專題導(dǎo)讀

互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用模式正在進(jìn)行從以連接主機(jī)為主到以內(nèi)容資源訪問(wèn)為主的轉(zhuǎn)變，因此以命名資源訪問(wèn)為核心的應(yīng)用正深刻地影響著互聯(lián)網(wǎng)的使用和演變。近年來(lái)網(wǎng)絡(luò)界的研究者在未來(lái)互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)研究中提出了一系列針對(duì)命名資源的高效訪問(wèn)的新網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，包括：DONA、CCN/NDN、PURSUIT、NetInf、COMET、CONVERGENCE和Connect等，其中大多數(shù)是美國(guó)和歐盟資助的未來(lái)網(wǎng)絡(luò)研究項(xiàng)目。我國(guó)在“973”計(jì)劃和“863”計(jì)劃等項(xiàng)目中對(duì)ICN （information-centric networking，信息中心網(wǎng)絡(luò)）開(kāi)展了研究。這些新的體系結(jié)構(gòu)由于其面向內(nèi)容資源（或稱為面向數(shù)據(jù)、面向信息等）被國(guó)際學(xué)術(shù)界統(tǒng)稱為“信息中心網(wǎng)絡(luò)”。與當(dāng)今IP網(wǎng)絡(luò)對(duì)內(nèi)容資源所在的主機(jī)尋址不同，ICN體系結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是直接對(duì)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容資源進(jìn)行命名。這些體系結(jié)構(gòu)的最主要目標(biāo)是支持高效、可擴(kuò)展的內(nèi)容資源訪問(wèn)。

由于設(shè)計(jì)側(cè)重點(diǎn)和采用的具體技術(shù)的差異，ICN的眾多體系結(jié)構(gòu)方案在網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)上不盡相同，其中有代表性的是命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)（named data networking，NDN）。 2010 年，美國(guó)加州洛杉磯大學(xué)Zhang L X教授聯(lián)合PARC以及其他多家高校和研究機(jī)構(gòu)在CCN （content-centric networking）的基礎(chǔ)上，提出了針對(duì)下一代互聯(lián)網(wǎng)的名為NDN的研究項(xiàng)目，得到美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金未來(lái)互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu) （Future Internet Architecture，F(xiàn)IA）項(xiàng)目的資助。2014年，該項(xiàng)目繼續(xù)得到FIA新一階段項(xiàng)目FIA-NP的資助。NDN已成為未來(lái)互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的重要研究方向之一，本次專題的多篇論文就聚焦解決NDN中的研究問(wèn)題。

為了推動(dòng)國(guó)內(nèi)未來(lái)互聯(lián)網(wǎng)的研究，2013年12月由北京大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)研究所和中國(guó)計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)青年計(jì)算機(jī)科技論壇共同主辦的第一屆信息中心網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研討會(huì)（HotICN2013）在北京大學(xué)召開(kāi)，得到國(guó)家“863”計(jì)劃項(xiàng)目“未來(lái)網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)和創(chuàng)新環(huán)境”的支持。會(huì)議圍繞未來(lái)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，以特邀報(bào)告和專題討論形式，交流未來(lái)互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)、ICN的命名規(guī)則與挑戰(zhàn)、網(wǎng)絡(luò)內(nèi)置緩存機(jī)制和NDN應(yīng)用前景等。本次會(huì)議是國(guó)內(nèi)第一個(gè)專門的ICN技術(shù)研討會(huì)，吸引了國(guó)內(nèi)外一百余位學(xué)術(shù)界、企業(yè)界人士參加 (會(huì)議詳情可以參考會(huì)議網(wǎng)站http://www.hoticn.org/)。本期專題策劃人作為國(guó)家“863”計(jì)劃項(xiàng)目“未來(lái)網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)和創(chuàng)新環(huán)境”的項(xiàng)目負(fù)責(zé)人和課題負(fù)責(zé)人，是HotICN2013會(huì)議的主要組織者，專題文章的作者來(lái)自HotICN2013會(huì)議的特邀報(bào)告者和專題討論參與者。

