智慧協同標識網絡

張宏科++陳哲

摘要：創造性地提出了以“三層”、“兩域”為典型特征的智慧協同標識網絡結構模型?！叭龑印奔粗腔鄯諏?、資源適配層和網絡組件層；“兩域”即實體域和行為域。在此基礎上，分別建立了智慧服務層、資源適配層和網絡組件層的基本理論，以在有效解決網絡可擴展性、移動性、安全性等問題的基礎上，大幅度提高網絡資源利用率，降低網絡能耗，顯著提升用戶體驗。

關鍵詞：未來互聯網體系；智慧協同；資源適配；博弈決策

Abstract： In this paper， we propose a smart， cooperative network architecture that has three layers： smart service， resource adaption， and network component. The architecture also has two realms： entity and behavior. We outlined the basic theories of the three layers in order to address network scalability， mobility， security， and other issues and improve network resource utilization， reduce energy consumption， and improve user experience.

Key words： future Internet architecture； smart and cooperation； adaptive resource allocation； gaming decision

隨著科技的發展，信息網絡已成為推動社會進步的巨大動力。經濟與社會發展迫切需要信息網絡能滿足高速、高效、海量、泛在等通信需求，但現有信息網絡原始設計的嚴重弊端，使其距此目標甚遠，無法從本質上滿足當前乃至未來經濟與社會發展的重大迫切需求。比如在資源利用率方面，美國普林斯頓大學研究人員在2010年ACM SIGCOMM國際會議上指出，現有網絡的骨干網鏈路利用率僅在30%～40%[1]；西班牙電信的研究人員在2011年ACM SIGCOMM國際會議上指出，現有網絡的接入網鏈路利用率不到10%[2]，網絡資源利用率很低。又如在網絡安全性方面，互聯網當初是面向數據業務傳輸設計的，是具有冪律結構的無標度網絡，這種設計導致互聯網在惡意攻擊面前十分脆弱。

導致這些弊端的根源在于現有互聯網的原始設計思想存在不足。具體來說，現有互聯網具有“三重綁定”的特征，即：服務的“資源和位置綁定”、網絡的“控制和數據綁定”及“身份與位置綁定”。這種網絡體系和機制是相對“靜態”和“僵化”的，在此基礎上的演進與發展難以突破原始設計思想的局限，無法從根本上滿足信息網絡高速、高效、海量、泛在等通信需求，難以解決網絡可擴展性、移動性、安全性等問題，更難以實現網絡資源的高效利用、節能等。

因此，近年來全球范圍內都積極開展了未來互聯網體系的研究工作。例如美國自然科學基金委的GENI[3]、FIND[4]計劃，歐盟的FIRE[5]計劃等。此外，美國自然科學基金委于2010年發布了FIA計劃，并且資助了NDN[6]、MobilityFirst[7]、NEBULA[8]、XIA[9]等重大項目，分別從不同側面研究未來互聯網的體系架構。中國也非常重視對未來信息網絡體系結構和關鍵理論及技術的研究。國家“973”計劃[10]先后啟動了“一體化可信網絡與普適服務體系基礎研究”[11]、“可測可控可管的IP 網的基礎研究”項目、“新一代互聯網體系結構和協議基礎研究”、“面向服務的未來互聯網體系結構與機制研究”和“可重構信息通信基礎網絡體系研究”等項目。

然而，當前關于未來信息網絡體系的研究仍處于起步階段，尚未見一個體系架構能夠滿足未來網絡高速、高效、海量、泛在等重大通信需求。因此，智慧協同標識網絡[12]創造性地提出了資源動態適配的“三層”、“兩域”體系結構模型，以在有效解決網絡可擴展性、移動性、安全性等問題的基礎上，大幅度提高網絡資源利用率，降低網絡能耗，同時顯著提升用戶體驗。

1 智慧協同標識網絡體系

結構模型

智慧協同標識網絡原創性地提出了一個資源動態適配的三層、兩域體系結構模型（如圖1所示）。三層即“智慧服務層”、“資源適配層”和“網絡組件層”；兩域即“實體域”和“行為域”。三層體系模型實現智慧服務層到資源適配層的動態適配映射，資源適配層對智慧服務需求和網絡組件行為進行博弈決策，進而映射到網絡組件層以選定相應的網絡組件；“兩域”將網絡實體域遇到的問題轉化到行為域中解決，再將解決方案返回到實體域中執行，最終構成資源動態適配的智慧協同標識網絡體系的基礎理論框架。

