xié)同中的資源調(diào)度是一個(gè)典型的NP完全問(wèn)題，其求解的復(fù)雜性隨規(guī)模的增大而指數(shù)增長(zhǎng)，這是海量信息協(xié)同性研究所面臨的挑戰(zhàn)之一。在數(shù)學(xué)模型上，資源調(diào)度問(wèn)題可表示為約束滿足問(wèn)題（簡(jiǎn)稱CSP）。在上一個(gè)973計(jì)劃項(xiàng)目（G1999032700）的支持下，以本項(xiàng)目學(xué)術(shù)骨干為主的研究團(tuán)隊(duì)在CSP模型及其相變現(xiàn)象等問(wèn)題的研究中取得了一系列原創(chuàng)性的成果，形成了具有特色的研究方向，引起了國(guó)內(nèi)外的廣泛關(guān)注并產(chǎn)生了較大影響。本項(xiàng)目將在此基礎(chǔ)上對(duì)海量音視頻信息協(xié)同中的資源調(diào)度算法及其復(fù)雜性進(jìn)行深入的研究。擬開(kāi)展的研究?jī)?nèi)容包括：（1）通過(guò)對(duì)海量信息系統(tǒng)中資源調(diào)度的行為和規(guī)律進(jìn)行分析，提出海量信息協(xié)同中資源調(diào)度的實(shí)時(shí)CSP模型，研究實(shí)時(shí)CSP模型解的統(tǒng)計(jì)特征與分布規(guī)律；研究求解CSP問(wèn)題的近似算法和分布式求解算法，探討如何利用元搜索方法提高求解CSP問(wèn)題的效率，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)求解CSP問(wèn)題的快速算法；（2）分析CSP相變的結(jié)構(gòu)特征與復(fù)雜性規(guī)律，研究如何構(gòu)造具有挑戰(zhàn)性的CSP測(cè)試樣例，在此基礎(chǔ)上提出測(cè)試CSP算法的理論與方法；（3）以上述研究為基礎(chǔ)，面向覆蓋網(wǎng)絡(luò)等具體應(yīng)用，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)海量信息協(xié)同中資源調(diào)度的快速算法，研究資源調(diào)度算法的復(fù)雜性分析方法，提出資源調(diào)度算法的實(shí)用測(cè)試方法并開(kāi)發(fā)相應(yīng)的測(cè)試環(huán)境。3、實(shí)時(shí)流媒體協(xié)同可生存的海量信息系統(tǒng)的試驗(yàn)和驗(yàn)證平臺(tái)本項(xiàng)目將在科學(xué)和技術(shù)層面針對(duì)海量信息實(shí)時(shí)協(xié)同系統(tǒng)建設(shè)中所面臨的實(shí)際問(wèn)題，并集成本項(xiàng)目有關(guān)科學(xué)問(wèn)題的研究成果，在973計(jì)劃“網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下海量信息的組織與處理的理論與方法研究”項(xiàng)目開(kāi)發(fā)和部署的基礎(chǔ)上，研制一個(gè)既與國(guó)內(nèi)外主流網(wǎng)格和協(xié)同技術(shù)互聯(lián)互通，又實(shí)現(xiàn)獨(dú)立部署和形成協(xié)同社區(qū)的實(shí)時(shí)流媒體協(xié)同可生存海量信息系統(tǒng)試驗(yàn)和驗(yàn)證平臺(tái)。該平臺(tái)將提供多種手段和工具，支持海量信息協(xié)同性和可生存性的理論研究，檢驗(yàn)理論成果，實(shí)現(xiàn)和驗(yàn)證各項(xiàng)技術(shù)成果，支持示范性應(yīng)用的運(yùn)行。實(shí)時(shí)流媒體協(xié)同可生存的海量信息系統(tǒng)試驗(yàn)和驗(yàn)證平臺(tái)也將為后繼八六三計(jì)劃研制海量信息系統(tǒng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)和各類信息基礎(chǔ)設(shè)施的開(kāi)發(fā)提供科學(xué)和技術(shù)支持。實(shí)時(shí)協(xié)同可生存的海量信息系統(tǒng)試驗(yàn)和驗(yàn)證平臺(tái)的主要研究?jī)?nèi)容包括：（1）海量實(shí)時(shí)協(xié)同服務(wù)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)。在復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論，海量信息傳輸算法和軟件工程方法等已有研究成果的基礎(chǔ)上，提出并實(shí)現(xiàn)一個(gè)海量協(xié)同服務(wù)的軟件網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)。