【摘 要】
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网络空间正朝着用户多元化、接入异构化、设备复杂化和服务多样化的方向发展,传统的网络体系及运行机制难以应对当下和未来诡谲多变的安全威胁。一方面,传统网络架构存在管理边界模糊、组件协同关系松散、内生防御机制薄弱等问题,难以满足不断涌现的新型业务需求。另一方面,传统的信息加密、防火墙、入侵防护等技术手段均具有一定的被动性和滞后性,使得网络空间长期处于“易攻难守”的状态。近年来,随着软件定义网络(Soft
【基金项目】
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国家973计划项目“智慧协同网络理论基础研究”(No.2013CB329100); 国家863计划课题“未来一体化标识网络关键技术和示范”(No.2015AA015702); 国家自然科学基金“确定性网络认知多径与柔性缓存协同研究”(No.62072030);
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网络空间正朝着用户多元化、接入异构化、设备复杂化和服务多样化的方向发展,传统的网络体系及运行机制难以应对当下和未来诡谲多变的安全威胁。一方面,传统网络架构存在管理边界模糊、组件协同关系松散、内生防御机制薄弱等问题,难以满足不断涌现的新型业务需求。另一方面,传统的信息加密、防火墙、入侵防护等技术手段均具有一定的被动性和滞后性,使得网络空间长期处于“易攻难守”的状态。近年来,随着软件定义网络(Software Defined Network,SDN)、信息中心网络(Information-Centric Networking,ICN)、智慧标识网络(Smart Identifier NETwork,SINET)等新型体系架构的提出,网络有望沿着内生灵活性、可扩展性和安全性的方向演进。因此,本文基于智慧标识网络的设计理念,针对可信边缘管控中的关键问题,从接入、路由、适配和调度四个场景开展相关研究,为建立更加完备的可信边缘架构提供支撑。主要工作和创新点如下:1.针对智慧标识网络的设计思想和服务机理进行总结和梳理,进一步分析网络边缘的可信性问题。首先,研究智慧标识网络的发展路线和体系模型,详细介绍智慧标识网络“三层、两域”结构及工作机制,从标识映射、协同适配、个性服务三个方面,归纳总结智慧标识网络的服务机理。其次,着重阐述边缘接入、边缘传输、边缘适配、边缘调度的可信性问题。最后,给出智慧标识网络在边缘侧面临的挑战及威胁,论证网络边缘安全、可靠、可控、可管的重要性,为后续章节中智慧标识网络可信边缘管控技术研究提供理论基础与研究目标。2.针对智慧标识网络的安全边缘接入问题,提出一种高安全、多维化的接入管控方案,实现基于用户标识的非法攻击抵御和细粒度控制特性。首先,对现有边缘接入安全管控技术进行全面地对比分析,详细介绍方案的模型结构和实施过程,通过融合智慧标识网络的解析映射机制实现网络间动态隔离,进一步优化方案的可实施性。其次,从接入管控、用户并发和认证时延三个方面对方案性能进行分析。通过搭建原型系统平台,验证理论推断的合理性。结果表明,所提方案可有效实现对终端用户的统一访问控制管理。与基于传统网络架构的认证框架相比,该方案在有效减少接入认证时延的同时支持更高的并发数量。3.针对智慧标识网络的可靠边缘传输问题,提出一种基于地理感知的路由控制协议和节点监测机制,通过集成定向扩散路由、贪婪边界无状态路由和节点监测机制,确保数据交换的可靠性。首先,列举了现有基于地理能量感知的路由算法存在的不足,针对节点异常行为构建一种高效的检查机制,进而将两者融合形成智慧协同地理感知监测路由控制协议,完成数据包的安全有序交互。其次,提出改进型自适应能量转移算法用于优化边缘路由能耗,在保障路由安全的同时降低数据传输成本。最后,在攻击背景下,通过仿真平台验证所提协议在传输延迟、丢包率、吞吐量等方面的性能保障,进一步证明节能算法在能耗方面的优越性。4.针对智慧标识网络的可控边缘适配问题,提出一种按需驱动的可靠带宽适配策略,通过软件定义技术动态调整网络功能模块来增强带宽利用率,保障用户的合法性和数据的有效性。首先,建立基于概率分布的多用户带宽分配模型。其次,针对个性化服务需求和队列数据乱序所造成的资源占用问题,详细阐述按需驱动的可靠带宽适配策略和收发队列控制机制的设计细节,进一步提出智能驱动的边缘收发队列控制机制。最后,通过构建包含多个域和多个用户组的原型系统,验证所提方案的有效性。与现有SDN和传统网络进行比较,实验结果表明,所提出的按需适配策略在带宽使用和入侵防御方面均具有优势,特别是队列控制机制有效提升了传输容量和缓冲区利用率。5.针对智慧标识网络的可管边缘调度问题,提出一种标识驱动的资源编排方案,将复杂优化问题解耦为计算卸载和资源分配两个子问题,以特定场景的边缘缓存为例,进一步提出智能协同缓存策略。首先,建立标识空间映射模型用于表征访问属性与空间资源之间的匹配关系,构造混合整数非线性规划问题,实现高可靠、低成本的最优边缘资源分配策略。其次,详细制定了方案的工作流程,分析边缘协同缓存的核心难题,并介绍协同缓存机制的设计思路。最后,通过仿真实验对可靠卸载和协同缓存的理论分析部分进行验证。结果表明,所提方案在降低时延和能量消耗的同时,有效地保障了边缘侧的可靠性。
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