多模态网络

2023-09-21 18:29:41

多模态网络概念

将多种网络技术通过可编程技术以网络模态的形式融合到多模态网络之中，力求整合多种网络优势，提升网络对多元业务的承载能力。
多模态网络中存在多种标识体系，如内容标识、身份标识、地理空间标识等，而基于每种标识体系形成的网络架构模型就是一种网络模态，如IP网络、命名数据网络、地理位置网络等。

参考 多模态网络模态管控系统的设计与实现

未来网络体系研究

现存问题：传统 TCP/IP 网络的瘦腰结构存在安全保障、可管可控、服务质量等方面支持能力差的问题。
传统解决方案：为解决IP瘦腰问题，打破网络发展困境，国内外学术界针对未来网络领域开展了众多基础理论和关键技术的研究。主要有“演进式”和“颠覆式”两种思路。

①“演进式”的技术路线

定义：
基于TCP/IP体系框架，通过增加网络可用资源和提高网络资源利用率来实现网络能力的增长，比如 “MobileIP”[1]，IPsec[2],MPLS[3]等。

特点：
以统计复用和为代表的传统网络资源供需匹配和调度机制存在先天不足，这种增加网络资源的方式会让网络更加臃肿，计算机网络体系架构变得越来越复杂。

②“颠覆式”技术路线

定义：
抛弃现有的IP瘦腰模型，部署一个全新的网络体系架构来适应未来网络的需求。内容标识、身份标识、地理位置标识等多种标识体系得到了广泛的研究，并诞生了命名数据网络（NDN，nameddatanetworking）[4]、智慧标识网络（SINET，smartidentifiernetworking）[5]、GeoNetworking[6]等代表性的设计成果。

特点：
这些新型标识体系可以针对特定业务场景解决现有互联网的部分缺陷，但互不兼容的寻址机制促使互联网“碎片化”发展。并且这种单维度网络模型难以提供普适的转发解决方案，传统应用也无法摆脱对IP网络的长期依赖。

③网络融合方案
目前的互联网研究受到上述两个相互矛盾的观点的驱动：当前的互联网架构存在固有缺陷，网络架构改革应该探索完全“颠覆式”的替代设计；同时也存在IP体系根深蒂固、难以改变的事实，用新型架构完全代替现有的TCP/IP网络架构是不现实的。当前国内外提出的网络融合方案主要基于三种设计理念，多协议栈型、overlay 型以及融合体系架构型

1)多协议栈型：通过在网络转发设备中部署多协议栈以支持不同网络的转发。

2)overlay型：改变了新型网络设计的初衷，网络层的性能压力变得更加庞大

3)融合体系架构型：构建一种包含多种新型模态网络转发功能的全新框架以及相应协议栈，使网络能够原生支持面向不同网络主体对象（例如主机设备、内容、服务等）的转发能力以及服务方式，如XIA[7]， NEWIP[8]等
最新的解决方案
软件定义理念和可编程交换技术进一步促进了网络融合的快速发展。我国邬江兴院士及其团队则提出多模态网络的概念，基于全维可定义理念实现数据转发的灵活控制。多模态网络不再局限于单一的IP标识，而是设计了一种多模态网络标识体系，将标识扩展到身份、内容、地空等多种标识，实现多标识的共管共治、协同路由、按需切换，充分利用不同网络模态的性能优势。这种多模态网络是逐步演进式的，并不影响当前传统IP网络的运行，并能提供长效支持。

[1] Introduction to Mobile IPv6
[2] European IPv6 Task Force
[3] MPLS: the magic behind the myths
[4] Networking named content
[5] Smart identifier network: a collaborative architecture for the future Internet
[6] Implementation of standard-compliant ETSI ITS-G5 Networking and Transport Layers on ns-3
[7] XIA: Architecting a more trustworthy and evolvable Internet
[8] NEW IP Framework and Protocol for Future Applications

参考 多模态网络模态管控系统的设计与实现

网络管控

定义：网络管理是通过硬件、软件和人力的使用，来对网络资源进行监视、配置、分析与控制等功能。
演进过程：
①传统网络：
传统的 TCP/IP 网络中，分布式的网络节点控制与转发相耦合，网络管理者能够管理的范围有限。当前较为广泛的网络管理技术是由 IETF标准化的 SNMP协议。其采用管理代理服务器的模式，实现对网络设备的性能监控与报警，并不具有设备配置，路由控制等细粒度管理功能

②SDN网络
伴随软件定义网络(SDN,Software Defined Network)的出现，控制功能从网络节点中被分离出来，由控制器集中管理，网络节点仅具有简单的数据转发功能。
如图为SDN的系统架构，这种新型的网络架构从设计初就将网络的管理作为最核心的设计理念，也由此诞生了众多的软件可定义的控制器系统设计案例，如ONOS[57]，RYU,OpenDaylight等。控制器可以实现全局网络监控、灵活路由部署、设备自定义配置等一系列功能。

③多模态网络：
多模态网络存在多种网络模态，每种网络模态均有独特的应用场景和运行机理，在赋予网络更加灵活智慧的功能的同时，也增加了网络管理的复杂度。
针对新型网络，当前存在一些有关管理系统的研究。论文[1]针对北交大提出的智慧协同网络架构提出了一种面向接入网与核心网进行综合管理的管控平台，重点在于分离映射模块与动态选路模块的设计。论文[2]提出了一种依托SDN技术的NDN路由方案SRSC，实现对NDN节点的全局管控以更好的适应NDN体系的规模化部署。
伴随新型网络技术的发展，网络管理技术向高度自定义化，逻辑分层化、管理智能化、web可视化发展，通过控制与数据分离成为增强管理能力的重要方式。当前，多种新型网络均提出了自己的管控解决方案，但是如何基于多模态网络进行综合管理仍缺乏相关研究
在多模态网络中，模态管控主要针对不同模态的共存、选择、切换等机制需要进行详细的设计，以适应不同应用场景的需要

[1] 智慧协同网络管理系统设计与实现
[2] Implementation and evaluation of a controller-based forwarding scheme for NDN

参考 多模态网络模态管控系统的设计与实现