該架構(gòu)采用以P2P 和覆蓋網(wǎng)為主的虛擬網(wǎng)絡(luò)通信體系結(jié)構(gòu)，以提升系統(tǒng)規(guī)模；采用以面向服務(wù)計(jì)算方法為主的虛擬軟件互操作體系結(jié)構(gòu)，以擴(kuò)充和集成系統(tǒng)功能和服務(wù)。（2）實(shí)現(xiàn)基于內(nèi)容的海量協(xié)同服務(wù)。開(kāi)展海量流媒體協(xié)同的語(yǔ)義學(xué)和相關(guān)服務(wù)工具的研究，包括：虛擬視頻合成，基于對(duì)象的視頻帶寬自適應(yīng)，自動(dòng)流媒體導(dǎo)播, 流媒體協(xié)同標(biāo)注，會(huì)議流媒體內(nèi)容查詢等等。（3）可生存的協(xié)同服務(wù)網(wǎng)絡(luò)。研究軟狀態(tài)協(xié)議、隨機(jī)通信算法和Peer-to-Peer模式在海量協(xié)同的可生存性維護(hù)機(jī)制方面的應(yīng)用；結(jié)合海量存儲(chǔ)和通信服務(wù)，維護(hù)各服務(wù)部件保存局部的系統(tǒng)狀態(tài)和通信信息，研制協(xié)同的重演或反演服務(wù)機(jī)制，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自恢復(fù)能力；研制服務(wù)監(jiān)測(cè)和管理工具，為系統(tǒng)管理員人員的宏觀協(xié)作調(diào)控提供幫助，確保關(guān)鍵性協(xié)同任務(wù)的高度可生存性。（4）面向復(fù)雜協(xié)同網(wǎng)絡(luò)的試驗(yàn)平臺(tái)。研究相關(guān)的數(shù)據(jù)收集方法和測(cè)量工具，以可視化的方式建立描繪協(xié)同網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖，檢驗(yàn)和驗(yàn)證海量協(xié)同網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，觀察協(xié)同社區(qū)的動(dòng)態(tài)演化過(guò)程和突變影響，研究海量協(xié)同系統(tǒng)的性能模型和性能評(píng)價(jià)等問(wèn)題。4、可生存的海量信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論在可生存的海量信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論方面，將主要研究下述幾方面內(nèi)容：（1）海量信息系統(tǒng)可生存性和無(wú)界網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的侵?jǐn)_的雙規(guī)范理論。項(xiàng)目將提出用于描寫軟件生存性和環(huán)境侵?jǐn)_模式的雙規(guī)范語(yǔ)言。由于海量信息系統(tǒng)缺乏全局狀態(tài)和集中管理機(jī)制，相鄰節(jié)點(diǎn)之間的交互和環(huán)境通信組成的業(yè)務(wù)流將成為描述的基礎(chǔ)對(duì)象。規(guī)范語(yǔ)言將描述動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)流的相關(guān)性質(zhì)，并討論內(nèi)部業(yè)務(wù)流和環(huán)境侵?jǐn)_流之間的交互關(guān)系。規(guī)范語(yǔ)言將同時(shí)討論系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和非確定性。（2）可生存性和侵?jǐn)_模式的推理方法。項(xiàng)目將設(shè)計(jì)相應(yīng)的時(shí)態(tài)邏輯，來(lái)分析和歸納環(huán)境侵?jǐn)_模式。為了處理無(wú)界網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的通信，知識(shí)演算中的公理和推理規(guī)則將被應(yīng)用在建立臨近節(jié)點(diǎn)之間的信任關(guān)系上。（3）可生存性開(kāi)發(fā)方法和驗(yàn)證技術(shù)。研究形式化方法在可生存海量信息系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用，并采用已有的模型檢查器和定理證明器等系統(tǒng)分析和證明工具來(lái)驗(yàn)證軟件的性質(zhì)。