在三層、兩域新體系結構模型中，智慧服務層主要負責服務的標識和描述，以及服務的智慧查找與動態匹配等；資源適配層通過感知服務需求與網絡狀態，動態地適配網絡資源并構建網絡族群，以充分滿足服務需求進而提升用戶體驗，并提高網絡資源利用率；網絡組件層主要負責數據的存儲與傳輸，以及網絡組件的行為感知與聚類等。

該體系三層結構之間的智慧映射函數分別為F1、F2和F3（如圖2所示），分別完成服務需求到族群的選擇、族群內網絡組件與服務需求的匹配以及網絡組件的行為聚類功能。實體域使用服務標識（SID）來標記一次智慧服務，實現服務的“資源和位置分離”；使用族群標識（FID）來標記一個族群功能模塊，使用組件標識（NID）來標記一個網絡組件設備，實現網絡的“控制和數據分離”及“身份與位置分離”；“行為域”使用服務行為描述（SBD）、族群行為描述（FBD）和組件行為描述（NBD）來分別描述實體域中服務標識、族群標識以及組件標識的行為特征。

資源動態適配的智慧協同標識網絡基本工作原理如圖3所示。使用行為匹配機制完成智慧服務層和資源適配層之間的映射：在行為域中根據服務需求行為描述和族群功能行為描述形成一次映射，為智慧服務尋求最佳的族群功能模塊搭配組合，然后根據實體域的族群間協作機制，控制指定的族群功能模塊進行協同工作，從而實現服務標識到族群標識的映射過程；使用行為聚類機制完成資源適配層和網絡組件層之間的映射，即在行為域中根據族群行為描述和組件行為描述形成另一次映射，為族群功能模塊判定最合理的網絡組件構成，然后根據實體域的族群內聯動機制，在族群功能模塊內的網絡組件之間建立相互聯動關系，以完成族群功能模塊的整體功能，實現由族群標識到組件標識的映射過程。通過這兩次映射，網絡資源可以依據服務需求動態地進行適配，從而實現智慧服務。

總之，智慧協同標識網絡的三層、兩域體系通過動態感知網絡狀態并智能匹配服務需求，進而選擇合理的網絡族群及其內部組件來提供智慧化的服務，并通過引入行為匹配、行為聚類、網絡復雜行為博弈決策等機制來實現資源的動態適配和協同調度，大幅度提高網絡資源利用率，降低網絡能耗，并且顯著提升了用戶體驗。

2 新網絡體系智慧服務層

工作機理

在圖1所示的智慧服務層總體模型的基礎上，本節將分析和闡述智慧服務層的工作機理，主要包括以下兩部分：服務標識的命名與服務行為表征、服務資源的智慧存儲。

2.1 服務標識的命名與服務行為表征

為了實現服務的普適化與智慧化，智慧協同標識網絡采用SID對服務進行統一命名和描述。至于服務標識的具體生成函數可以根據實際網絡環境和需要來確定。此外，某些網絡服務的屬性具有主觀性，如服務可信度等，這些屬性的抽象需要考慮具體的應用環境和需求，如某些場景下對服務可信度要求較高，這時抽象的粒度就要細一些。

此外，在智慧服務層中，為了對服務行為進行表征，引入了SBD的概念。SBD是在服務命名基礎上對服務的進一步描述，分為拓撲描述、性能描述和功能描述等。網絡實體服務的SBD可以定義成如下形式：

[SBD?bLST，bCST，…TbQSP，bBSP，bDSP，bLSP，bMSP，…PbTSF，bNSF，bSSF，bPSF，…F] （1）

式（1）中，T、P、F分別對應著拓撲行為、性能行為和功能行為。對于SBD，拓撲信息包括服務位置bLST和服務緩存位置bCST等；性能信息包括質量要求bQSP、帶寬要求bBSP、延時要求bDSP、丟包要求bLSP和最佳通信方式bMSP等；功能信息包括服務類型bTSF、版本號bNSF、信譽屬性bSSF和提供者簽名bPSF等。