《內(nèi)容中心網(wǎng)絡(luò)中名字查找技術(shù)的研究》對(duì)NDN名字路由的高速查找和存儲(chǔ)等核心問(wèn)題進(jìn)行了深入剖析。針對(duì)名字路由表具有的規(guī)模大、復(fù)雜度高、更新頻率高等特點(diǎn)，提出一種基于布隆過(guò)濾器的快速名字查找方法，同時(shí)設(shè)計(jì)了一種多步進(jìn)對(duì)齊轉(zhuǎn)移數(shù)組（multiple aligned transition array，MATA）的查找結(jié)構(gòu)及其算法，可利用GPU的大規(guī)模并行處理能力加速名字查找。這些工作表明，大規(guī)模名字路由表、線速名字查找和高速更新是可行的，并為商用內(nèi)容中心網(wǎng)絡(luò)路由器的研制提供了理論基礎(chǔ)和技術(shù)方案。

《基于NetFPGA10G的網(wǎng)絡(luò)組件存儲(chǔ)功能設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)》圍繞ICN節(jié)點(diǎn)的硬件實(shí)現(xiàn)，提供了一個(gè)具有緩存功能、數(shù)據(jù)平面和控制層面分離的內(nèi)容中心路由器設(shè)計(jì)方案?；贜etFPGA10G開(kāi)放性硬件平臺(tái)，開(kāi)發(fā)網(wǎng)卡—主機(jī)內(nèi)存共享技術(shù)，使NetFPGA10G通過(guò)PCIE總線管理主機(jī)內(nèi)存，從而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分組的緩存、查找和替換。本文提出的具有內(nèi)容緩存功能的網(wǎng)絡(luò)組件設(shè)計(jì)，為內(nèi)容中心網(wǎng)絡(luò)路由器的研制提供了有益的探索。

《未來(lái)互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)標(biāo)識(shí)方案研究》對(duì)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識(shí)體系進(jìn)行了總結(jié)和分析?；ヂ?lián)網(wǎng)現(xiàn)有IP標(biāo)識(shí)既表示節(jié)點(diǎn)的身份信息又表示節(jié)點(diǎn)的位置信息，造成了IP地址語(yǔ)義過(guò)載。對(duì)國(guó)際主流的未來(lái)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識(shí)體系進(jìn)行了分類，從移動(dòng)性支持、安全性、可聚合性、靈活性等角度進(jìn)行了系統(tǒng)比較。標(biāo)識(shí)體系作為未來(lái)網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)的基石之一，對(duì)其面臨的挑戰(zhàn)和研究方向進(jìn)行了較好的綜述。

《命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容分發(fā)機(jī)制研究與探討》系統(tǒng)介紹了NDN的基本原理和國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀。重點(diǎn)介紹NDN在內(nèi)容分發(fā)方面的概念和模型；分析NDN內(nèi)容分發(fā)機(jī)制在轉(zhuǎn)發(fā)策略、冗余控制、擁塞控制和訪問(wèn)控制4個(gè)方向面臨的問(wèn)題和當(dāng)前國(guó)內(nèi)外的研究進(jìn)展，并指出潛在的研究方向。

《面向ICN的動(dòng)態(tài)自適應(yīng)流媒體算法》研究了動(dòng)態(tài)自適應(yīng)流媒體在信息中心網(wǎng)絡(luò)中面臨的問(wèn)題和解決方案，是一個(gè)ICN如何支持傳統(tǒng)HTTP流媒體應(yīng)用的較好的例子。針對(duì)網(wǎng)絡(luò)緩存對(duì)動(dòng)態(tài)流媒體帶來(lái)的新挑戰(zhàn)，提出一種基于預(yù)估和中斷機(jī)制的動(dòng)態(tài)自適應(yīng)流媒體算法，充分利用ICN和可用帶寬資源提高流媒體用戶的質(zhì)量體驗(yàn)。

《NDN中基于蟻群替換算法的鄰居協(xié)作緩存管理策略》研究了NDN的協(xié)作緩存機(jī)制，高效的緩存管理對(duì)提升NDN的整體性能具有重要意義?；卩徲騾f(xié)作的思想，提出了一種鄰居協(xié)作緩存管理（ACNCM）策略。根據(jù)緩存數(shù)據(jù)的大小、使用頻率以及鄰居副本信息等，定義本地緩存價(jià)值和協(xié)作替換參數(shù)，并用蟻群優(yōu)化算法求解最優(yōu)化問(wèn)題。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明ACNCM緩存管理機(jī)制在總體性能上有明顯提高。

