一種新的網(wǎng)絡(luò)體系-向量網(wǎng)及其應(yīng)用(網(wǎng)絡(luò)課講座)

一種新的網(wǎng)絡(luò)體系向量網(wǎng)及其應(yīng)用梁滿貴mgliang@介紹目前網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，尤其是所謂“5G”分析存在的問題探討解決問題的方法

1概述2問題根源3向量網(wǎng)4電信服務(wù)商干線應(yīng)用5數(shù)據(jù)中心應(yīng)用6無線環(huán)境下虛擬網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營

1概述2問題根源3向量網(wǎng)4電信服務(wù)商干線應(yīng)用5數(shù)據(jù)中心應(yīng)用6無線環(huán)境下虛擬網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營新的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用需求物聯(lián)網(wǎng)云計算大數(shù)據(jù)需求：構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)社會，實(shí)現(xiàn)人與人、物與物、人與物之間的通信。特點(diǎn)：超高速傳輸、超高容量、超可靠性、隨時隨地可接入。BA未來的5G網(wǎng)絡(luò)新體系廣義的5G網(wǎng)絡(luò)包括無線移動接入技術(shù)，和高可靠、高效率的承載網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)。俠義的5G網(wǎng)絡(luò)只是5G無線移動接入技術(shù)。上述承載網(wǎng)，是指電信運(yùn)營商等網(wǎng)絡(luò)共同組成的、向用戶提供網(wǎng)絡(luò)連接的網(wǎng)絡(luò)，目前使用IP協(xié)議，即提供IP網(wǎng)的通信服務(wù)。分析整理5G網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計目標(biāo)為：在滿足大跨度需求和隨時隨地可接入條件下，做到低時延、高效率。帶寬的跨度：高帶寬流，小于線性成本；微小流量則大大高于線性成本。網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的跨度：即可擴(kuò)展性好。低時延，高可靠的低時延高效率（節(jié)點(diǎn)簡單、網(wǎng)絡(luò)利用率高，結(jié)果成本低、能耗小）不間斷的移動能力。5G通信技術(shù)的研究動態(tài)早在2013年5月，歐盟就啟動METIS(MobileandWirelessCommunicationsEnablersfortheTwenty-Twenty(2020)InformationSociety)項目，開始進(jìn)行5G研發(fā)。在經(jīng)歷3G、4G時代后，2020年開始，通信技術(shù)將進(jìn)入5G時代。投資總計達(dá)2700萬歐元，項目研究組由愛立信、法國電信等通信設(shè)備商和運(yùn)營商、寶馬集團(tuán)以及歐洲部分學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)共29個成員組成。研究目標(biāo)是為建立下一代（5G）移動和無線通信系統(tǒng)奠定基礎(chǔ)，為未來的移動通信和無線技術(shù)在需求、特性和指標(biāo)上達(dá)成共識，取得在概念、雛形、關(guān)鍵技術(shù)組成上的統(tǒng)一意見。5G通信技術(shù)在國內(nèi)的研究動態(tài)在國內(nèi)，在工信部、發(fā)改委和科技部聯(lián)合推動下，成立了IMT-2020(5G)，而且于2015年5月28至29日在京召開第三屆IMT-2020(5G)峰會，推出《5G愿景與需求白皮書》。支持0.1～1Gbps的用戶體驗(yàn)速率，峰值數(shù)十Gbps，每平方公里100萬的連接數(shù)密度、數(shù)十Tbps的流量密度，毫秒級的端到端時延，500Km/h以上的移動速度。同時，能效和成本效率提升100倍以上。最終實(shí)現(xiàn)“信息隨心至，萬物觸手及”的總體愿景。5G應(yīng)用和主要新技術(shù)考慮增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、虛擬現(xiàn)實(shí)、超高清視頻、云存儲、車聯(lián)網(wǎng)、智能家居、OTT消息等5G典型業(yè)務(wù)。在關(guān)鍵技術(shù)方面，超密集組網(wǎng)、大規(guī)模天線陣列、非正交傳輸、高頻段通信、C-RAN、軟件定義網(wǎng)絡(luò)(SDN)、網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化(NFV)、內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)(CDN)等均被認(rèn)為是5G的潛在關(guān)鍵技術(shù)。無線移動通信技術(shù)，“最后一公里”從網(wǎng)絡(luò)分層功能講，包括鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層目前就是IP網(wǎng)。而鏈路層包括有線和無線，其中無線作為用戶接入技術(shù)，實(shí)現(xiàn)“最后一公里”的傳輸具有很大優(yōu)勢，逐步成為主要的用戶接入手段。狹義的5G不能解決全部網(wǎng)絡(luò)問題2013年5月，三星宣稱推出的5G技術(shù)，每秒能夠傳輸超過1G的數(shù)據(jù)。相對而言，4G最高速率為100M，提高約10倍。在三星宣布其5G技術(shù)獲得突破性進(jìn)展之后，《時代》雜志即發(fā)表文章看衰5G技術(shù)?！稌r代》稱，5G技術(shù)僅僅提升了無線通信的傳輸速率，但并未解決未來移動互聯(lián)網(wǎng)所帶來的流量風(fēng)暴問題，網(wǎng)絡(luò)擁塞等老問題在5G時代依然無法解決。

1概述2問題根源3向量網(wǎng)4電信服務(wù)商干線應(yīng)用5數(shù)據(jù)中心應(yīng)用6無線環(huán)境下虛擬網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營2.1為了支撐5G目標(biāo)，