其中，服務位置和服務緩存位置代表服務所在網絡的節點設備描述，用于標記可獲取服務的網絡位置信息；服務類型是指服務的業務類型，如語音、視頻、圖片、文件等；服務的信譽屬性包括用戶對這個服務的感知評估和其他服務的反饋信息；版本信息用于在服務提供商發布新版本時，維持其服務標識不變的情況下更新其版本號；提供者簽名則是出于安全性的考慮，用于保證信息的真實性和可靠性。

2.2 服務資源的智慧存儲

在傳統網絡中，服務資源基本上都是采用服務器集中存儲的模式。隨著三網融合等業務的發展，這種服務資源存儲模式暴露出越來越嚴重的缺陷：當大量的用戶訪問視頻業務資源時，會消耗海量的網絡帶寬及交換路由設備的資源，不僅嚴重影響網絡的正常運轉，而且也大大降低了用戶體驗。

智慧協同標識網絡引入服務標識來表征網絡服務資源，服務標識并不隨著服務資源的位置發生變化，實現了資源與位置的分離。因此，可以根據服務資源的屬性和用戶的偏好采用合理的服務資源存儲方法：集中式存儲或分布式存儲。例如，數據量相對較小的服務可以仍舊采用服務器集中存儲的模式；數據量較大但用戶訪問頻率較低的業務也可以采用服務器集中存儲的模式；數據量較大且用戶訪問頻率很高的業務可以采用分布式存儲的模式。

圖4給出了一種視頻業務資源的存儲方法。其中，NSC表示網絡交換組件，SSC表示服務存儲組件。距離客戶端最近的本地SSC上，存儲用戶訪問量最高的熱點視頻業務；如果用戶訪問的服務屬于次熱點視頻業務，在本地SSC上沒有，那么它可以訪問上一級SSC；如果上一級SSC也沒有，可以繼續向上訪問，直到最終的視頻服務器。將服務標識所代表的服務或數據在網絡中進行緩存的策略，使得用戶能夠就近獲取服務，而無須訪問遠端服務器。這種服務資源存儲機制能夠大大減少網絡的服務時延和流量，從而有效地提高網絡資源利用率。實際網絡環境中，針對網絡資源的有限性和服務資源的隨機性，需要在具體的服務資源存儲機制中進一步采取優化措施，如服務資源的分片存儲等。

3 智慧網絡組件模型與

節能機理

未來互聯網智慧網絡組件主要包括：網絡交換路由組件（NSR）、網絡交換組件（NSC）、智慧服務解析服務器（ISRS）、資源適配解析服務器（RARS）、智慧中心控制組件（ICCC）、內容提供服務器（CPS）、固定終端組件（STC）、移動終端組件（MTC）等。其中資源適配解析服務器主要負責服務和網絡資源的動態適配，智慧中心控制組件主要負責服務族群的內部管理，網絡交換路由組件主要負責數據的傳輸與存儲。

典型網絡組件模型具有下3個主要特征：（1）在組件數據層面引入記憶模塊，根據服務流行度對網絡數據進行動態存儲，以實現資源動態適配、就近獲取的目標，真正支持云計算與云服務；（2）通過引入模塊化虛擬技術和控制層面與數據層面分離的機制，網絡組件可動態感知和認知自身的狀態，靈活地進行功能模塊的重組，以實現網絡性能的最優化和節能減排的目的；（3）組件標識只承載組件本身的身份信息，而不承載組件的位置信息，從而有效解決傳統網絡移動性支持差的問題。

典型網絡組件模型包括組件控制層面和組件數據層面。控制層面包括記憶子模塊和控制子模塊，其中記憶子模塊用來對網絡組件的狀態信息進行認知，存儲網絡的可達性信息、路徑狀態信息、路徑可靠性信息、組件自身性能信息等，并從數據層面提取服務標識和服務行為描述信息，進行存儲；而控制子模塊則根據記憶子模塊的信息，對數據層面的轉發行為進行控制。組件數據層面包括數據層記憶模塊和轉發模塊。數據層記憶模塊用來對服務的內容進行存儲，而轉發模塊用于轉發數據。當數據流經轉發模塊時，數據層記憶模塊可以根據組件控制層面的要求，存儲相應的服務內容，并進一步將該服務的服務標識和服務行為描述信息通告給組件控制層面。當相同的服務再次被請求時，網絡組件可以根據組件控制層面的信息，從組件數據層記憶模塊提取數據，就近為用戶提供所需服務，從而避免從遠端獲取服務而導致的能耗高、延時大等問題，進而在有效提升用戶體驗的同時，提高網絡資源的利用率。

