非对称广域覆盖信息共享网络理论与关键技术课件

信息共享网络的复杂性研究

——理论与关键技术报告人：任勇清华大学电子工程系2010.07.26引子2010第六届全国网络科学论坛大会报告信息共享网络的复杂性研究

——理论与关键技术报告人：任勇引Contents2网络信息共享的背景网络信息共享难题目前研究工作241几个课题5互联网的复杂性3Contents2网络信息共享的背景网络信息共享难题目前研究网络信息获取的主要方式：搜索获取→网站→网络信息分类：

−个性化信息：专业性强，面向少数人

−共享信息：大量网络用户需要的内容网络业务分类：

−个性化信息业务

−共享信息业务网络信息获取的主要方式：搜索获取→网站→网络信息分类：

我国网民规模、普及率

网民网站网页2009-063.38亿306万166亿2009-123.84亿323万366亿2010-064.20亿279万X?（摘自CNNIC报告，以下同）我国网民规模、普及率

网民网站网页2009-063全球互联网普及率（2009-12）

09年12月，28.9%，超过全球25.6%09年06月，25.5%，超过全球23.8%10年06月，31.8%，超过全球平均水平超级大国全球互联网普及率（2009-12）09年12月，28.9城乡差异（2010-06）农村网民：27.4%（11508万人）搜索：76.3

%

（8780

万人）

农村网民搜索用户2009-069565万/30%6700万/70%2009-1210681万/27.8%7829万/73.3%2010-0611508万/27.4%8780万/76.3%城乡差异（2010-06）农村

农村网民搜索用户2009-0网络应用已发生显著变化信息交换

信息共享email点对点一点对多点，多点对多点网络应用已发生显著变化信息交换信息共享email点对典型应用典型应用主流业务量

4大类网络应用：

网络娱乐、信息获取、交流沟通、商务交易

16种网络应用：

网络音乐，82.5%

网络新闻，78.5

%

网络搜索，76.3

%

即时通信，72.4

%

…………主流业务量：主流业务量4大类网络应用：信息共享业务的特点课题：非对称、广域覆盖的信息共享网络

传输特点：相同信息大量冗余传输，带宽浪费；

流量、流向：下行>>

上传，即非对称业务；

地域特点：按75%普及率：

11亿网民：未来

5

年，网民数>

7亿规模

中西部地区：人口密集、经济落后，需低成本

偏远地区：人口稀少，需广域覆盖信息共享业务的特点课题：非对称、广域覆盖的信息共享网络传输Contents11目前研究工作4几个课题5互联网的复杂性3网络信息共享难题2网络信息共享的背景1Contents11目前研究工作4几个课题5互联网的复杂性3网络信息共享服务现状信息共享造成冗余传输

→

带宽的无度浪费（收费不增加）IP网承载共享信息业务，有若干问题难以解决结构性矛盾→制约非对称业务用户规模可扩展性网站信息下载到用户端，要多跳传输→

无法保证服务质量

Overlay资源搜索与共享下载的拓扑失配→

无效传输端到端透明IP传输→安全问题、信任危机现有信息共享应用的服务模式，存在天然的缺欠B/S、P2P、DTN、CDN、M-cast、IPTV、Web2.0（RSS、Blog）在用户规模、带宽有效占用、服务质量三方面，存在结构性缺欠结论：基于IP的端到端的对等式信息交换网络结构，不适于支持巨大量用户以信息共享为主的非对称传输业务。网络信息共享服务现状信息共享造成冗余传输→带宽的无度浪费Contents13目前研究工作4几个课题5网络信息共享的背景1互联网的复杂性3网络信息共享难题2Contents13目前研究工作4几个课题5网络信息共享的背Contents14几个课题5网络信息共享的背景1网络信息共享难题2目前研究工作4互联网的复杂性3Contents14几个课题5网络信息共享的背景1网络信息共当前工作：信息共享网络演示验证示范系统——Demo系统完全播存——共产主义过渡时期——初级阶段分布式代理节点的数量、位置分布P2P成簇算法网络失配解决方案——基于匹配度的相变点控制网络信息聚合及其在农业价格领域里的应用当前工作：信息共享网络演示验证示范系统——Demo系统161、Demo系统：信息共享网络新结构本地服务器分布式代理汇聚服务器（1）动态、树状、多身份代理、多通道的兼容服务模式（2）Wide-areaBrodcasting、Local

P2P星级用户161、Demo系统：信息共享网络新结构本地服务器分布式代理应用层网络与物理网络的双层耦合模型2、代理节点的数量及分布规律应用层网络与物理网络的双层耦合模型2、代理节点的数量及分布规引入分布式镜像代理剥离核心资源节点增加资源节点镜像引导数据包改变路由缩短路由路径长度节点处理负载得到均衡传输负载被均衡镜像代理数量：引入分布式镜像代理剥离核心资源节点问题：镜像代理怎样分布？问题：3、P2P成簇算法——用户兴趣指纹识别港台综艺节目美剧3、P2P成簇算法——用户兴趣指纹识别港台综艺节目美剧Torrent网络分簇——资源条码识别各簇均表现出各类Torrent的相关性大簇内文件流行度较高，且由于大多数兴趣广泛的用户下载使其包含的文件种类多小簇内文件流行度不高，但得到具有特殊兴趣的用户的集中下载资源条码Torrent网络分簇——资源条码识别各簇均表现出各类Tor4、P2P网络的拓扑失配？Peer李一鹏博士搜索结果远程节点邻居节点路径2路径1Peer4、P2P网络的拓扑失配？Peer李一鹏博士搜索结果远程邻居匹配度定义：匹配度所需资源的副本总数