承載網(wǎng)尤其是網(wǎng)絡(luò)層功能必須進(jìn)行實(shí)質(zhì)性改進(jìn)運(yùn)營商AB在5G網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計目標(biāo)中，以下指標(biāo)最困難，不僅需要無線鏈路層的改進(jìn)，也需要三層網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的改進(jìn)：（1）高可靠并低時延。（2）費(fèi)用帶寬比R低（R=費(fèi)用/帶寬），對于微小流量，也是如此。成本低、能耗小（節(jié)點(diǎn)簡單，網(wǎng)絡(luò)利用率）A到B的用戶體驗(yàn)高可靠并低時延對于IP網(wǎng)，（1）當(dāng)route1上的節(jié)點(diǎn)x故障時，重新路由選擇Route2需要1-30秒，不能滿足。（2）網(wǎng)絡(luò)的資源開銷，只與承載的通信容量有關(guān)，而與連接個數(shù)無關(guān)，R是常數(shù)。滿足。ABRoute1信源信宿Route2X0.10.1111條件：Dab=3.2ms，一個月內(nèi)路徑故障的概率為1%，成功建立Route2需要1秒。要求：TCP連接超過50ms的延遲在一個月內(nèi)的概率低于1‰。結(jié)果：需要1秒以上才能夠重發(fā)成功，等效的延遲即為1秒以上。所以，即使無線通信系統(tǒng)總共延遲0.2ms，但是無法滿足50ms的應(yīng)用需求，而且不滿足的概率為1%

。無線無線ABRoute1信源信宿Route2間距X用有連接的網(wǎng)絡(luò)，比如ATM網(wǎng)可以解決，但是成本高昂！（1）如果平行建立兩條連接，當(dāng)route1上的節(jié)點(diǎn)x故障時，用戶可以瞬間啟用route2，保證用戶不間斷使用，而且切換的速度與網(wǎng)絡(luò)的路由就緒速度無關(guān)。滿足。（2）由于每個用戶連接存在基本的一定資源開銷，當(dāng)帶寬很小時，費(fèi)用帶寬比將趨于無窮。不能滿足。0.10.1111條件：設(shè)Dab=3.2ms，一個月內(nèi)路徑故障的概率為1%，Route2事先已經(jīng)建立。要求：TCP連接超過50ms的延遲在一個月內(nèi)的概率低于1‰。結(jié)果：按照教材3.5節(jié)的知識

Timeout的計算公式，計算得TimeoutInterval=EstimatedRTT+4*DevRTT=5RTT=5*6.4ms=32ms如果超時切換使用Route2，32ms之內(nèi)即重發(fā)成功，等效的延遲為32ms，所以能夠滿足50ms延遲的應(yīng)用要求，不滿足的概率是有1/10000。NetworkLayer4-16無連接網(wǎng)絡(luò)（IP網(wǎng)絡(luò)）（1）無連接。單路徑，走向用戶不可控，串聯(lián)動態(tài)路徑，不能預(yù)留資源，重載時沒有QoS保證。（2）轉(zhuǎn)發(fā)查表,規(guī)模大。1230111valueinarrivingpacket’sheaderroutingalgorithmlocalforwardingtableheadervalueoutputlink01000101011110013221B0111A面向目的地址的網(wǎng)絡(luò)NetworkLayer4-17無連接網(wǎng)絡(luò)nocallsetupatnetworklayerrouters:nostateaboutend-to-endconnectionsnonetwork-levelconceptof“connection”packetsforwardedusingdestinationhostaddresspacketsbetweensamesource-destpairmaytakedifferentpathsapplicationtransportnetworkdatalinkphysicalapplicationtransportnetworkdatalinkphysical1.Senddata2.ReceivedataNetworkLayer4-18IncomingVC#Outgoinginterface12363172973有連接網(wǎng)絡(luò)（路徑標(biāo)識網(wǎng)絡(luò)）

121212123777127（其中的轉(zhuǎn)發(fā)表）（1）有連接。靜態(tài)路徑，路徑走向用戶可控。依靠多路徑和資源預(yù)留手段，可以在重載時保證QoS。（2）轉(zhuǎn)發(fā)查表,規(guī)模中等。主要缺點(diǎn)是管理和控制成千上萬的數(shù)據(jù)流，成本太高。DataDataNetworkLayer4-19有連接網(wǎng)絡(luò)usedtosetup,maintainteardownVCusedinATM,MPLS,frame-relay,X.25notusedintoday’sInternetapplicationtransportnetworkdatalinkphysicalapplicationtransportnetworkdatalinkphysical1.Initiatecall2.incomingcall3.Acceptcall4.Callconnected5.Dataflowbegins6.ReceivedataNetworkLayer4-20122232123VCnumber72223IncominginterfaceIncomingVC#OutgoinginterfaceOutgoingVC#11232226311837217197387…………MPLS網(wǎng)絡(luò)127多徑并聯(lián)使用用戶多徑連接，可以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)全局動態(tài)路由。研究表明，可以提高到1.8的網(wǎng)絡(luò)容量[2]。有連接網(wǎng)絡(luò)的多路徑部署ABRoute1信源信宿Route2Route3Route4間距X[2]蔣忠元，梁滿貴，吳嘉婧，“Dynamicsourceroutingstrategyfortwo-levelflowonscale-freenetworks”，PlosOne,No.12,Vol.8,pp.1-10,Nov.2013.SCI（IF3.730）準(zhǔn)全局動態(tài)路由[[5]LingX,HuMB,JiangR,WuQS.Globaldynamicroutingforscale-freenetworks.Phys.Rev.E,2010,81(1):016113.全局動態(tài)路由GD：充分考慮了網(wǎng)絡(luò)中每個節(jié)點(diǎn)每個時刻的實(shí)時負(fù)載，并以實(shí)時負(fù)載作為路由代價進(jìn)行每個包的專門路由選擇，Globaldynamicrouting，文獻(xiàn)[5]準(zhǔn)全局動態(tài)路由:調(diào)度的對象是流，不是數(shù)據(jù)包。準(zhǔn)全局動態(tài)路由，避開擁塞點(diǎn)AB信宿G信源2.3三種網(wǎng)絡(luò)的性價比IP網(wǎng)，無連接。串聯(lián)動態(tài)路徑，不能預(yù)留資源，重載時沒有QoS保證，不能多路徑。ATM網(wǎng)，有連接。靜態(tài)路徑，路徑走向用戶可控。依靠多路徑和資源預(yù)留手段，可以在重載時保證QoS。主要缺點(diǎn)是管理和控制成千上萬的數(shù)據(jù)流，成本太高。費(fèi)用帶寬比R比R=Cost/C(R=造價/網(wǎng)絡(luò)帶寬容量)網(wǎng)絡(luò), C, Cost, RIP, 30, 1, 1/30ATM, 60, 3, 1/20VN, 60, 0.5, 1/120面對當(dāng)前國際IPv6互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下大規(guī)模活躍IP地址及其路由問題，本領(lǐng)域的研究者面臨重大技術(shù)挑戰(zhàn)：一方面，由于無連接的特征，在大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)條件下，上述IP網(wǎng)問題，從原理上講就很難徹底解決，多年的研究經(jīng)驗(yàn)表明，無法通過改進(jìn)IP地址分配、改進(jìn)路由方法、改進(jìn)路由器實(shí)現(xiàn)等修修補(bǔ)補(bǔ)的方法徹底解決，必須進(jìn)行體系上的革新。另一方面，存量巨大，不能拋開現(xiàn)有IP網(wǎng)。2.4技術(shù)挑戰(zhàn)無連接存量巨大演進(jìn)思路把IP網(wǎng)盡量分割成小的子網(wǎng)，然后用一種新的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（向量網(wǎng)VN），以重疊網(wǎng)的方法整合各個子網(wǎng)，形成任何規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)（全球網(wǎng)絡(luò)），在宏觀上具有VN的優(yōu)點(diǎn)。每個子網(wǎng)就像一個C語言的Class，面向?qū)ο蠓庋b內(nèi)部細(xì)節(jié)，可以是IPv6，也可以是IPv4，甚至其他網(wǎng)絡(luò)，它們相互獨(dú)立。上述操作對用戶透明，子網(wǎng)中的現(xiàn)有的主機(jī)、路由器和交換機(jī)均可以不改，如果逐步向新網(wǎng)絡(luò)（VN）演進(jìn)，網(wǎng)絡(luò)性價比會進(jìn)一步提高。（IP）（IP）（IP）（VN）（IP）子網(wǎng)的規(guī)模越?。ㄍ瑫r子網(wǎng)的個數(shù)越多），改進(jìn)的效果就越好，最終目標(biāo)是每個子網(wǎng)為一個交換機(jī)或端系統(tǒng)。利用當(dāng)前最新技術(shù)SDN可以簡化VN改造IP的過程。