在智慧協同標識網絡中，智慧網絡組件可在鏈路利用率較低時，重構網絡組件內部結構，根據轉發業務量的不同需求，將業務智能地轉移到一個或少數幾個線卡上進行處理，使得網絡組件中其他閑置的線卡進入休眠狀態。網絡組件感知鏈路上的數據流量，根據流量自適應配置自身工作狀態，減少網絡組件能耗，從而從整體上實現網絡的綠色節能。網絡組件在休眠狀態（不轉發數據）時，其配置數據保存在控制層面模塊中，從而保證休眠時該網絡組件在網絡中的存在性。

需要說明的是，網絡組件的休眠狀態不同于關閉狀態。休眠組件定時向智慧中心控制組件發送休眠數據包，智慧中心控制組件收集和處理各組件感知到的狀態信息，計算出相應的休眠策略。當網絡流量增加時，智慧中心控制組件根據新的狀態信息重新確定新的休眠策略，喚醒相應的網絡組件。

4 結束語

智慧協同標識網絡采用三層、兩域總體系理論與框架，創建了智慧服務層的基本理論模型，提出服務標識、服務行為描述和服務標識與族群標識的智慧映射機理；建立了資源適配層基本理論模型，提出族群標識、族群行為描述和網絡資源與服務需求的博弈決策模型；創建了網絡組件層基本理論模型，提出組件標識、組件行為描述和組件標識到族群標識的智慧聚類機制。這種全新的網絡體系與機制的設計，能夠在有效解決網絡可擴展性、移動性、安全性等問題的基礎上，大幅度提高網絡資源利用率，降低網絡能耗，顯著提升用戶體驗。需要指出的是，雖然文章中所提到的工作已取得了一些可喜的成果，但是對新網絡體系理論與關鍵技術的深入細致研究、完善及推廣應用還有待于進一步的研究。

資源動態適配的智慧協同標識網絡基本工作原理如圖3所示。使用行為匹配機制完成智慧服務層和資源適配層之間的映射：在行為域中根據服務需求行為描述和族群功能行為描述形成一次映射，為智慧服務尋求最佳的族群功能模塊搭配組合，然后根據實體域的族群間協作機制，控制指定的族群功能模塊進行協同工作，從而實現服務標識到族群標識的映射過程；使用行為聚類機制完成資源適配層和網絡組件層之間的映射，即在行為域中根據族群行為描述和組件行為描述形成另一次映射，為族群功能模塊判定最合理的網絡組件構成，然后根據實體域的族群內聯動機制，在族群功能模塊內的網絡組件之間建立相互聯動關系，以完成族群功能模塊的整體功能，實現由族群標識到組件標識的映射過程。通過這兩次映射，網絡資源可以依據服務需求動態地進行適配，從而實現智慧服務。

總之，智慧協同標識網絡的三層、兩域體系通過動態感知網絡狀態并智能匹配服務需求，進而選擇合理的網絡族群及其內部組件來提供智慧化的服務，并通過引入行為匹配、行為聚類、網絡復雜行為博弈決策等機制來實現資源的動態適配和協同調度，大幅度提高網絡資源利用率，降低網絡能耗，并且顯著提升了用戶體驗。

2 新網絡體系智慧服務層

工作機理

在圖1所示的智慧服務層總體模型的基礎上，本節將分析和闡述智慧服務層的工作機理，主要包括以下兩部分：服務標識的命名與服務行為表征、服務資源的智慧存儲。

2.1 服務標識的命名與服務行為表征

為了實現服務的普適化與智慧化，智慧協同標識網絡采用SID對服務進行統一命名和描述。至于服務標識的具體生成函數可以根據實際網絡環境和需要來確定。此外，某些網絡服務的屬性具有主觀性，如服務可信度等，這些屬性的抽象需要考慮具體的應用環境和需求，如某些場景下對服務可信度要求較高，這時抽象的粒度就要細一些。