C所需资源距离自己最近的节点

n所需资源距离自己最远的节点

f节点i与节点j之间的度量dij：反映节点跳数、延迟，流量匹配度定义：匹配度非对称广域覆盖信息共享网络理论与关键技术课件临界点匹配度相变点控制动态镜像资源分布临界点匹配度相变点控制动态镜像资源分布5、基于本体的网络信息聚合及其应用信息源：网页爬取：爬虫(含动态网页)解析：基于本体的语义标注全局本体=概念+关系+实例局部本体

-表格：1+1+N方法

-文本：条件随机场生成聚合信息存储、发布、应用中间件层应用层信息源层报价单位产品价格报价日期5、基于本体的网络信息聚合及其应用信息源：网页中间件层应用层应用举例：粮食价格分析时间序列分析：统计软件(SPSS17.0)周价格曲线事件关联分析区划价格差异中、长期预测，短期预测指数平滑法自回归法ARIMA模型法季节分解法谱图分析法应用举例：粮食价格分析时间序列分析：统计软件(SPSS17.稻谷09.12-10.02：春节临近，消费旺季，涨价10.03-10.04：旱情严重，涨价10.05：稻谷轮换出库，需求淡季，降价10.06：水灾，减产，涨价红色：观测值蓝色：拟合值2009.7.152010.7.10稻谷09.12-10.02：春节临近，消费旺季，涨价红色：观小麦出现离群值(outlier)：2月、3月、6月中旬

原因：原始数据错误、聚合处理错误、突发事件驱动6月末-7月初：涨价（春季低温、化肥涨价、惜售）预测：出现误差；短期预测难度大！须深入研究！红色：观测值蓝色：拟合值绿色：预测值真值OutlierOutlierOutlier2010.1.12010.7.10小麦出现离群值(outlier)：2月、3月、6月中旬红色：小麦

区划周期性：7天预测：误差较小，周期性华东中南华北西北东北西南红色：观测值，蓝色：拟合值，绿色：预测值小麦

区划周期性：7天华东红色：观测值，蓝色：拟合值，绿小麦

区划3-4月份：西南地区价格明显高！原因：春季旱情严重。小麦

区划3-4月份：西南地区价格明显高！原因：春季旱情严重网络信息聚合的意义聚合信息服务热门信息推送按需求订制难点：完整、精度、重组行业领域应用可靠建模依据政策制订支持事件关联分析短期预测方法与手段：基于本体的语义理解+时间序列分析网络信息聚合的意义聚合信息服务行为层面网络层面流量行为抽象模型SOC相变时空行为网络仿真随机矩阵理论整体模式无线传感网元胞自动机应用层/流量行为应用/物理网络耦合/失配相变用户/资源偏好/社区P2P网络分割加权社交网络共享行为/需求播存网络系统设计分析理解综合设计移动行为物理感知移动互联网物联网分析设计早期

近期

当前总结1999年以后2009年以后行为层面网络层面流量抽象SOC时空网络随机矩整体无线元胞应用ContentsAchievement5网络信息共享的背景1网络信息共享难题2互联网的复杂性3几个课题5目前研究工作4ContentsAchievement5网络信息共享的背景1自然基金重点项目：非对称广域覆盖信息共享网络三个参加单位：清华大学（CESL实验室）西南科技大学（绵阳，马建国教授、邢玲副教授、……）电子科技大学（成都，隆克平教授、徐杰副教授、……）经费：190万元时间：2010-2013年，四年合作研究方向：非对称信息共享网络的数学、物理方法建模研究信息共享网络应用的大规模时空动态仿真研究基于语义的网页分析、内容聚合、数据挖掘合作形式：博士后单位合作合作研究任勇：reny然基金重点项目：非对称广域覆盖信息共享网络合作研究任勇：r谢谢谢谢EverettM.Rogers，《创新的扩散》，中央编译出版社，2002年6月22.6%流行与扩散的S曲线28.9%31.8%08.1209.1210.06EverettM.Rogers，《创新的扩散》，中央编译自然基金，互联网络业务源模型与业务量预测，

已完成自然基金，复杂互联网络的整体动力学理论、方法及其应用，已完成自然基金，共享信息网络新结构及关键技术研究，已完成自然基金，宽带网络生存性策略研究，

已完成自然基金，共享信息的第二类网络，

已完成863-项目，多层网络数据语义分类与理解技术研究，

已完成863-项目，具有语义标引的互补结构网络，已完成863-项目，第五媒体物理链路传输协议研究，

已完成973-子项，一体化网络与普适服务体系下的移动和传感网，在研自然基金：应用层网络行为与互联网整体性能的关联及对策

在研973-子项，IP网生存性的通用机理和调控方法，

在研国家杰出青年基金，新一代光互联网体系结构及关键技术，在研自然基金，基于虚拟坐标的IP网络定位理论与技术研究，

在研自然基金，四川省青年基金，网络无功流量测量，

在研新一代广播网的语义计算与内容管理机制研究，

在研博士点基金，音视频数据的内容管理技术研究，

在研与本课题直接相关的其它研究项目自然基金，互联网络业务源模型与业务量预测，发表文章LeiWang,YongRen,etc.MeasurementandStatisticsofApplicationBusinessinComplexInternet.Complex’09,23–25February2009,Shanghai,ChinaYi-PengLi,Yi-HuaHuang,LeiWang,YongRen.TheNonlinearMechanismofPhaseTransitioninComputerNetworks.Complex’09,23–25February2009,Shanghai,ChinaYingLi,HongduoCao,XiumingShan,YongRen.Anestimationformulafortheaveragepathlengthofscale-freenetworks,ChinesePhysicsB,Vol.17,No.7,pp.2327-2306,2008.7YangLiu,JianYuan,XiumingShan,YongRenandZhengxinMa.Self-determinedmechanismsincomplexnetworks,PhysicaA:StatisticalMechanicsanditsApplicationsVolume387,Issues8-9,Pages2145-2154,15March2008山秀明，刘旸，张林，王磊，任勇，袁坚，王耀希．P2P应用系统用户共享行为的复杂网络模型.计算机应用研究，2008年，25（6）：1853-1855任勇，王磊．基于包层次的小子集观测．第三届全国复杂动态网络学术论坛，2006.12，北京任勇，李幼平．双结构互联网定量分析与验证平台设计．第二届全国复杂动态网络学术论坛，2005.10，北京XingLing,MaJianguo,LiYouping.Dual-ModeTransmissionNetworkforDTV[J].IEEE