5、海量信息系統(tǒng)生存性分析方法及軟件可生存性增強(qiáng)技術(shù)在系統(tǒng)生存性方法及軟件可生存性增強(qiáng)技術(shù)方面，主要研究如下內(nèi)容：（1）軟件可生存性評(píng)估理論和關(guān)鍵門檻的數(shù)學(xué)模型。通過(guò)在無(wú)界網(wǎng)絡(luò)中保存多個(gè)軟件復(fù)本的方式提高可生存性，這種方式面臨的一個(gè)重要問(wèn)題是復(fù)本的一致性維護(hù)問(wèn)題。因此，研究無(wú)界網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中軟件系統(tǒng)生存力的最小條件。內(nèi)容包括：針對(duì)制定軟件的生存力分析模型、針對(duì)特定目標(biāo)的軟件系統(tǒng)生存力的最小范圍和最小種群大小及密度分析模型等。（2）無(wú)界網(wǎng)絡(luò)上高可生存性的軟件體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和服務(wù)分布方案。結(jié)合軟件可生存性的評(píng)估理論，研究無(wú)界網(wǎng)絡(luò)上軟件系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)。針對(duì)高可生存性的要求，研究面向系統(tǒng)整體目標(biāo)的服務(wù)的功能的分解方案和復(fù)本分布方法。針對(duì)入侵行為的預(yù)測(cè)，研究系統(tǒng)中關(guān)鍵服務(wù)的定義和發(fā)現(xiàn)方法，進(jìn)而研究軟件體系結(jié)構(gòu)的優(yōu)化方案。（3）基于局部可視性的海量信息系統(tǒng)的生成算法?；跓o(wú)界網(wǎng)絡(luò)上的局部可視性，研究海量信息系統(tǒng)的生成算法設(shè)計(jì)方法，從設(shè)計(jì)策略、任務(wù)分解方法、不可測(cè)環(huán)境分析技術(shù)、無(wú)向通信機(jī)制、局部合作結(jié)點(diǎn)間的協(xié)議以及系統(tǒng)的性能分析等方面進(jìn)行研究。6、海量信息系統(tǒng)可生存性策略和測(cè)評(píng)方法研究本項(xiàng)目在無(wú)界網(wǎng)絡(luò)上海量信息系統(tǒng)可生存性策略和測(cè)評(píng)方法方面，將主要研究一下內(nèi)容。（1）無(wú)界網(wǎng)絡(luò)上海量信息系統(tǒng)的可識(shí)別性策略。系統(tǒng)的可識(shí)別性是系統(tǒng)對(duì)供給的識(shí)別能力和對(duì)系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài)的確定，這其中包含了對(duì)造成危害程度的評(píng)估力。例如，對(duì)外來(lái)侵?jǐn)_的探測(cè)、系統(tǒng)內(nèi)部完整性的檢查等等。本項(xiàng)目將重點(diǎn)研究以下可識(shí)別策略：對(duì)多類性侵?jǐn)_的識(shí)別策略。對(duì)于處于高分布環(huán)境的無(wú)界網(wǎng)絡(luò)，由于每個(gè)節(jié)點(diǎn)的局部可見(jiàn)性，必須采用分布式入侵識(shí)別系統(tǒng)之間相互協(xié)同的方式進(jìn)行探測(cè)。另外，多類性的侵?jǐn)_和事先不可預(yù)測(cè)模式和來(lái)源的侵?jǐn)_的表示方法、識(shí)別方法和監(jiān)視策略也是重點(diǎn)研究的內(nèi)容。對(duì)系統(tǒng)完整性的識(shí)別策略。在無(wú)界網(wǎng)絡(luò)中，部分失效情況下只要能夠?qū)崿F(xiàn)一定程度上的任務(wù)完成能力，系統(tǒng)仍然具備一定的完整性，如何完成無(wú)界網(wǎng)絡(luò)中系統(tǒng)內(nèi)部和外部的完整性檢測(cè)，達(dá)到最大化的效益，是一個(gè)研究的議題。（2）無(wú)界網(wǎng)絡(luò)上海量信息系統(tǒng)的可恢復(fù)性策略。系統(tǒng)的可恢復(fù)性是指系統(tǒng)在受到攻擊、部分失效后對(duì)其提供服務(wù)的恢復(fù)能力。例如，數(shù)據(jù)的復(fù)制和再初始化、冗余組件、系統(tǒng)重組、系統(tǒng)備份和重新載入、應(yīng)急計(jì)劃等等。