此外，在智慧服務層中，為了對服務行為進行表征，引入了SBD的概念。SBD是在服務命名基礎上對服務的進一步描述，分為拓撲描述、性能描述和功能描述等。網絡實體服務的SBD可以定義成如下形式：

[SBD?bLST，bCST，…TbQSP，bBSP，bDSP，bLSP，bMSP，…PbTSF，bNSF，bSSF，bPSF，…F] （1）

式（1）中，T、P、F分別對應著拓撲行為、性能行為和功能行為。對于SBD，拓撲信息包括服務位置bLST和服務緩存位置bCST等；性能信息包括質量要求bQSP、帶寬要求bBSP、延時要求bDSP、丟包要求bLSP和最佳通信方式bMSP等；功能信息包括服務類型bTSF、版本號bNSF、信譽屬性bSSF和提供者簽名bPSF等。

其中，服務位置和服務緩存位置代表服務所在網絡的節點設備描述，用于標記可獲取服務的網絡位置信息；服務類型是指服務的業務類型，如語音、視頻、圖片、文件等；服務的信譽屬性包括用戶對這個服務的感知評估和其他服務的反饋信息；版本信息用于在服務提供商發布新版本時，維持其服務標識不變的情況下更新其版本號；提供者簽名則是出于安全性的考慮，用于保證信息的真實性和可靠性。

2.2 服務資源的智慧存儲

在傳統網絡中，服務資源基本上都是采用服務器集中存儲的模式。隨著三網融合等業務的發展，這種服務資源存儲模式暴露出越來越嚴重的缺陷：當大量的用戶訪問視頻業務資源時，會消耗海量的網絡帶寬及交換路由設備的資源，不僅嚴重影響網絡的正常運轉，而且也大大降低了用戶體驗。

智慧協同標識網絡引入服務標識來表征網絡服務資源，服務標識并不隨著服務資源的位置發生變化，實現了資源與位置的分離。因此，可以根據服務資源的屬性和用戶的偏好采用合理的服務資源存儲方法：集中式存儲或分布式存儲。例如，數據量相對較小的服務可以仍舊采用服務器集中存儲的模式；數據量較大但用戶訪問頻率較低的業務也可以采用服務器集中存儲的模式；數據量較大且用戶訪問頻率很高的業務可以采用分布式存儲的模式。

圖4給出了一種視頻業務資源的存儲方法。其中，NSC表示網絡交換組件，SSC表示服務存儲組件。距離客戶端最近的本地SSC上，存儲用戶訪問量最高的熱點視頻業務；如果用戶訪問的服務屬于次熱點視頻業務，在本地SSC上沒有，那么它可以訪問上一級SSC；如果上一級SSC也沒有，可以繼續向上訪問，直到最終的視頻服務器。將服務標識所代表的服務或數據在網絡中進行緩存的策略，使得用戶能夠就近獲取服務，而無須訪問遠端服務器。這種服務資源存儲機制能夠大大減少網絡的服務時延和流量，從而有效地提高網絡資源利用率。實際網絡環境中，針對網絡資源的有限性和服務資源的隨機性，需要在具體的服務資源存儲機制中進一步采取優化措施，如服務資源的分片存儲等。

3 智慧網絡組件模型與

節能機理

未來互聯網智慧網絡組件主要包括：網絡交換路由組件（NSR）、網絡交換組件（NSC）、智慧服務解析服務器（ISRS）、資源適配解析服務器（RARS）、智慧中心控制組件（ICCC）、內容提供服務器（CPS）、固定終端組件（STC）、移動終端組件（MTC）等。其中資源適配解析服務器主要負責服務和網絡資源的動態適配，智慧中心控制組件主要負責服務族群的內部管理，網絡交換路由組件主要負責數據的傳輸與存儲。

典型網絡組件模型具有下3個主要特征：（1）在組件數據層面引入記憶模塊，根據服務流行度對網絡數據進行動態存儲，以實現資源動態適配、就近獲取的目標，真正支持云計算與云服務；（2）通過引入模塊化虛擬技術和控制層面與數據層面分離的機制，網絡組件可動態感知和認知自身的狀態，靈活地進行功能模塊的重組，以實現網絡性能的最優化和節能減排的目的；（3）組件標識只承載組件本身的身份信息，而不承載組件的位置信息，從而有效解決傳統網絡移動性支持差的問題。