TRANSACTIONSONCONSUMERELECTRONICS,2008,54(2):474-480HaoxiangZhang,LinZhang,XiumingShan,andVictor.O.K.Li,PerformanceEvaluationofAdaptiveProbabilisticSearchinP2PNetworks,IEICETransactiononCommunications,Vol.E91-B,No.4.pp.1172-1175,2008马建国，李在铭．广播型网格．计算机科学，2004.8孙海峰，马建国，李幼平．基于UCL的DTVCommerce安全认证模型[J]．电子技术应用，2008，34(1):129-131发表文章LeiWang,YongRen,etc.M邢玲，马建国，李幼平，刘志文．移动通信中的信息共享结构[J]．北京理工大学学报[J]，2008，28(8):737-740马建国，席明贤，林益民，李幼平．中国Internet路由级跳数测量与分析[J]．计算机应用研究，2008，25(7):2112-2114马卫东，李幼平，马建国，周明天．面向Web网页的区域用户行为实证研究[J]．计算机学报，2008，31(6):960-967王磊，周淑华，袁坚，任勇，山秀明．虚拟网络行为对互联网整体特性的影响．物理学报，2007，56（1）：36-42马建国，李幼平等．广播型网格的用户兴趣图谱．电子学报，2005，33(1):142–146马建国，李幼平等．数据广播中的UCL标引与传输机制.电子学报，2004，32(10)

:1621–1624邢玲，马建国，李幼平，刘志文．一种基于UCL的中文网页信息过滤方法．电子学报，2006，Vol.34(10):1752-1757马建国，邢玲．信息过滤技术及VJ实现.系统工程与电子技术．2004，Vol.26(3):382-385MaJianguo,XingLing,LiYouping.AnInformationSharingStructureofBroadcasting.LECTURENOTESINCOMPUTERSCIENCE,3320:558-563,2004MaJianguo,LiuGuihua,XingLing.AnAgentOfDataBroadcastingBasedOnUCL，2003IEEEInternationalConferenceonNaturalLanguageProcessingandKnowledgeEngineering,NLP-KE'03Beijing,China.Oct,2003,IEEEpress.pp.215-220MaJianguo,XingLing,LiZaiming.MIS-GridforFutureMobileCommunications.ElectronicsTechnologyofChina.2004,Vol.2(4):12-15+36LingXing,YoupingLi,ZhiwenLiu.AMechanismofActiveServicesforNetworkBasedonUCL.The4thInternationalConferenceonActiveMediaTechnology(AMT06).pp.289-292,2006J.Yuan,etal,ACross-CorrelationBasedMethodforSpatial-TemporalTrafficAnalysis,PerformanceEvaluation,Vol61/2-3,pp163-180,2005邢玲，马建国，李幼平，刘志文．移动通信中的信息共享结构[J]KepingLong,R.S.Tucker,S.Cheng,J.Ma,R.Zhang.ANewApproachtoMulti-LayerNetworkSurvivability:Strategies,ModelandAlgorithm.JournalofHighSpeedNetworks,10(2):127-134,Sept.2001KepingLong,WangQian,ChengShiduan,ChenJunLiang.QuantitativeAdaptiveREDinDifferentiatedServiceNetworks.JournalofComputerScienceandTechnology,18(2):223-229,Mar.2003KepingLong,XiaolongYang,ShengHuang,XinYang,YujunKuang.TheSLA-CompatibleFaultManagementModelforDifferentiatedFaultRecovery,Proc.HPCC2006(HighPerformanceComputingandCommunications),Springer-VerlagLNCSvol.4208,p.737-742,Sept.2006JiaLi,KepingLong,XiaolongYang,PingCheng,ZhengGu,DiffServ-awareOBGP:ANewInter-domainEnd-to-EndLightpathSetupScheme,Proc.ofSPIEAPOC'2006,pp:63541P1-63541P8,Sept.2006XiaolongYang,MinZhang,KepingLong.AnEfficientMultiple-constraintsQoSRoutingAlgorithmBasedonNonlinearPathDistance.ProceedingsofSpringer-VerlagLNCS3314,pp.365-370,Dec.2004J.Xu,D.Fournier-Prunaret,A-K.Taha,P.Chargé,"ChaoticdynamicsinanN-dimensionalsystembaseduponasinesquaremaps",IEEEInternationalWorkshoponNonlinearMapsandApplications(NOMA’07),Toulouse,FranceJieXu,“Studythedynamicchaoticgeneratedbyfunctionssinusoidalforapplicationstothesecurityofthetransmissions