在無(wú)界網(wǎng)絡(luò)上的海量信息系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)某些任務(wù)可能需要多個(gè)分布式部署的部件共同完成，因此實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)能力的可恢復(fù)性以及對(duì)于正在執(zhí)行的任務(wù)的可恢復(fù)性比有界網(wǎng)絡(luò)中的單一系統(tǒng)更為復(fù)雜，是研究的重點(diǎn)之一。（3）無(wú)界網(wǎng)絡(luò)上海量信息系統(tǒng)的可擴(kuò)充性策略。無(wú)界網(wǎng)絡(luò)上的海量信息系統(tǒng)面對(duì)因入侵者不斷深入了解系統(tǒng)而可能帶來(lái)的危害，系統(tǒng)還應(yīng)具備可擴(kuò)充性等演化特性。由于無(wú)界網(wǎng)絡(luò)具有傳統(tǒng)有界網(wǎng)絡(luò)所不具備的特殊性，系統(tǒng)演化策略的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮多方面的因素，這主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：首先，系統(tǒng)可擴(kuò)充策略應(yīng)當(dāng)能夠支持系統(tǒng)自主應(yīng)急改變，以適應(yīng)入侵或其它異常事件帶來(lái)的變化，如網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變化、任務(wù)分配機(jī)制的變化等；其次，系統(tǒng)應(yīng)具備智能性和學(xué)習(xí)能力，使得系統(tǒng)能夠不斷自動(dòng)更新自有模式庫(kù)，形成對(duì)原先未預(yù)測(cè)的侵?jǐn)_的抵御能力，以抵御新的攻擊和入侵，從而保證系統(tǒng)的可生存性。二、預(yù)期目標(biāo)本項(xiàng)目瞄準(zhǔn)國(guó)家社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要，緊密結(jié)合國(guó)家信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中的實(shí)際問(wèn)題，在以往973計(jì)劃研究課題所取得成果的基礎(chǔ)上，選擇海量信息的協(xié)同性和可生存性的基礎(chǔ)科學(xué)問(wèn)題進(jìn)行理論和實(shí)踐研究。本項(xiàng)目的總體目標(biāo)是解決海量信息的協(xié)同性和可生存性相關(guān)的科學(xué)問(wèn)題。包括從信息科學(xué)角度，發(fā)現(xiàn)海量信息傳輸所遵從的微觀和宏觀規(guī)律，建立基于內(nèi)容的海量信息傳輸理論，解決海量信息協(xié)同性和可生存性問(wèn)題中海量信息傳輸質(zhì)量問(wèn)題；建立具有統(tǒng)計(jì)特征的基于內(nèi)容的信息傳輸、協(xié)同、同步的語(yǔ)義問(wèn)題，構(gòu)造新的協(xié)同語(yǔ)義理論；建立海量信息系統(tǒng)在微觀和宏觀層面上關(guān)于可生存性的數(shù)學(xué)模型，對(duì)可生存性的內(nèi)在性、統(tǒng)計(jì)性和集成性進(jìn)行形式化描述，研究可生存性與協(xié)同性的關(guān)系，建立海量信息可生存性理論；設(shè)計(jì)與海量信息協(xié)同性和可生存性相關(guān)的軟件體系結(jié)構(gòu)、算法和軟件開(kāi)發(fā)方法，提出切實(shí)可行的提高海量信息軟件系統(tǒng)協(xié)同能力和可生存能力的軟件解決方案；建立研究海量信息協(xié)同性和可生存性的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，對(duì)相關(guān)理論研究成果進(jìn)行驗(yàn)證。取得一批具有原創(chuàng)性的研究成果，部分課題的研究取得重大突破并達(dá)到或者接近國(guó)際領(lǐng)先水平，推動(dòng)計(jì)算機(jī)科學(xué)基礎(chǔ)理論研究的進(jìn)一步發(fā)展，初步形成海量信息協(xié)同性和可生存性的完整理論體系，為我國(guó)因特網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)突破和信息產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供基礎(chǔ)研究支持。本項(xiàng)目五年的預(yù)期目標(biāo)包括：（1）在基礎(chǔ)理論方面，本項(xiàng)目將逐步形成海量信息協(xié)同性和可生存性的理論體系，包括建立基于內(nèi)容的海量信息傳輸理論；通過(guò)試驗(yàn)手段和統(tǒng)計(jì)方法，發(fā)現(xiàn)信息傳輸?shù)慕y(tǒng)計(jì)規(guī)律；建立海量信息的協(xié)同語(yǔ)義理論；設(shè)計(jì)海量協(xié)同網(wǎng)絡(luò)的自組織、處理和傳輸?shù)母咝?