典型網絡組件模型包括組件控制層面和組件數據層面?？刂茖用姘ㄓ洃涀幽K和控制子模塊，其中記憶子模塊用來對網絡組件的狀態信息進行認知，存儲網絡的可達性信息、路徑狀態信息、路徑可靠性信息、組件自身性能信息等，并從數據層面提取服務標識和服務行為描述信息，進行存儲；而控制子模塊則根據記憶子模塊的信息，對數據層面的轉發行為進行控制。組件數據層面包括數據層記憶模塊和轉發模塊。數據層記憶模塊用來對服務的內容進行存儲，而轉發模塊用于轉發數據。當數據流經轉發模塊時，數據層記憶模塊可以根據組件控制層面的要求，存儲相應的服務內容，并進一步將該服務的服務標識和服務行為描述信息通告給組件控制層面。當相同的服務再次被請求時，網絡組件可以根據組件控制層面的信息，從組件數據層記憶模塊提取數據，就近為用戶提供所需服務，從而避免從遠端獲取服務而導致的能耗高、延時大等問題，進而在有效提升用戶體驗的同時，提高網絡資源的利用率。

在智慧協同標識網絡中，智慧網絡組件可在鏈路利用率較低時，重構網絡組件內部結構，根據轉發業務量的不同需求，將業務智能地轉移到一個或少數幾個線卡上進行處理，使得網絡組件中其他閑置的線卡進入休眠狀態。網絡組件感知鏈路上的數據流量，根據流量自適應配置自身工作狀態，減少網絡組件能耗，從而從整體上實現網絡的綠色節能。網絡組件在休眠狀態（不轉發數據）時，其配置數據保存在控制層面模塊中，從而保證休眠時該網絡組件在網絡中的存在性。

需要說明的是，網絡組件的休眠狀態不同于關閉狀態。休眠組件定時向智慧中心控制組件發送休眠數據包，智慧中心控制組件收集和處理各組件感知到的狀態信息，計算出相應的休眠策略。當網絡流量增加時，智慧中心控制組件根據新的狀態信息重新確定新的休眠策略，喚醒相應的網絡組件。

4 結束語

智慧協同標識網絡采用三層、兩域總體系理論與框架，創建了智慧服務層的基本理論模型，提出服務標識、服務行為描述和服務標識與族群標識的智慧映射機理；建立了資源適配層基本理論模型，提出族群標識、族群行為描述和網絡資源與服務需求的博弈決策模型；創建了網絡組件層基本理論模型，提出組件標識、組件行為描述和組件標識到族群標識的智慧聚類機制。這種全新的網絡體系與機制的設計，能夠在有效解決網絡可擴展性、移動性、安全性等問題的基礎上，大幅度提高網絡資源利用率，降低網絡能耗，顯著提升用戶體驗。需要指出的是，雖然文章中所提到的工作已取得了一些可喜的成果，但是對新網絡體系理論與關鍵技術的深入細致研究、完善及推廣應用還有待于進一步的研究。

資源動態適配的智慧協同標識網絡基本工作原理如圖3所示。使用行為匹配機制完成智慧服務層和資源適配層之間的映射：在行為域中根據服務需求行為描述和族群功能行為描述形成一次映射，為智慧服務尋求最佳的族群功能模塊搭配組合，然后根據實體域的族群間協作機制，控制指定的族群功能模塊進行協同工作，從而實現服務標識到族群標識的映射過程；使用行為聚類機制完成資源適配層和網絡組件層之間的映射，即在行為域中根據族群行為描述和組件行為描述形成另一次映射，為族群功能模塊判定最合理的網絡組件構成，然后根據實體域的族群內聯動機制，在族群功能模塊內的網絡組件之間建立相互聯動關系，以完成族群功能模塊的整體功能，實現由族群標識到組件標識的映射過程。通過這兩次映射，網絡資源可以依據服務需求動態地進行適配，從而實現智慧服務。