”,CongressofthePhDstudents(EDSYS2006),Tarbes,FranceJieXu,“Studyofthechaoticsignalsintelecommunication”,Presentationofaposterin“DoctoralesINP2006”,Toulouse,FrancePascalChargé,JieXu,DanièleFournier-Prunaret,Abdel-KaddousTaha,“Asimpleopenchaosgeneratorbaseduponasinemap”,15thIEEEInternationalWorkshoponNonlinearDynamicsofElectronicSystems(NDES2007),Tokushima,JapanKepingLong,R.S.Tucker,S.D.Fournier-Prunaret,J.Xu.,A.Taha,P.Chargé,"Attractorsandbifurcationsinsinemaps",22thInternationalConferenceDifferentialEquationsandRelatedTopics(Petrovskii’07),Moscow,RussiaD.FOURNIER-PRUNARET,A.-K.TAHA,J.XU,P.CHARGÉ,“Attractorsandbifurcationsin2-Dand3-Dsinmaps”,EuropeanConferenceonIterationTheory(ECIT’06),Gargnano,Italy张林，任勇，山秀明．负载均衡的人工生命路由算法．《通迅学报》，2004，Vol.25，No.4A，pp.290–297陆俊秀，山秀明，任勇，马正新．TCP流量的多尺度分析．《数据采集与处理》，2004，Vol.19，No.1，pp.5–9刘锋，山秀明，任勇，张军，马正新．计算机网络的长程相关特性．《物理学报》，2004，Vol.53,No.2,pp.373-378J.X.Lu,X.M.Shan,Y.Ren,Overlaynetworking:applicationsandresearchchallenges,《通迅学报》,2004,Vol.25,No.12,pp.46–52L.Zhang,Y.Ren,X.M.Shan,Pheromone-BasedAntRoutingSystemforIPNetworks,TsinghuaScienceandTechnology,2004,Vol.9,No.2,pp.213-218李旲，山秀明，任勇．具有幂率度分布的因特网平均最短路径长度估计．《物理学报》，2004，Vol.53,No.11,pp.3695–3700山秀明，李旲，焦健，任勇，仇贲，曹轶群．网络病毒行为模式分析．《中国工程科学》，2003，Vol.5,No.12,pp.55–59王磊，周淑华，宋永华，任勇，山秀明．一种藉合连接机制的Internet仿真模型．微计算机信息，2007，23（34）：190-191X.Wang,Y.Ren,X.M.Shan,WDRLS：AWavelet-BasedOn-LinePredictorforNetworkTraffic,IEEEGlobalCom2003,Vol.7,