1概述2問題根源3向量網(wǎng)4電信服務(wù)商干線應(yīng)用5數(shù)據(jù)中心應(yīng)用6無線環(huán)境下虛擬網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營3.1向量網(wǎng)概述向網(wǎng)絡(luò)體系是一種新的第三層網(wǎng)絡(luò)體系，包括數(shù)據(jù)面、控制面和管理面。主要創(chuàng)新在數(shù)據(jù)面，控制面做了一些工作，管理面繼承了現(xiàn)有技術(shù)。第三層控制面數(shù)據(jù)面管理面七層模型圖2向量網(wǎng)技術(shù)涉及的范圍①與張三連接②他的交換地址是V③(H,V,D)張三李四數(shù)據(jù)面控制面3.2向量網(wǎng)的傳送面?zhèn)魉兔娌捎弥袊l(fā)明專利《一種向量網(wǎng)絡(luò)地址編碼方法》定義的“向量網(wǎng)”。交換地址的可能類型以電子設(shè)備編號為基礎(chǔ)，比如IP地址（MAN）。以通信鏈路編號為基礎(chǔ)，比如ATM網(wǎng)的路徑信道地址（VPI/VCI）（ATM網(wǎng)、幀中繼、MPLS）。本項目提出第三種編號基礎(chǔ)，形成第三種交換地址類型FAEBCDGIJH1,2,3圖7向量地址

向量地址：以電子設(shè)備端口號為基礎(chǔ)的交換地址在向量傳送網(wǎng)中，轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備的輸入輸出端口從1開始用數(shù)字編號，稱為端口號。向量傳送網(wǎng)的“數(shù)據(jù)包”的交換地址給出通信路徑信息，它確定了數(shù)據(jù)包從信源設(shè)備到信宿設(shè)備傳送的通信路徑。交換地址是端口號組成的序列，路徑上的每個轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備都對應(yīng)序列中的一個端口號，是通信路徑通過該轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備的輸出端口號。以上端口號序列就象一步一步的方向標(biāo)，引導(dǎo)數(shù)據(jù)包傳送到達(dá)信宿設(shè)備，所以被稱為向量地址，其中的端口號被稱為分量地址。向量地址的無限多值性（不可窮舉），地址相對性，有效性，路徑定義的特性，和地址不定長性。不可解讀性，可加密性。設(shè)備編號、鏈路編號和端口編號三種編碼比較，端口是轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備最能直接訪問的對象，是向量地址優(yōu)于IP地址和ATM地址的根本原因。ABCD123123123123412341231111Vac=1232Vbc=132Vbc=1133242@Head:數(shù)據(jù)包頭Data:數(shù)據(jù)AddrI:[ToVA]輸入交換地址AddrO:[VA]輸出交換地址PI:輸入數(shù)據(jù)包PO:輸出數(shù)據(jù)包n:輸出端口數(shù)Head[VaTo]Data12nTo=2Head[Va]DataPIPO交換路由刪除To每收到一個數(shù)據(jù)包分離出VA的第一分量To數(shù)據(jù)包，發(fā)向ToHeadVADataPacket向量交換十進(jìn)制編碼:{2321}二進(jìn)制編碼:{10,011,10,1}二進(jìn)制位數(shù):2321

{2,3,2,1}=>{10,011,10,1}=>10011101這樣，向量網(wǎng)絡(luò)地址的表示形式最后變成二進(jìn)制形式1001110110011101=》1001110=》10011=》10=》無