《信息中心網(wǎng)絡(luò)中授權(quán)視頻訪問(wèn)控制》圍繞ICN內(nèi)置緩存帶來(lái)的版權(quán)盜用等安全問(wèn)題，研究了ICN內(nèi)容分發(fā)的版權(quán)保護(hù)機(jī)制。提出一種基于分割和數(shù)字水印的訪問(wèn)控制方案，將視頻分割成可緩存的 PCB（public content block，公開(kāi)內(nèi)容塊）和不可緩存的 CKB（content key block，內(nèi)容密鑰塊），只有同時(shí)獲得這兩個(gè)塊后才能獲得授權(quán)，從而實(shí)現(xiàn)版權(quán)的訪問(wèn)控制，并利用數(shù)字水印實(shí)現(xiàn)泄密追蹤。

ICN仍然是國(guó)際的前沿研究領(lǐng)域，仍處于不斷探索和發(fā)展之中。希望本專題的成果與觀點(diǎn)可以引發(fā)同行的思考和討論。在此，也對(duì)各位作者的積極支持和辛勤工作表示衷心的感謝！

專題策劃人：畢軍，男，于清華大學(xué)計(jì)算機(jī)系獲得博士、碩士、學(xué)士學(xué)位，畢業(yè)后赴美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室從事博士后研究工作，任貝爾實(shí)驗(yàn)室研究員。2003年由清華大學(xué)引進(jìn)回國(guó)工作，現(xiàn)任清華大學(xué)網(wǎng)絡(luò)科學(xué)與網(wǎng)絡(luò)空間研究院網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)和IPv6研究室主任、教授、博士生導(dǎo)師，國(guó)家“863”計(jì)劃項(xiàng)目“未來(lái)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)和創(chuàng)新環(huán)境”首席專家。目前主要從事新型互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議和新型網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的研究工作。入選教育部“新世紀(jì)優(yōu)秀人才”，獲得國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)、多項(xiàng)部委一等獎(jiǎng)。任亞洲未來(lái)互聯(lián)網(wǎng)學(xué)會(huì)（AsiaFI）主席，在ICN領(lǐng)域擔(dān)任 INFOCOM2014-NOM、Mobihoc2012-NOM等多個(gè)國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議主席，擔(dān)任國(guó)內(nèi)首屆HotICN2013會(huì)議主席。在SDN研究領(lǐng)域也在多個(gè)國(guó)際國(guó)內(nèi)會(huì)議和組織中有重要學(xué)術(shù)兼職。近5年發(fā)表學(xué)術(shù)論文百余篇（其中SCI收錄源20余篇），以第一發(fā)明人獲得授權(quán)國(guó)家發(fā)明專利15項(xiàng)，在IETF制訂國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)草案20余項(xiàng)，頒布或已獲批準(zhǔn)4項(xiàng)。

專題策劃人：張行功，男，博士，北京大學(xué)副研究員，紐約大學(xué)訪問(wèn)學(xué)者，主要從事信息中心網(wǎng)絡(luò)、多媒體網(wǎng)絡(luò)和視頻通信等方向的研究工作，國(guó)家“863”計(jì)劃“未來(lái)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)和創(chuàng)新環(huán)境”課題4“內(nèi)容尋址關(guān)鍵技術(shù)”負(fù)責(zé)人。發(fā)表SIGCOMM、INFOCOM等國(guó)際學(xué)術(shù)論文20多篇，申請(qǐng)國(guó)際和國(guó)內(nèi)專利多項(xiàng)，獲得國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議VCIP2012和PCM2008 優(yōu)秀論文獎(jiǎng)；承擔(dān)國(guó)家“863”計(jì)劃、“973”計(jì)劃和科技支撐計(jì)劃等多個(gè)項(xiàng)目，獲國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)和教育部一等獎(jiǎng)；主持研發(fā)國(guó)內(nèi)第一款數(shù)字化播出系統(tǒng)，并得到廣泛應(yīng)用。