1–5Dec,pp.4034–4038C.Liu,X.M.Shan,Self-suppressedNACK-basedMulticastCongestionControl,Proc.ofICT2003,February2003任丰原，林闯，任勇，山秀明．大时滞网络中的拥塞控制算法．《软件学报》，2003，Vol.14,No.3,pp.503-511D.Fournier-Prunaret,J.Xu.,W.Wu,Y.Ren,X.M.Shan,Providingproportionallossrateandlossrateboundsforadaptivetraffic:Anewrelativediffservmodel,IEICETransactionsonCommunications,002(1),pp.129-136F.Y.Ren,X.H.Yin,Y.Ren,X.M.Shan,ARobustActiveQueueManagementAlgorithmBasedonSlidingModeVariableStructureControl,IEEEINFOCOM2002,Vol.1,23-27June,pp.13–20任丰源，任勇，山秀明，王福豹．二进制ABR流量控制算法的建模与分析．《计算机学报》，2002，6，pp.651-656尹逊和，任丰源，任勇，山秀明．鲁棒的主动队列管理新算法．《计算机学报》，2002，10，pp.1018-1023刘锋，任勇，山秀明，互联网络数据包传输的一种简单元胞自动机模型，《物理学报》，2002，Vol.51，No.6，pp.1175-1180X.Wang,X.M.Shan,AWavelet-BasedMethodtoPredictInternetTraffic,Int.Conf.OnCommunicationCircuitsandSystems,ICCCAS2002,pp.690-694F.Y.Ren,Y.Ren,X.M.Shan,Designoffuzzycontrollerforactivequeuemanagement,ComputerCommunications2002,25,pp.874-883J.Yuan,K.Mills,ExploringCollectiveDynamicsinCommunicationNetworks,JournalofResearchoftheNationalInstituteofStandardsandTechnology,107(2),179-191,2002袁坚，任勇，刘锋，山秀明．复杂计算机网络中的相变和整体关联行为．《物理学报》，2001，Vol.50，No.7，pp.1221-1225W.Wu,Y.Ren,X.M.Shan,Aself-configuringPIcontrollerforactivequeuemanagement,APCC2001,Tokyo,Japan,Sep.16-20,2001,pp.368-371.(IEICETrans.onComm.Vol.E84-B,Nov.2001)W.Wu,Y.Ren,X.M.Shan,ModelingdynamicalbehaviorsofAQM-TCPjointsystemusingMarkovchains,APCC2001,Tokyo,Japan,Sep.16-20,2001,pp.372-375.(IEICETrans.onComm.Vol.E84-B,Nov.2001)W.Wu,Y.Ren,X.M.Shan,ProvW.Wu,Y.Ren,X.M.Shan,StabilityanalysisandparameterselectionofRED,APCC2001,Tokyo,Japan,Sep.16-20,2001,pp.376-379.(IEICETrans.onComm.Vol.E84-B,Nov.2001)F.Y.Ren,Y.Ren,X.M.Shan,Fluid-basedanalysisofABRflowcontrolinATMnetworks,APCC2001,Tokyo,Japan,Sep.16-20,2001,pp.630-635.(IEICETrans.onComm.Vol.E84-B,Nov.2001)L.Zhang,Y.Ren,X.M.Shan,1/fnoiseinmulti-agentcooperativerouting,ICNF2001,Florida,USA,Oct.22-25,p541-545F.Y.Ren,Y.Ren,X.M.Shan,EnhancementtoREDalgorithm,The9thIEEEInt.Conf.OnNetworks.(ICON2001),Bangkok,Thailand,Oct.10-12,2001,pp.14-19张林，任勇，山秀明．人工生命路由算法及其在Internet网中的应用．《电信网技术》，2001，Vol.11.No.4任丰源，任勇，山秀明．主动网络的研究与进展，《软件学报》，2001，Vol.12，No.11，pp.1614-1622J.Yuan,Y.Ren,X.M.Shan,Self-OrganizedCriticalityinaComputerNetworkModel,PhysicalReviewE61,2000,pp.1067-1071J.Yuan,Y.Ren,X.M.Shan,Self-OrganizedCriticalityinOneDimensionalPacketFlowModel,ChinesePhysics,2000,Vol.9,No.9,pp.641-648袁坚，任勇，山秀明．一种计算机网络的元胞自动机模型及分析．《物理学报》，2000，Vol.49，No.3，pp.398-402W.Wu,J.Yuan,X.M.Shan,Y.Ren,ExploringCollectiveBehaviorswithShort-RangeCorrelationBetweenRouters,IEEEICCT’2000,Beijing,Aug.2000,pp.70-75单琳伟，袁坚，任勇，山秀明．接入网联合接纳控制．北京邮电大学学报，2007，30(5)：9-12吴霖，任勇，山秀明．QoS路由及其在IP中的实现．《现代电信科技》，2000.7，pp.16-21W.Wu,Y.Ren,X.M.Shan,Stab发明专利任勇等，国家发明专利：可移植的网络信息共享方法，2008101149145任勇等，Nokia发明报告（提交美国专利）：AWebPageSegmentationAlgorithmbasedonLinkLayout（基于链接布局特征的网页分块算法），Nokia:NC66751YongRen,etc.USPatent：Improvementsinorrelatingtouserremovablememoryandassociatedmethods，US-PA-SN:12/154,143，ADNo:915-018.017任勇等，国家发明专利：基于移动网状网的智能交通信息系统，200610144015.0马建国等，国家发明专利：教育信息资源的语义标引方法，200410034544.6马建国等，国家发明专利：网络信息资源的语义标引方法，200410034543.1马建国等，国家发明专利：数据广播系统中的UCL嵌入方法，200410034539.5马建国等，国家发明专利：教育信息资源降低误码率的控制方法，200410034542.7马建国等，国家发明专利：互补结构网络的可信服务机制，200610021691.9马建国等，国家发明专利：互补结构网络，200610021692.3隆克平，王飞，黄胜等，国家发明专利：一种新型多层多粒度光交叉连接结构，200610054478.8阳小龙，李培江，隆克平等，国家发明专利：一种新型的波长/波带共享转换结构，200610054476.9常交法，王汝言，隆克平等，国家发明专利：一种光突发交换网络故障监测方法，200610054211.9黄胜，阳小龙，隆克平等，国家发明专利：一种包含光分插复用器的多粒度光交换结构，200610054477.3发明专利任勇等，国家发明专利：可移植的网络信息共享方法，20移动网关WeatherTrafficSceneryCivilstructuremonitoringInternetMobileGatewayGatewayGatewayGatewayGatewayTheuSD-CardBasedMobileGatewaytoSensorNetworks移动网关WeatherTrafficSceneryCivilBackCoverofMobilePhonesorPDAsTemperatureSensorAlcoholSensorMagneticSensorAccelerationSensorBackCoverofMobilePhonesorHoldInformationControlWorldcompasspositionaccelerationtemperatureHoldInformationControl互联网的下一代是什么？下一代互联网：还是互联网。互联网的下一代：是不是互联网？可能不再是！→未来互联网体系结构是什么?2009年10月：美NSFC，未来互联网体系结构的整体设想。总结出三点：

1、未来网络应适应发展中国家基础设施比较欠缺的状况。

2、未来网络应面向人类的自我辨识，以人为中心，而不是

以网络上的设备为中心。

3、未来网络应更多地直接联接到物理世界，不但要做信息

传递，而且要做感知、动作、控制。

——

互联网→物联网→泛在网互联网的下一代是什么？下一代互联网：还是互联网。50清华大学（电子工程系CESL）关于网络复杂性问题的研究CESL：ComplexEngineeredSystemsLaboratory

复杂工程系统实验室50清华大学（电子工程系CESL）互联网研究的两个层面网络层面网络协议：数据传输、汇集加工、应用服务网络类型：互联网/P2P、传感网、播存网、物联网、泛在网网络模型：抽象→现实、一般→特殊、理解→设计行为层面流量行为：整体行为、拓扑形态、系统行为用户行为：资源访问、使用偏好、共享行为InternetWSNBSNIoTPrvsiveN互联网研究的两个层面网络层面InternetWSNBSNIo行为层面网络层面流量行为抽象模型SOC相变时空行为网络仿真随机矩阵理论整体模式无线传感网元胞自动机应用层/流量行为应用/物理网络耦合/失配相变用户/资源偏好/社区P2P网络分割加权社交网络共享行为/需求播存网络系统设计分析理解综合设计移动行为物理感知移动互联网物联网分析设计早期

近期

当前行为层面网络层面流量抽象SOC时空网络随机矩整体无线元胞应用早期工作早期工作

1、提出粗粒化抽象物理模型，研究Internet网络复杂动力学机制。

Newidea：研究Internet的一维抽象模型，利用元胞自动机模型模拟网络中端到端的数据传输过程。互联网络数据包传输的一种简单元胞自动机模型.物理学报,51(6),1175–80,2002

Self-organizedcriticalityinacomputernetworkmodel.PhysicalReviewE,61(2),1067–71,2000一种计算机网络的元胞自动机模型及分析.物理学报,49(3),398–402,2003袁坚博士后1、提出粗粒化抽象物理模型，研究Internet网络