AGIJC不可解讀性，可加密性。FAEBCDGIJH123123123123412341231111HeadVADataHead1001110DataHead10011101DataHead10011DataHeadData@圖11通信路徑輕量級一個通信連接包括帶寬資源和路徑維持資源路徑本身不占網(wǎng)絡(luò)資源。uv111

u

v

3

基于向量連接的應(yīng)用連接對象向量連接有如下一些應(yīng)用模式：（1）最簡單的向量連接只有一條通信路徑，可以承載不可靠的、無QoS要求的簡單數(shù)據(jù)通信；（2）次簡單的向量連接只有一條通信隧道，可以承載不可靠的、有QoS要求的簡單數(shù)據(jù)通信；（3）一條通信隧道和多條通信路徑，占用一個信道的帶寬，當(dāng)通信隧道有故障，可以快速切換；（4）多條通信隧道，占用多個信道的帶寬，當(dāng)通信隧道有故障，可以瞬間切換；或者多條通信隧道可以同時滿負(fù)荷或部分負(fù)荷使用；（5）多條通信隧道和多條通信路徑。通信網(wǎng)絡(luò)信宿設(shè)備宿控制塊信源設(shè)備源控制塊通信路徑通信隧道圖29向量連接對象示意圖通信連接對象包括通信路徑對象，和兩端的通信連接控制數(shù)據(jù)塊。通信連接控制數(shù)據(jù)塊簡稱控制塊，如圖29所示，信源一端的稱為源控制塊，信宿一端的稱為宿控制塊；通信路徑對象又分成兩種，一種是通信路徑，一種是通信隧道，通信路徑僅僅是個路徑，沒有分配帶寬資源，通信隧道是進(jìn)行帶寬預(yù)留的通信路徑。交換機(jī)不記錄關(guān)于每個通信連接的信息，一種向量數(shù)據(jù)通信網(wǎng)上建立向量連接的方法，申請?zhí)枺?00710064804向量交換實(shí)現(xiàn)方法圖15交換機(jī)結(jié)構(gòu)分析端口號(0-30)圖14接收分析和緩存溢出時置丟棄標(biāo)記MEM交換網(wǎng)絡(luò)輸出(Len,Frame)狀態(tài)(空閑，傳數(shù)，等待)分量地址由“分析”去掉v2b-6b

1b1b1b1b1b向量地址分量地址10000VA:填充位1-8b向量數(shù)據(jù)包的格式：DataVAHead●通常3或7比特譯碼，得到端口號（1-6）或(1-63)，可以擴(kuò)充?？蛇x的特殊功能號：0用于信令，-1用于多播，-2用于復(fù)用。圖13BuffIn0FlagIn012n輸出端口BuffIn1FlagIn1BuffIn2輸入端口輸入端口輸入端口輸出端口輸出端口分析1分析2分析nVN和IP網(wǎng)絡(luò)的資源占用比較兩種網(wǎng)絡(luò)的成本差別主要與交換機(jī)的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度差別有關(guān)，數(shù)據(jù)包分析功能模塊是主要因素。數(shù)據(jù)包分析程序需要的操作數(shù)量VN:26（16位和8位操作）IP:82(32位操作，4096條）