總之，智慧協同標識網絡的三層、兩域體系通過動態感知網絡狀態并智能匹配服務需求，進而選擇合理的網絡族群及其內部組件來提供智慧化的服務，并通過引入行為匹配、行為聚類、網絡復雜行為博弈決策等機制來實現資源的動態適配和協同調度，大幅度提高網絡資源利用率，降低網絡能耗，并且顯著提升了用戶體驗。

2 新網絡體系智慧服務層

工作機理

在圖1所示的智慧服務層總體模型的基礎上，本節將分析和闡述智慧服務層的工作機理，主要包括以下兩部分：服務標識的命名與服務行為表征、服務資源的智慧存儲。

2.1 服務標識的命名與服務行為表征

為了實現服務的普適化與智慧化，智慧協同標識網絡采用SID對服務進行統一命名和描述。至于服務標識的具體生成函數可以根據實際網絡環境和需要來確定。此外，某些網絡服務的屬性具有主觀性，如服務可信度等，這些屬性的抽象需要考慮具體的應用環境和需求，如某些場景下對服務可信度要求較高，這時抽象的粒度就要細一些。

此外，在智慧服務層中，為了對服務行為進行表征，引入了SBD的概念。SBD是在服務命名基礎上對服務的進一步描述，分為拓撲描述、性能描述和功能描述等。網絡實體服務的SBD可以定義成如下形式：

[SBD?bLST，bCST，…TbQSP，bBSP，bDSP，bLSP，bMSP，…PbTSF，bNSF，bSSF，bPSF，…F] （1）

式（1）中，T、P、F分別對應著拓撲行為、性能行為和功能行為。對于SBD，拓撲信息包括服務位置bLST和服務緩存位置bCST等；性能信息包括質量要求bQSP、帶寬要求bBSP、延時要求bDSP、丟包要求bLSP和最佳通信方式bMSP等；功能信息包括服務類型bTSF、版本號bNSF、信譽屬性bSSF和提供者簽名bPSF等。

其中，服務位置和服務緩存位置代表服務所在網絡的節點設備描述，用于標記可獲取服務的網絡位置信息；服務類型是指服務的業務類型，如語音、視頻、圖片、文件等；服務的信譽屬性包括用戶對這個服務的感知評估和其他服務的反饋信息；版本信息用于在服務提供商發布新版本時，維持其服務標識不變的情況下更新其版本號；提供者簽名則是出于安全性的考慮，用于保證信息的真實性和可靠性。

2.2 服務資源的智慧存儲

在傳統網絡中，服務資源基本上都是采用服務器集中存儲的模式。隨著三網融合等業務的發展，這種服務資源存儲模式暴露出越來越嚴重的缺陷：當大量的用戶訪問視頻業務資源時，會消耗海量的網絡帶寬及交換路由設備的資源，不僅嚴重影響網絡的正常運轉，而且也大大降低了用戶體驗。

智慧協同標識網絡引入服務標識來表征網絡服務資源，服務標識并不隨著服務資源的位置發生變化，實現了資源與位置的分離。因此，可以根據服務資源的屬性和用戶的偏好采用合理的服務資源存儲方法：集中式存儲或分布式存儲。例如，數據量相對較小的服務可以仍舊采用服務器集中存儲的模式；數據量較大但用戶訪問頻率較低的業務也可以采用服務器集中存儲的模式；數據量較大且用戶訪問頻率很高的業務可以采用分布式存儲的模式。

圖4給出了一種視頻業務資源的存儲方法。其中，NSC表示網絡交換組件，SSC表示服務存儲組件。距離客戶端最近的本地SSC上，存儲用戶訪問量最高的熱點視頻業務；如果用戶訪問的服務屬于次熱點視頻業務，在本地SSC上沒有，那么它可以訪問上一級SSC；如果上一級SSC也沒有，可以繼續向上訪問，直到最終的視頻服務器。將服務標識所代表的服務或數據在網絡中進行緩存的策略，使得用戶能夠就近獲取服務，而無須訪問遠端服務器。這種服務資源存儲機制能夠大大減少網絡的服務時延和流量，從而有效地提高網絡資源利用率。實際網絡環境中，針對網絡資源的有限性和服務資源的隨機性，需要在具體的服務資源存儲機制中進一步采取優化措施，如服務資源的分片存儲等。