2、研究网络整体时空关联、演化行为，分析网络整体上涌现出的各种复杂现象。1、在二维抽象模型中，发现并研究了节点的整体关联行为。复杂计算机网络中的相变和整体关联行为,物理学报,50(7),1221–1225,20012、发现并分析了数据包排队长度的长程相关特性。计算机网络的长程相关特性.物理学报,2004,53(2),373–3783、结合仿真研究了计算机网络中的相变现象。发现了网络攻击使相变点左移的特性，提出了改善相位的混合路由策略。4、研究基于小世界模型的相变现象，并发现增加随机连接更易使网络拥塞的现象。

Phasetransitionand1/fnoiseinacomputernetworkmodel.PhysicaA328(2003),341–350袁坚、刘锋博士后2、研究网络整体时空关联、演化行为，分析网络整体上涌相变点控制示意图相变点控制示意图

3、研究路由级拥塞控制和TCP建模方法，揭示网络从整体上涌现出的各种复杂现象和演化行为。大规模时空关联网络动态模拟。11骨干路由器、40个边缘路由器、110个接入路由器（数百个数据源/接入R）

产生网络流量数据互相关分析定义加权向量

RMT(随机矩阵理论)

研究全网的互相关

ACross-CorrelationBasedMethodforSpatial-TemporalTrafficAnalysis.PerformanceEvaluation,Vol61/2-3,pp163-180,2005

MonitoringtheMacroscopicEffectofDDoSFloodingAttacks,IEEETransactionsonDependableandSecureComputing,Vol.2,No.4,2005袁坚、刘锋博士3、研究路由级拥塞控制和TCP建模方法，揭示网络从整

4、自相似流和幂律行为的预测和控制策略。研究网络流量中的自相似特性，提出了自相似流量的小波变换预测方法。

WDRLS:AWavelet-BasedOn-LinePredictorforNetworkTraffic.IEEEGlobalCom’03,Vol.7,pp.4034–38

ForecastingInternettrafficwithwaveletmethod.ICT’02,1192-1195

Awavelet-basedmethodtopredictInternettraffic.ICCCAS’02,690-694局域网流量预测性能示意图广域网流量预测性能示意图王新硕士4、自相似流和幂律行为的预测和控制策略。研究网

5、最佳（网络半径优化）网络规划设计，并应用于实际网络行为的定性和定量描述。

Newidea：实测数据分析与理论解析，研究网络的代价与收益关系。据此发现了网络的最短路径长度与节点度分布指数的关联性，并给出拟合数值解:具有幂律度分布的因特网平均最短路经长度估计.物理学报,2004,53(11),3695-3700互联网复杂性研究进展.北京邮电大学学报,2006,29(1),1-8基于获取最大收益，付出最小代价的Internet最优化问题，探索性地给出了数值解，对于网络性能的深入理解与仿真描述具有重要的意义。李旲博士后5、最佳（网络半径优化）网络规划设计，并应用

6、考虑实际网络协议的仿真实验研究：采用18节点MCI拓扑，其功能包括QoS网络环节：

a.基于包/流的单/多种业务生成；

信息源模型、业务量模型

b.输入、输出整形；

c.基于定时、滑动窗等多方式链路状态更新，以及基于LFCS的链路状态反馈控制；

接纳控制、流控

d.基于有效带宽、延时、丢包率统计等多方式接纳控制；

e.基于最短路径的Djkstra、BellmanFord最短最小延时以及分布式蚂蚁探测路由等算法；

路由

f.基于FIFO、WFQ、EDF等多方式调度；

g.提供丢包、错包、错误、误接、路由失败等概率统计、以及业务、节点状态相关性及聚合方差、R/S等多方式自相似性测定

测量陆俊秀博士、马正新副教授等6、考虑实际网络协议的仿真实验研究：考虑实际网络协议的仿真实验研究（续）：

针对单节点展开了一些研究，根据不同业务特征下不同整形、接入、调度等方法下业务和网络状态特性的变化，统计分析了均值、方差、自相关函数、归一化自相关系数、高阶矩、自相似（聚合方差、R/S方法、周期图方法）等特性。例如，针对整形的初步研究表明，重负荷下的业务整形可以在一定程度上降低业务流的自相似性，但对延时等节点状态参数的相似性改变不大。一种通过统计和控制节点状态选择路由的方法，专利已公开。

基于路径延时概率分布的路由方法，专利已公开。基于延时概率分布函数的网络状态更新方法，专利已公开。

Overlaynetworking:applicationsandresearchchallenges,通迅学报,

2004,Vol.25,No.12,pp.46–52.考虑实际网络协议的仿真实验研究（续）：

7、大规模骨干网络的安全态势评估：

借助有效的异常事件分析技术，挖掘广为分布的骨干网流量数据，实现一个大规模网络全局综合安全分析系统：从一个大规模骨干网上分布式获取流量数据，以供数据挖掘算法在线使用遍布全网的原始流量信息利用挖掘海量原始流量数据的分析算法，有效地检测发现多种大规模异常行为利用统一的异常特征表达形式与综合分析，可准确地推断出所发现的异常行为属于何种异常事件类型，并对大规模骨干网络的安全态势做出评估在大规模骨干网络的多个主要节点上同时进行在线分析和显示，以便在互联网分布式管理模式下，为全网范围内的协同应急处理提供及时的安全态势信息袁坚副教授7、大规模骨干网络的安全态势评估：借助有负载与时空关联的关系：

（a）网络负载低：关联性弱

（b）网络负载高：关联性强

8、网络时空流量关联起伏及异常行为——负载影响。袁坚副教授负载与时空关联的关系：

（a）网络负载低：关联性弱

（b）

时间尺度2秒，随时间变化的曲线：

（a）时空相关模式

（b）最大本征值l1

（c）信息熵

网络时空流量关联起伏及异常行为——时间尺度影响。时间尺度2秒，随时间变化的曲线：

（a）时空相

Time-dependentcollectivebehaviorinacomputernetworkmodel,

PhysicaA:StatisticalMechanicsanditsApplications,368(1),pp.294-304,August2006.