IP:346(32位操作，10萬條）數(shù)據(jù)包分析的相對復(fù)雜度1:6(4096條)1:26(10萬條)粗略的整體成本估算(設(shè)數(shù)據(jù)包分析占成本的50%)1.17:2(4096條)1.038:2(10萬條)圖18VN和IP網(wǎng)絡(luò)的能耗比較高速交換機(jī)的典型結(jié)構(gòu)。IEEE/OSAJournalofOpticalCommunicationsandNetworking,VOL.1,NO.3/AUGUST2009SlavisaAleksic,ViennaUniversityofTechnology,Austria,"AnalysisofPowerConsumptioninFutureHigh-CapacityNetworkNodes”兩種網(wǎng)絡(luò)的差別主要在交換機(jī)，而交換機(jī)的差別主要在數(shù)據(jù)包分析和處理功能模塊。高速交換機(jī)的基本結(jié)構(gòu)19交換節(jié)點(diǎn)的能耗分配TP/FE,trafficprocessor/forwardingengine考慮交換陣列時為56%新的QoS保證機(jī)制雖然VN網(wǎng)絡(luò)中沒有每個流記錄，但是我們設(shè)計專門的控制機(jī)制和監(jiān)督機(jī)制相結(jié)合的QoS維持機(jī)制?？刂茩C(jī)制，類似今天通用的QoS維持機(jī)制。監(jiān)督機(jī)制，本課題組提出的方法，中國發(fā)明專利“一種通信網(wǎng)絡(luò)擁塞控制的方法”，申請?zhí)朇N200810114927，授權(quán)日2010.11.03ABRouteIP網(wǎng)信源信宿控制機(jī)制(分類、標(biāo)識、預(yù)留、調(diào)度、整形)監(jiān)督機(jī)制(違規(guī)抽查、積累評分、足夠處罰)利用向量地址VA實(shí)現(xiàn)向量交換VS的網(wǎng)絡(luò)稱為向量網(wǎng)（VN，VectorNetwork），其特點(diǎn)是交換機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)不用查表。一種輕連接的網(wǎng)絡(luò)。地址無限可擴(kuò)展。包頭只有1字節(jié)，等效的包頭平均為5字節(jié)。目的地址具有不可解讀性。網(wǎng)絡(luò)中不用按流預(yù)留資源和按流進(jìn)行流量整形(ES做即可)，即可達(dá)到針對流的絕對QoS。最簡單的交換節(jié)點(diǎn)，其功能只要可以數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)即可，不需要配合控制面進(jìn)行拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)等任務(wù)。但是網(wǎng)絡(luò)能夠自動得到拓?fù)?。不用像IP網(wǎng)申請地址。向量網(wǎng)特點(diǎn)三標(biāo)識架構(gòu)體系三標(biāo)識IDLocatorRoute三架構(gòu)認(rèn)證架構(gòu)呼叫架構(gòu)尋由架構(gòu)3.3向量網(wǎng)的控制面三標(biāo)識身份標(biāo)識ID，IPv6地址和域名結(jié)合的體系，比如mgliang@CDCD:910A:2222:5498:8475:1111:3900:20200:0:0:0:0:FFFF:0::9位置標(biāo)識Loc，二進(jìn)制格式IPv6地址可變長格式路徑標(biāo)識Route向量地址VAID(CID)Loc1Route1目標(biāo)的身份標(biāo)識到Route的一多關(guān)系Loc2LocNRoute2RouteMID/Loc/Route三架構(gòu)認(rèn)證架構(gòu)呼叫架構(gòu)路由架構(gòu)架構(gòu)表示執(zhí)行功能維護(hù)功能本地ID認(rèn)證Cert對方ID(CID)呼叫對方Loc’s對方Loc尋由對方到本端的Route’s三架構(gòu)和數(shù)據(jù)面認(rèn)證：對ID進(jìn)行認(rèn)證呼叫：根據(jù)對方的ID得到對方的Loc尋由：根據(jù)對方Loc得到對方到本端的Route1123121231認(rèn)證架構(gòu)呼叫架構(gòu)路由架構(gòu)③大量發(fā)送數(shù)據(jù)包(H,V,D)②得到V①呼叫路由（控制面）（數(shù)據(jù)面）AB向量網(wǎng)的遞歸迭代定義特征VNVNVNVNESVNESESVNESVNVNVN（繼續(xù)遞歸分解）向量網(wǎng)的遞歸迭代定義特征認(rèn)證架構(gòu)A.3B1B2PG(B)A.1ABPG(A)A.2CA.4PG(A.2)PG(A.1)PG(C)PG(A.4)PG(A.3)PG(B.1)PG(B.2)A.1.3B.2.3B.2.5AA.1.2A.1.1A.2.3B.1.1C.2A.2.1A.2.2A.4.1A.4.2A.4.3A.4.4A.4.6A.3.1A.3.2A.3.4A.3.3B.1.2B.1.3B.2.1B.2.2B.2.4C.1A.4.5B認(rèn)證架構(gòu)節(jié)點(diǎn)認(rèn)證架構(gòu)圖23圖24路由架構(gòu)A.3B1B2PG(B)A.1ABPG(A)A.2CA.4PG(A.2)PG(A.1)PG(C)PG(A.4)PG(A.3)PG(B.1)PG(B.2)A.1.3B.2.3B.2.5AA.1.2A.1.1A.2.3B.1.1C.2A.2.1A.2.2A.4.1A.4.2A.4.3A.4.4A.4.6A.3.1A.3.2A.3.4A.3.3B.1.2B.1.3B.2.1B.2.2B.2.4C.1A.4.5B交換機(jī)路由架構(gòu)路由架構(gòu)圖25圖26呼叫架構(gòu)A’B’AB呼叫架構(gòu)節(jié)點(diǎn)呼叫架構(gòu)圖25a圖26a3.4向量網(wǎng)的應(yīng)用和效果解決大規(guī)模路由的可擴(kuò)展性、自愈性、可信性和高效性等核心問題。解決問題的機(jī)理可擴(kuò)展：在VN融合方案中，其關(guān)鍵設(shè)備的復(fù)雜性與網(wǎng)絡(luò)規(guī)模N沒有直接關(guān)系，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模N→∞時，所有節(jié)點(diǎn)的復(fù)雜性有限。（N可以是用戶、節(jié)點(diǎn)、子網(wǎng)數(shù)）解決問題的機(jī)理魯棒：數(shù)據(jù)通信故障恢復(fù)的速度，只取決于用戶切換路徑的速度，與選路的速度沒有直接關(guān)系，所以從用戶角度看，自愈異常迅速，有很好的保護(hù)機(jī)制，對一般故障魯棒性好?？尚湃危簢?yán)格的、內(nèi)在的接入控制，用戶多徑調(diào)度，以及QoS監(jiān)督機(jī)制等，使得對用戶的服務(wù)承諾在概率意義上是可預(yù)知的，并且事件相關(guān)的責(zé)任可追溯。高效率：準(zhǔn)全局動態(tài)路由，理論分析表明可提高利用率1.8倍[2]，而且轉(zhuǎn)發(fā)不查表，大大簡化節(jié)點(diǎn)復(fù)雜性。故障切換AB信源信宿XAB信源信宿高效率3.5向量網(wǎng)的缺點(diǎn)和克服方法單點(diǎn)故障造成通信路徑失效數(shù)據(jù)包的長度在交換過程中變化通信之前必須呼叫尋由終端負(fù)責(zé)維護(hù)通信連接向量地址的長度可能比較長3.5.1單點(diǎn)故障造成通信路徑失效向量網(wǎng)的通信路徑相對固定，由終端記憶和維護(hù)，路徑的任何一節(jié)點(diǎn)或鏈路故障則造成失效?？朔椒ǎ蛄窟B接是多徑的通信連接，雖然每個通信路徑是靜態(tài)的，但是通過終端的操作，向量連接能夠“并聯(lián)”動態(tài)地適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞淖兓?，其效果同IP網(wǎng)的“串聯(lián)”動態(tài)特性相同。多個通信路徑不增加網(wǎng)絡(luò)資源占用。動態(tài)維護(hù)工作占用較少網(wǎng)絡(luò)資源。在向量網(wǎng)中，只要總的數(shù)據(jù)流帶寬一定，用多個通信隧道和一個通信隧道傳送所占用的網(wǎng)絡(luò)資源一樣！比如64kbps的一個語音流，當(dāng)占用一個通信隧道傳送時，共占用網(wǎng)絡(luò)的帶寬資源64kbps；當(dāng)被分成64個子數(shù)據(jù)流，每個1kbps，占用1kbps的64個通信隧道傳送，根據(jù)帶寬的可加性，得出這個語音流共占用網(wǎng)絡(luò)的帶寬資源仍然是64kbps，兩種方法的帶寬資源占用一樣。兩種傳送方法的路徑資源也一樣，都為無。就是說一個通信隧道不占路徑資源，64個通信隧道也不占任何路徑資源！通信網(wǎng)絡(luò)信宿設(shè)備宿控制塊信源設(shè)備源控制塊向量連接對象示意圖3.5.2數(shù)據(jù)包的長度在交換過程中變化數(shù)據(jù)包的長度在交換過程中變化，而且變化的長度以比特為單位，需要整個包進(jìn)行移位，或比特填充和搬移數(shù)據(jù)解決問題，通用CPU不善于處理，CPU資源開銷較大?？朔椒?，設(shè)計專用交換邏輯電路，完成向量交換有關(guān)的所有操作對于面向比特情況（比如光網(wǎng)絡(luò)），在發(fā)送數(shù)據(jù)時，跳過要刪除分量地址即可，不用移位。對于面向字節(jié)或字的情況，需要比特填充，當(dāng)有全空的字節(jié)或字時，在發(fā)送數(shù)據(jù)過程中跳過要刪除字節(jié)或字即可，不用搬移數(shù)據(jù)。NetFPGABoard