、可靠的算法和?shí)現(xiàn)機(jī)制；建立海量信息可生存性理論框架；研究可生存的海量信息系統(tǒng)中出現(xiàn)算法的設(shè)計(jì)方法。（2）在軟件結(jié)構(gòu)和方法研究方面，本項(xiàng)目將設(shè)計(jì)相應(yīng)算法和軟件實(shí)現(xiàn)機(jī)制，提出確實(shí)可行的海量信息系統(tǒng)協(xié)同性和可生存性問(wèn)題的軟件解決方案，包括：提出支持海量協(xié)同的基礎(chǔ)軟件支撐結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)能以P2P方式運(yùn)行的協(xié)同服務(wù)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)面向內(nèi)容的協(xié)同的開(kāi)放式試驗(yàn)軟件；設(shè)計(jì)可生存的海量信息系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)方法，建立海量信息系統(tǒng)軟件可生存性的需求分析方法，設(shè)計(jì)可生存性的評(píng)估分析框架和推理方法，設(shè)計(jì)用來(lái)增強(qiáng)系統(tǒng)可生存性的保障策略，提出在軟件開(kāi)發(fā)不同階段處理可生存性策略的技術(shù)和實(shí)現(xiàn)機(jī)制，提出可用來(lái)驗(yàn)證可生存性的測(cè)試技術(shù)。（3）在實(shí)驗(yàn)和驗(yàn)證平臺(tái)方面，建成具有與國(guó)際接軌的先進(jìn)水平的實(shí)時(shí)協(xié)同可生存的海量信息系統(tǒng)試驗(yàn)和驗(yàn)證平臺(tái)，提供研究海量信息系統(tǒng)協(xié)同性和可生存性的試驗(yàn)和測(cè)試手段以及環(huán)境，支撐典型示范性可生存海量協(xié)同系統(tǒng)的應(yīng)用。（4）本項(xiàng)目在研究過(guò)程中將產(chǎn)生一批以高水平研究論文、專著、發(fā)明專利、國(guó)內(nèi)外技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為代表的知識(shí)產(chǎn)權(quán)成果。具體目標(biāo)是：完成SCI檢索的高水平學(xué)術(shù)論文200篇以上，申請(qǐng)發(fā)明專利、軟件著作權(quán)和提交國(guó)內(nèi)外技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)提案30項(xiàng)以上，完成專著4部以上。（5）通過(guò)本項(xiàng)目的研究將培養(yǎng)一批高水平的科研人員，形成2-3個(gè)具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的高水平海量信息協(xié)同性和可生存性理論和實(shí)踐研究團(tuán)隊(duì)。為我國(guó)先進(jìn)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用和信息產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展培養(yǎng)一批領(lǐng)導(dǎo)人才和高質(zhì)量研究人才。三、研究方案4.1 項(xiàng)目研究方案的設(shè)想本項(xiàng)目以我國(guó)國(guó)家信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)需求為背景，開(kāi)展海量信息的協(xié)同性和可生存性的理論與實(shí)踐研究。研究方案的基本設(shè)想可以歸結(jié)為：研究和解決兩個(gè)科學(xué)問(wèn)題，開(kāi)展六方面基礎(chǔ)研究，設(shè)置八個(gè)課題，實(shí)現(xiàn)三個(gè)層次的創(chuàng)新，建立一個(gè)實(shí)驗(yàn)和驗(yàn)證平臺(tái)，研制具有良好協(xié)同性和可生存性的示范性應(yīng)用系統(tǒng)。（1）研究和解決海量信息協(xié)同性和可生存性兩個(gè)科學(xué)問(wèn)題。