SimulatingtheTime-ScaleDynamicsofNetworkTrafficUsingHomogeneousModeling,

JournalofResearchoftheNationalInstituteofStandardsandTechnology,111(3),pp.227-242,

May-June2006.

MonitoringtheMacroscopicEffectofDDoSFloodingAttacks,

IEEETransactionsonSecureandDependableComputing,Vol2/4,pp324-335,2005.

D2EEC:ADistributedDegree-BasedEnergyEfficientClusteringAlgorithmforWirelessSensorNetworks,

The2ndIEEE/ASMEInternationalConferenceonMechatronicandEmbeddedSystemsandApplications2006.因特网蠕虫病毒的早期预警方法，专利申请号：2004100090894，2005年2月。

Time-dependentcollectivebeh

9、分布式Overlay网络与物理网络的映射关系。

Newidea：提出虚拟网络行为与物理节点的耦合模型，研究网络应用层行为对互联网整体特性产生的影响，是一种新的研究思路。应用层行为与物理网络耦合作用王磊博士后，李一鹏博士9、分布式Overlay网络与物理网络的映射关系。平均排队长度vs数据包注入速率排队长度在时间上的一致相关特性示意图

虚拟网络行为对互联网整体特性的影响，物理学报，2007王磊博士后，李一鹏博士平均排队长度vs数据包注入速率排队长度在时间上的一致相关特性0.00017m个核心站点m个站点覆盖n个用户核心站点镜像

覆盖>5n个用户分布式存储小站

…终端终端分布式存储小站

…外交互信道对流管道卫星信道播存结构网络示意Internet核心网Internet外围网Transit-Stub模型Barabási-Albert模型(BA模型)用户兴趣谱N1N2N3用户接入网N4CNNIC数据逻辑连接异质混合网络模型的层次结构示意

仿真参数：N1=N2=5000,N3=2500,N4=2000

10、BS网络结构建模分析：陆俊秀博士等0.00017m个核心站点m个站点覆盖n个用户核心站点镜像Core=10%Core=20%Core=30%Core=40%Core=50%Core=60%播存前后网络流量分布对比Edgeweightdistributionwhentopx%nodesaretobeselectedforbroadcasting.Core=10%Core=20%Core=30%网络平均流量

vs.播存网站数量瓶颈骨干流量vs.播存网站数量网络平均负载

vs.播存网站数量瓶颈节点负载

vs.播存网站数量结论：减少了重载链路和重载节点的数量。网络平均流量vs.播存网站数量瓶颈骨干流量vs.播存Transit域网络规模与带宽成本Stub域网络规模与带宽成本总网络规模与带宽成本NewQoSMetricsandApplicationLayerProxyforGPRS/UMTSInternetAccess,

InProceedingsofIEEQoS双结构互联网定量分析，2005，

第二届全国复杂动态网络学术论坛Transit域网络规模与带宽成本Stub域网络规模与带宽成近期工作近期工作TUnet测量示意图多类网络业务流量占比1、应用层网络行为统计测量王磊博士后、李一鹏博士基于包层次的小子集观测，2006，

第三届全国复杂动态网络学术论坛TUnet测量示意图多类网络业务流量占比1、应用层网络行为统按接入数量排序后的边缘网节点

数量vs.对应上行流数量P2P上行行为分布

HTTP下行行为分布

P2P下行行为分布

研究成果发表于COMPLEX’2009。按接入数量排序后的边缘网节点

数量vs.对应上行流数量P2、网络相变的非线性成因研究与跨层协同策略1）在路由器非线性的作用下，网络中节点数据包的排队长度、数据包的生存时间及节点数据包丢包率，都存在相变特性。2）与宿节点随机选取的规则网络相比，实际超文本链接网络中访问行为的大规模群聚特性，使网络相变点发生明显左移，网络性能相对恶化。3）采用分布式代理对策，增加资源代理节点后，空间分布较为集中的数据包被分散，减少了缓冲区溢出和丢包率，缩短了数据包路由路径的长度，减少了数据包在网络中的驻留时间，达到改善网络性能的目标。解释网络相变非线性成因的二维耦合模型王磊博士后、李一鹏博士2、网络相变的非线性成因研究与跨层协同策略1）在路由器非线性跨层协同对策流程二维耦合映射研究成果发表于COMPLEX’2009。跨层协同对策流程二维耦合映射研究成果发表于COMPLEX’数据包平均排队长度，相变位置改善数据包平均生存时间，相变位置改善平均吞吐量，

相变位置改善研究成果发表于《清华学报》2009

数据包平均排队长度，相变位置改善数据包平均生存时间，相变位置3、对等网络流量局部化策略（TLS）

Newidea：提出了一种基于DHT关键值空间重组的对等网络流量局部化协议方法（TLS,trafficlocalizingstrategy）。首先提出依据逻辑界标构建关键值子空间的方法，子空间维护的节点集增加局部物理位置特征，以协调覆盖网络与物理网络的节点发现与路由选择。相对于传统关键值空间，子空间具有更高的系统优先级，使得路由局部优先，从而实现流量本地化。在CAN模型中的应用结果表明，TLS可有效缓解骨干网带宽负荷，同时对平均路由跳数与延时也有相对改善。InternetGlobalDHTDHTSubset1DHTSubset2王磊博士后、宋士吉教授3、对等网络流量局部化策略（TLS）NewLogicalLandmarkBased