用于邏輯設(shè)計的XilinxVirtex-2ProFPGA用于PCI主接口的XilinxSpartan2*2.25MBZBTSRAM64MBDDR2DRAM物理層上的4個千兆以太網(wǎng)口3.5.3通信之前必須呼叫尋由向量網(wǎng)是有連接的網(wǎng)絡(luò)，通信之前必須首先呼叫連接，需要一定反應(yīng)時間。應(yīng)對方法。首先，呼叫連接是所有有連接網(wǎng)絡(luò)的共同問題，比如ATM就需要呼叫連接，實(shí)際應(yīng)用中沒有發(fā)現(xiàn)任何問題。其次，呼叫連接只造成通信業(yè)務(wù)開始的延遲，一旦開始沒有額外延遲，這種開始的延遲在幾秒數(shù)量級可以接受。最后，可以采用緩沖呼叫連接結(jié)果來大大降低呼叫連接開銷。3.5.4終端負(fù)責(zé)維護(hù)通信連接終端負(fù)責(zé)維護(hù)多路徑的向量連接，終端的開銷略有增加。但是，占用終端的資源，節(jié)省網(wǎng)絡(luò)的開銷是合算的策略！3.5.5向量地址的長度可能比較長向量地址的長度與通信路徑的長度有關(guān)，從北京到柳州有20多跳，勢必向量地址會有20、40或80字節(jié)？可以證明，覆蓋全世界的網(wǎng)絡(luò)，向量地址的平均地址長度小于32比特。定性地解釋如下：設(shè)最長的VA是128比特（比如從中國到美國），考慮到實(shí)際訪問距離有遠(yuǎn)有近，所以平均為64比特。另一方面，64比特的VA在轉(zhuǎn)發(fā)過程中不斷減少，所以VA平均表現(xiàn)的長度減半，為32比特。3.6網(wǎng)絡(luò)的其他能力或功能的改善除了網(wǎng)絡(luò)QoS問題之外，網(wǎng)絡(luò)的其他特性也很重要，包括擴(kuò)展性、安全、能耗、計費(fèi)、多播、移動、多宿等問題。多宿即Multi-Homing。擴(kuò)展性—無限擴(kuò)展。安全—向量地址有不可解讀等特點(diǎn)，對安全支持更好能耗—1/3計費(fèi)—可以分時段、分地域考慮多種因素高分辨率地詳細(xì)計費(fèi)，帶來的計費(fèi)成本不高。多播—只要分支節(jié)點(diǎn)理解多播即可。移動—可以更好地配合控制面實(shí)現(xiàn)全面的移動多宿--多宿就是多路徑，向量網(wǎng)擅長！成本—初步研究表明相對于IP網(wǎng)，向量網(wǎng)可以成倍降低三層技術(shù)有關(guān)的成本（由于網(wǎng)絡(luò)各層的透明性，三層網(wǎng)絡(luò)技術(shù)改進(jìn)，不能降低三層以下各層的成本）向量交換機(jī)實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)了向量交換，緩沖，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)優(yōu)先級，擁塞檢測和報告，流量統(tǒng)計，信令識別等向量交換機(jī)所必需的所有功能一種向量網(wǎng)絡(luò)地址編碼方法，授權(quán)專利號：ZL200610089302.6,授權(quán)日期2009年9月2日一種向量包定義及其向量交換實(shí)現(xiàn)方法，申請?zhí)枺?00910238387.3，2009年12月3日提交。一種通信網(wǎng)絡(luò)擁塞控制的方法，申請?zhí)枺?00810114927公開號：101296187公開日：2008/10/29千兆交換機(jī)硬件仿真交換機(jī)一個單片機(jī)一個向量交換機(jī)每個向量交換機(jī)6個端口端口為同步1kbps可以與PC串口匹配組網(wǎng)26節(jié)點(diǎn)的真實(shí)實(shí)驗(yàn)網(wǎng)的研制12個終端12個三口交換機(jī)12個七口交換機(jī)一個功能交換網(wǎng)一個LAN，一個IP網(wǎng)2個雙端口服武器LANLAN等效交換機(jī)(VN/LAN)IPIP融合交換機(jī)(VN/IP/LAN)820三口節(jié)點(diǎn)服務(wù)器去其他網(wǎng)絡(luò)功能交換網(wǎng)向量網(wǎng)實(shí)驗(yàn)網(wǎng)拓?fù)鋵?shí)驗(yàn)網(wǎng)建設(shè)多個對等組的兩層樹形架構(gòu)；提供UDP/VN協(xié)議棧，目前已經(jīng)直接實(shí)現(xiàn)VN網(wǎng)上語音通信和視頻播放。用IPoverVN方式，能實(shí)現(xiàn)語音、視頻和Web應(yīng)用的通信。實(shí)現(xiàn)了部分網(wǎng)絡(luò)管理功能，能監(jiān)視所有端口的流量11陣列1以太網(wǎng)接口以太網(wǎng)接口21021025125串口串口功能交換網(wǎng)GWGW(橫向14跳)一個單片機(jī)一個向量交換機(jī)每個向量交換機(jī)6個端口端口為同步1kbps可以與PC串口匹配組網(wǎng)搭建的功能實(shí)驗(yàn)網(wǎng)主要成果（專利）要求：提交專利、標(biāo)準(zhǔn)和草案7篇。國際專利1.Amethodofvectornetworkaddresscoding，美國發(fā)明專利USNo.12/304,435，梁滿貴；2.AMETHODOFVECTORNETWORKADDRESSCODING,