本項(xiàng)目將解決海量信息的協(xié)同性和可生存性的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題，在此基礎(chǔ)上建立海量信息協(xié)同性和可生存性的基礎(chǔ)理論體系，包括基于內(nèi)容的海量信息傳輸理論、基于內(nèi)容的協(xié)同語(yǔ)義學(xué)理論和海量信息系統(tǒng)可生存性理論，為提高海量信息系統(tǒng)的協(xié)同能力和可生存能力、增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性和可擴(kuò)展性，提高系統(tǒng)性能奠定科學(xué)基礎(chǔ)。（2）開(kāi)展六方面基礎(chǔ)研究。圍繞海量信息傳輸?shù)膮f(xié)同性和可生存性，本項(xiàng)目將開(kāi)展海量信息的協(xié)同性和可生存性的信息科學(xué)特征研究、設(shè)計(jì)和驗(yàn)證海量音視頻信息協(xié)同中的資源調(diào)度算法并對(duì)其進(jìn)行復(fù)雜性分析研究、研制實(shí)時(shí)流媒體協(xié)同可生存的海量信息系統(tǒng)試驗(yàn)和驗(yàn)證平臺(tái)、可生存的海量信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論、海量信息系統(tǒng)可生存性分析方法和軟件可生存性增強(qiáng)技術(shù)以及無(wú)界網(wǎng)絡(luò)上海量信息系統(tǒng)可生存性策略和測(cè)評(píng)方法六個(gè)方面的研究工作。（3）設(shè)置八個(gè)課題。有效的分工和協(xié)調(diào)是上述研究?jī)?nèi)容取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展的關(guān)鍵。本項(xiàng)目將設(shè)置八個(gè)課題，對(duì)研究?jī)?nèi)容進(jìn)行合理組織，由年富力強(qiáng)、有研究經(jīng)驗(yàn)和有責(zé)任心和組織能力的專家來(lái)帶領(lǐng)進(jìn)行科學(xué)研究和技術(shù)攻關(guān)。（4）實(shí)現(xiàn)三個(gè)層次的創(chuàng)新。本項(xiàng)目希望從三個(gè)層次上做出創(chuàng)新性的工作。n 在信息科學(xué)層面。本項(xiàng)目將提出基于內(nèi)容的信息傳輸理論，發(fā)現(xiàn)海量信息傳輸?shù)慕y(tǒng)計(jì)規(guī)律；建立基于內(nèi)容的海量信息協(xié)同語(yǔ)義理論；設(shè)計(jì)海量協(xié)同網(wǎng)絡(luò)的自組織、處理和傳輸?shù)母咝А⒖煽康乃惴ê蛯?shí)現(xiàn)機(jī)制；建立海量信息可生存性理論框架；研究可生存的海量信息系統(tǒng)中涌現(xiàn)（emergent）算法的設(shè)計(jì)方法。n 在軟件結(jié)構(gòu)和方法研究方面。本項(xiàng)目將提出支持海量信息協(xié)同行為的基礎(chǔ)軟件支撐結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)能以P2P方式運(yùn)行的協(xié)同服務(wù)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)面向內(nèi)容協(xié)同的開(kāi)放式試驗(yàn)軟件；設(shè)計(jì)可生存的海量信息系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)方法，建立海量信息系統(tǒng)軟件可生存性需求分析方法，設(shè)計(jì)可生存性的評(píng)估分析框架和推理方法，設(shè)計(jì)用來(lái)增強(qiáng)系統(tǒng)可生存性的保障策略，提出在軟件開(kāi)發(fā)不同階段處理可生存性策略的技術(shù)和實(shí)現(xiàn)機(jī)制，提出可用來(lái)驗(yàn)證可生存性的測(cè)試技術(shù)n 在實(shí)驗(yàn)研究方面。本項(xiàng)目將在IPv6和CNGI環(huán)境對(duì)海量信息的協(xié)同性和可生存性進(jìn)行觀測(cè)和測(cè)試，設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)海量信息系統(tǒng)協(xié)同性和可生存性的試驗(yàn)和測(cè)試方法以及環(huán)境。（5）建立一個(gè)實(shí)驗(yàn)和驗(yàn)證平臺(tái)、研制具有良好協(xié)同性和可生存性的海量信息示范性的系統(tǒng)。建成具有國(guó)際先進(jìn)水平的實(shí)時(shí)流媒體協(xié)同可生存的海量信息系統(tǒng)試驗(yàn)和驗(yàn)證平臺(tái)，