CellularAutomationModelImprovedNodeIDandKeyIDBodyTrafficLocalizingStrategyImplementationCAN空间中的局部路由LogicalLandmarkBased

CellulBackboneLinkTrafficAverageQueryHopsPerformanceEvaluation研究成果发表于CSIE2009BackboneLinkTrafficAverageQ4、基于CA的WSN整体行为研究探讨了网络拓扑的连通性和覆盖性与内在组织机理之间的关系。研究发现节点采用不同的状态更新规则时，系统整体拓扑特性呈现复杂的时空演化现象。发现了三类典型系统行为，概括为振荡、衰减、稳定模式。CA模型研究成果发表于《物理学报》2008,57(11)张文铸博士4、基于CA的WSN整体行为研究探讨了网络拓扑的连通5、非对称广域覆盖的信息共享网络结构研究提出一种非对称的广域覆盖共享信息网络结构，研究了新结构下Internet主流信息共享的主动服务模式；并讨论了资源解析、重组等关键技术。在Tunet中的实验结果表明，新结构具有高覆盖能力、检索便捷等特点，同时网络延时等指标得到明显改善。

信息共享网络新结构示意图研究成果发表于《电子与信息学报》2009

系统发布示意图许晨敏硕士、徐蕾博士、叶王毅硕士等5、非对称广域覆盖的信息共享网络结构研究提出一种非对6、流量控制协议模型构建基本通信链路模型

n=20

相图

n=200

相图

n=90

相图

[1]互联网流量控制的朗之万模型及相变分析，物理学报，2009，58（11）[2]UsingSDEtoAchievetheStableandStatisticalAnalysesforTCP/REDFlows,WCICA2010[3]EstimationofthevariancesofTCP/REDusingstochasticdifferentialequations,AsianJournalofControl[4]Covariancesoflinearstochasticdifferentialequationsandtheirapplicationinanalysisofcomputernetwork,TsinghuaScienceandTechnology

Newidea：建立了TCP流量的朗之万方程，阐明了流量特征与各参数间的定量关系。描述了RED算法的控制机理，首次建立了基于解析的流量控制系统方程。基于对流量控制的平衡点分析，得出RED算法适用范围的理论依据，并给出了系统状态相变的全程描述。樊华博士6、流量控制协议模型构建基本通信链路模型n=20相图根据ABCD坐标计算距离，结果是ABC成簇，D较远。依此构建Overlay网络。添加代理节点P，使其在拓扑空间和兴趣空间里与ABC成簇，配置相应资源，从而提高信息共享效率。7、用户相似度空间研究方法举例李一鹏博士、王磊博士后根据ABCD坐标计算距离，结果是ABC成簇，D较远。依此构建PeerNetworkTorrentNetwork8、Peer网络与Torrent网络的关联性分析

二值网络加权网络PeerNetwork

反应不同用户之间兴趣的相似性TorrentNetwork

毫无联系的资源因用户而产生关联性李一鹏博士、王磊博士后PeerNetworkTorrentNetwork8、P在线时间长/较活跃在线时间短/freeridingPower-lawlikeDistribution该时间段内存在度值较高节点较为流行北邮人BT数据分析：研究成果已投《物理学报》

在线时间长/较活跃在线时间短/freeridingPowePeerNetwork：节点分簇结构清晰，随度值增大抖动明显TorrentNetwork：度值大的节点较少，其叶子节点之间连接稀疏出现原因：流行文件被下载的次数较多，用户下载兴趣广泛使之建立连接9、聚类指数与节点度值的关系李一鹏博士、叶王毅硕士研究成果已投PREPeerNetwork：节点分簇结构清晰，随度值增大抖动明NewmanJ[04’,05’PRL]刻画了一般网络偏离随机网络和全连接网络的程度Q:0.3–0.5之间，网络呈现明显分簇特性Q:0.6以上，网络分簇效果较好10、簇结构分析李一鹏博士、叶王毅硕士NewmanJ[04’,05’PRL]刻画了一般网络偏离分簇结果第5簇有320个文件最大簇有3000个用户！第五簇有180个用户！第1簇有1400个文件PeerNetwork（用户网络）TorrentNetwork（资源网络）分簇结果第5簇有最大簇有3000个用户！第五簇有180个信息共享网络的复杂性研究

——理论与关键技术报告人：任勇清华大学电子工程系2010.07.26引子2010第六届全国网络科学论坛大会报告信息共享网络的复杂性研究

——理论与关键技术报告人：任勇引Contents91网络信息共享的背景网络信息共享难题目前研究工作241几个课题5互联网的复杂性3Contents2网络信息共享的背景网络信息共享难题目前研究网络信息获取的主要方式：搜索获取→网站→网络信息分类：

−个性化信息：专业性强，面向少数人

−共享信息：大量网络用户需要的内容网络业务分类：

−个性化信息业务

−共享信息业务网络信息获取的主要方式：搜索获取→网站→网络信息分类：

我国网民规模、普及率

网民网站网页2009-063.38亿306万166亿2009-123.84亿323万366亿2010-064.20亿279万X?（摘自CNNIC报告，以下同）我国网民规模、普及率

网民网站网页2009-063全球互联网普及率（2009-12）

09年12月，28.9%，超过全球25.6%09年06月，25.5%，超过全球23.8%10年06月，31.8%，超过全球平均水平超级大国全球互联网普及率（2009-12）09年12月，28.9城乡差异（2010-06）农村网民：27.4%（11508万人）搜索：76.3

%

（8780

万人）

农村网民搜索用户2009-069565万/30%6700万/70%2009-1210681万