國際PCT專利申請?zhí)朠CT/CN2007/00182中國專利（1）一種向量網(wǎng)絡(luò)地址編碼方法，授權(quán)專利號：ZL200610089302.6,授權(quán)日期2009年9月2日（2）一種向量數(shù)據(jù)通信網(wǎng)上建立向量連接的方法，授權(quán)專利號ZL200710064804.8，授權(quán)日期2009年10月28日。（3）一種向量數(shù)據(jù)通信網(wǎng)上實(shí)現(xiàn)多播路由的方法，申請?zhí)枺?00810056850公開號：101222511公開日：2008/07/16（4）一種通信網(wǎng)絡(luò)的層次接入控制方法，申請?zhí)枺?00810112003公開號：101272395公開日：2008/09/24（5）一種通信網(wǎng)絡(luò)擁塞控制的方法，申請?zhí)枺?00810114927公開號：101296187公開日：2008/10/29（6）一種向量包定義及其向量交換實(shí)現(xiàn)方法，申請?zhí)枺?00910238387.3，2009年12月3日提交。（7）一種向量網(wǎng)和IP網(wǎng)的網(wǎng)關(guān)方式互連方法，申請?zhí)枺?00910244030.6，2009年12月25日提交。正在申請的專利（8）一種層次分段加解密的接入認(rèn)證方法（9）一種鏈路狀態(tài)驅(qū)動的通信連接更新觸發(fā)方法主要成果（論文）要求：發(fā)表SCI和EI檢索論文5篇。EI14篇，其中刊物論文3篇，完成！[1]Zhang,Jin-Yu(1);Huang,Cheng-Fu(2);Wang,Zhong(2);Liang,Man-Gui(1) PredictivepollingmechanismonEPON,BeijingYoudianDaxueXuebao/JournalofBeijingUniversityofPostsandTelecommunications31，2008EI:20084811741086[2]Zhang,Jin-Yu(1);Liu,Li(2), ImplementmechanismondistributedEPONDBAbasedonutility,RuanJianXueBao/JournalofSoftware 19，2008EI:20083211445293[3]Zhang,Jin-Yu(1);Liu,Li(2);Liang,Man-Gui(1),FairandefficientTCPperformanceadjustmentmechanismforEPON, TienTzuHsuehPao/ActaElectronicaSinica 36,vol.36,no.11，2008EI:20085211812821[4]LiangMan-Gui,ZhangJin-Xin,WangShu-Juan.ANewNetworkBasedonVectorAddress,ICWMMN2008(The2ndIETInternationalConferenceonWireless,Mobile&MultimediaNetworks),2008EI:20093612281033[5]Wang,SJ;Liang,MG,"ACredibility-basedCongestionControlMethod"The5thInternationalConferenceonWirelessCommunications,NetworkingandMobileComputing,PROCEEDINGSSEP24-26,2009EI:20100112610164UTISI:000275789401504[6]WangZhao-Wei,LiangMan-Gui,VectorAddressRoutingProtocolforMANET,ICSP'08(9thInternationalConferenceonSignalProcessing)EI:20092612145559UTISI:000270665401208[7]

Zhao

A

Qun,

Liang

Man

Gui,

A

New

Mobile

Network

Architecture，2008INTERNATIONALSYMPOSIUM

ON

COMPUTER

SCIENCE

AND

COMPUTATIONAL

TECHNOLOGY(ISCSCT2008)，shanghai,

China,

December

20~22,

2008

EI:20091211972064UTISI:000263591800159[8]Zhang,JY;Liang,MG,"IPTVQoSimplementmechanisminWLAN,"2008FOURTHINTERNATIONALCONFERENCEONINTELLIGENTINFORMATIONHIDINGANDMULTIMEDIASIGNALPROCESSING,PROCEEDINGS AUG15-17,2008EI:20084311653462UTISI:000258990400027[9]Zhang,JY;Liang,MG,"AnoptimalpredictivepollingmechanismonEPON,"2008FOURTHINTERNATIONALCONFERENCEONINTELLIGENTINFORMATIONHIDINGANDMULTIMEDIASIGNALPROCESSING,PROCEEDINGS AUG15-17,2008

EI:20084311653638UTISI:000258990400208[10]Zhang,JY;Liang,MG,"AnefficientUSReliminatingmechanismonEPON,"2008FOURTHINTERNATIONALCONFERENCEONINTELLIGENTINFORMATIONHIDINGANDMULTIMEDIASIGNALPROCESSING,PROCEEDINGS AUG15-17,2008EI:20084311653750UTISI:000258990400324[11]ZhangJin-yu,LiangMan-Gui.NGNServicePricingSupportDecisionSystemBasedonFuzzyNeuralNetwork:NPDSS.ISDA,Nov2008,114-120.EI:20092612153290UTISI:000264423200096[12]WangZhao-Wei,LiangMan-Gui,ZhangJin-Xin.VectorSwitchingScheme(VSS)forSourceRoutingProtocolofMANET,ICWMMN2008(The2ndIETInternationalConferenceonWireless,Mobile&MultimediaNetworks),2008EI:20093612281018