3 智慧網絡組件模型與

節能機理

未來互聯網智慧網絡組件主要包括：網絡交換路由組件（NSR）、網絡交換組件（NSC）、智慧服務解析服務器（ISRS）、資源適配解析服務器（RARS）、智慧中心控制組件（ICCC）、內容提供服務器（CPS）、固定終端組件（STC）、移動終端組件（MTC）等。其中資源適配解析服務器主要負責服務和網絡資源的動態適配，智慧中心控制組件主要負責服務族群的內部管理，網絡交換路由組件主要負責數據的傳輸與存儲。

典型網絡組件模型具有下3個主要特征：（1）在組件數據層面引入記憶模塊，根據服務流行度對網絡數據進行動態存儲，以實現資源動態適配、就近獲取的目標，真正支持云計算與云服務；（2）通過引入模塊化虛擬技術和控制層面與數據層面分離的機制，網絡組件可動態感知和認知自身的狀態，靈活地進行功能模塊的重組，以實現網絡性能的最優化和節能減排的目的；（3）組件標識只承載組件本身的身份信息，而不承載組件的位置信息，從而有效解決傳統網絡移動性支持差的問題。

典型網絡組件模型包括組件控制層面和組件數據層面?？刂茖用姘ㄓ洃涀幽K和控制子模塊，其中記憶子模塊用來對網絡組件的狀態信息進行認知，存儲網絡的可達性信息、路徑狀態信息、路徑可靠性信息、組件自身性能信息等，并從數據層面提取服務標識和服務行為描述信息，進行存儲；而控制子模塊則根據記憶子模塊的信息，對數據層面的轉發行為進行控制。組件數據層面包括數據層記憶模塊和轉發模塊。數據層記憶模塊用來對服務的內容進行存儲，而轉發模塊用于轉發數據。當數據流經轉發模塊時，數據層記憶模塊可以根據組件控制層面的要求，存儲相應的服務內容，并進一步將該服務的服務標識和服務行為描述信息通告給組件控制層面。當相同的服務再次被請求時，網絡組件可以根據組件控制層面的信息，從組件數據層記憶模塊提取數據，就近為用戶提供所需服務，從而避免從遠端獲取服務而導致的能耗高、延時大等問題，進而在有效提升用戶體驗的同時，提高網絡資源的利用率。

在智慧協同標識網絡中，智慧網絡組件可在鏈路利用率較低時，重構網絡組件內部結構，根據轉發業務量的不同需求，將業務智能地轉移到一個或少數幾個線卡上進行處理，使得網絡組件中其他閑置的線卡進入休眠狀態。網絡組件感知鏈路上的數據流量，根據流量自適應配置自身工作狀態，減少網絡組件能耗，從而從整體上實現網絡的綠色節能。網絡組件在休眠狀態（不轉發數據）時，其配置數據保存在控制層面模塊中，從而保證休眠時該網絡組件在網絡中的存在性。

需要說明的是，網絡組件的休眠狀態不同于關閉狀態。休眠組件定時向智慧中心控制組件發送休眠數據包，智慧中心控制組件收集和處理各組件感知到的狀態信息，計算出相應的休眠策略。當網絡流量增加時，智慧中心控制組件根據新的狀態信息重新確定新的休眠策略，喚醒相應的網絡組件。

4 結束語

智慧協同標識網絡采用三層、兩域總體系理論與框架，創建了智慧服務層的基本理論模型，提出服務標識、服務行為描述和服務標識與族群標識的智慧映射機理；建立了資源適配層基本理論模型，提出族群標識、族群行為描述和網絡資源與服務需求的博弈決策模型；創建了網絡組件層基本理論模型，提出組件標識、組件行為描述和組件標識到族群標識的智慧聚類機制。這種全新的網絡體系與機制的設計，能夠在有效解決網絡可擴展性、移動性、安全性等問題的基礎上，大幅度提高網絡資源利用率，降低網絡能耗，顯著提升用戶體驗。需要指出的是，雖然文章中所提到的工作已取得了一些可喜的成果，但是對新網絡體系理論與關鍵技術的深入細致研究、完善及推廣應用還有待于進一步的研究。