[13]WangXue-fen,LiangMan-Gui,ANewSchemeforAccountingBasedonVectorNetwork,ICWMMN2008(The2ndIETInternationalConferenceonWireless,Mobile&MultimediaNetworks)EI:20093612281036[14]LiangMan-Gui,WuJun,WangShu-Juan,WangZhao-Wei.MulticastMethodBasedonNewNetworkTechnique,ICWMMN2008(The2ndIETInternationalConferenceonWireless,Mobile&MultimediaNetworks)EI:20093612281099在美國貝爾實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了學(xué)術(shù)交流KrishanSabnaniSeniorVicePresidentoftheNetworkingResearchLaboratoryatAlcatel-LucentBellLabsinNewJersey.HemanagesseveralresearchteamsbasedintheUS,UK,Ireland,Belgium,France,Germany,andIndia.KrishanhasworkedonseveralsystemsprojectsinthefieldsofInternetworkingandwirelessnetworking,andhasledsuccessfultransfersofresearchideastorealproductsinAlcatel-LucentandAT&Tbusinessunits.Hehasalsodoneextensivepersonalresearchindataandwirelessnetworking.KrishanisalsoaAdjunctProfessoratColumbiaUniversity.AwardsKrishanhasreceivedthe2005IEEEEricE.SumnerAwardandthe2005IEEEW.WallaceMcDowellAward.KrishanisaBellLabsFellow,afellowoftheInstituteofElectricalandElectronicEngineers(IEEE)andtheAssociationofComputingMachinery(ACM).Hereceivedthe1991LeonardG.AbrahamPrizePaperAwardfromtheIEEECommunicationsSociety.Krishanhasalsowonthe2005ThomasAlvaEdisonPatentAwardfromtheR&DCouncilofNewJersey.Hecurrentlyholds37patentsandhaspublishedmorethan70papers.總結(jié)研究一種新的網(wǎng)絡(luò)體系，稱為向量網(wǎng)，它以向量地址和向量交換為基礎(chǔ)，具有分形特征，可以無限擴(kuò)展。相對于現(xiàn)存的兩種類型的交換地址，向量地址是第三種類型的交換地址。相對于IP網(wǎng)、MPLS網(wǎng)和交換以太網(wǎng)三種主要網(wǎng)絡(luò)體系，部署向量網(wǎng)的效果是能耗減少（約1:3）、成本降低（數(shù)據(jù)包分析部分約相差1:6-26）（4096，10萬）。而且，向量網(wǎng)技術(shù)可以從宏觀上改造現(xiàn)存IP網(wǎng)，效果是成倍增加QoS保證的網(wǎng)絡(luò)容量。相對于現(xiàn)存網(wǎng)絡(luò)，向量網(wǎng)不僅在保證QoS條件下，使能耗和成本大大降低，而且有更好的移動、多宿、可控、可管和安全支持。為新一代網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)提出新的思路，可能解決一些難以解決的問題，比如解決“有連接”和“無連接”、Importance和Emergency、無限擴(kuò)充性和小網(wǎng)有效性等的矛盾?？梢杂脕砀倪M(jìn)現(xiàn)有承載網(wǎng)即IP網(wǎng)，也可以用來實(shí)現(xiàn)（云計算中的）SDN

1概述2問題根源3向量網(wǎng)4電信服務(wù)商干線應(yīng)用5數(shù)據(jù)中心應(yīng)用6無線環(huán)境下虛擬網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營運(yùn)營商干線網(wǎng)的主要特征運(yùn)營商干線網(wǎng)相對于用戶網(wǎng)至少有以下特征網(wǎng)絡(luò)規(guī)模大、帶寬高，可靠性要求高，造價高流量密度高，短時間內(nèi)相對平穩(wěn)節(jié)點(diǎn)的能耗大網(wǎng)絡(luò)部署密度和快速變化的用戶需求的密度（白天、晚上，節(jié)假日），不能完全匹配，存在輕載區(qū)域和負(fù)載熱點(diǎn)兩種極端情況。根據(jù)現(xiàn)網(wǎng)的實(shí)際情況，劃分網(wǎng)絡(luò)為若干小的子網(wǎng)，有的是用戶網(wǎng)，有的是轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)。用GW封裝子網(wǎng)，成為等效的VS或VNes依據(jù)VN的控制面技術(shù)整合所有VS為VN網(wǎng)聚合用戶網(wǎng)子網(wǎng)，成為等效的一個個VNes，但是對于IP用戶以上改造透明。運(yùn)營商干線的改造方案虛擬交換機(jī)虛擬端系統(tǒng)11231212311123121231(VN包)(交換IP包)(用戶IP包)交換IP包VN包IP1hData用戶IP包VNhIP1hDataIP2hVNhIP1hData數(shù)據(jù)包的重疊關(guān)系返回Vab=（1，2，3）(VN包)IP5子網(wǎng)IP1子網(wǎng)IP2子網(wǎng)IP3子網(wǎng)IP4子網(wǎng)AB分布實(shí)現(xiàn)的控制面干線端系統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)邊界網(wǎng)關(guān)GWs等效交換機(jī)用戶網(wǎng)關(guān)GWu等效端系統(tǒng)運(yùn)營商干線的改造方案網(wǎng)絡(luò)的生長上生長：多個網(wǎng)絡(luò)整合成為更大的網(wǎng)絡(luò)下生長：等效的交換機(jī)或端系統(tǒng)替換為子網(wǎng)。IDIPv6地址：Prefix+LocalAddressCDCD:910A:2222:5498:8475:1111:3900:20200:0:0:0:0:FFFF:0::9域名：LocIP地址為基礎(chǔ)，分段定義（子網(wǎng)和主機(jī)分段的擴(kuò)展方法）或多個IP級聯(lián)（外網(wǎng)IP+主機(jī)IP）專用的Loc格式Route向量地址VA改造后的運(yùn)營商干線網(wǎng)，在宏觀上成為VN網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)其用戶多徑連接、全局動態(tài)路由、新的QoS保證機(jī)制等特點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)展

、魯棒、可信任、高效率等性能大大增強(qiáng)，具體包括：分級分配資源，干線網(wǎng)可以維持絕對QoS。提高網(wǎng)絡(luò)利用率，理論計算可提