下一代互联网中QoS感知型移动管理机制的研究可行性报告.docx
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下一代互联网中QoS感知型移动管理机制的研究可行性报告
下一代互联网中QoS感知型移动管理机制的研究可行性报告
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一、申请单位及课题组基本情况
1、申请单位概况
某大学是一所以工为主、理工文管经法相结合的多科性国家重点大学，是教育部直属高校、“211工程”建设院校、“21世纪教育振兴与行动计划”重点建设学校，也是教育部、XXX省、某市重点共建的高校，有国家级重点学科7个、国家工程技术研究中心3个和国家重点实验室1个。
某大学计算机科学与技术学科是国家一级学科博士点，计算机应用技术是国家重点学科，拥有计算机软件国家工程研究中心和数字化医学影像设备国家工程技术研究中心
，设有博士后流动站，“计算机应用技术”与“计算机软件与理论”设有“长江学者奖励计划”特聘教授岗位。
某大学计算中心同时也是某大学网络中心、中国教育和科研计算机网CERNET某地区网络中心、教育科研网格ChinaGrid某地区节点单位，设备先进，研发力量雄厚。
2、课题组概况
课题组所在的计算中心先进网络技术研究室拥有一支以10多名教授、副教授、讲师、工程师、博士、硕士为主的高水平的网络基础理论、关键技术研究与应用开发队伍，研发设备先进，拥有机群、并行机、高性能服务器、小型机、工作站、PC、笔记本电脑、海量存储设备、专用设备、光与无线联网环境以及多媒体信息处理环境。
课题组多年来在下一代互联网、移动无线因特网、IP/DWDM光因特网、卫星因特网、分布式多媒体、远程教育关键技术、鲁棒控制、供应链管理、伙伴挑选、风险管理等领域做过大量研究工作，先后承担10多项国家、省部、市级科研项目，取得国际先进或者国内领先的研究成果。
3、项目的组织形式和详细分工，以及项目的组织管理及相关保障措施
项目组织采取课题任务责任制。
在课题组人员组成上，既有计算机、通信工程领域的，也有自动控制理论、应用数学领域的，多学科交叉，相得益彰。
在组织管理上，一方面，通过制定严格的任务分解与实施进度计划时间表，任务到人，自加压力，日常督促与定期检查相结合，保证合同计划的顺利执行；另一方面，通过讨论班、研讨会等形式充分发挥课题组全体成员，特别是青年教师与研究生的主动性、积极性与创造性。
4、项目负责人背景资料及主要参加人员
项目负责人，XXX，1968年生，教授，博士，某大学计算机学科青年学术带头人之一。
中国计算机学会体系结构专委会委员，中国教育和科研计算机网CERNET专家委员会委员，教育部“教育科研网格”（ChinaGrid）专家组成员，教育部高校本科教学工作水平评估专家，日本名古屋大学、香港理工大学高级访问学者。
在下一代互联网、移动无线因特网、IP/DWDM光因特网、卫星因特网、分布式多媒体、远程教育关键技术等领域做过大量研究工作，主持或参加过国家自然科学基金重点项目与面上项目、863计划项目、教育部重点项目、国家经贸委重大技术开发项目等国家级、省部级科研项目，均取得了国际先进或者国内领先的研究成果，在国内外著名学术期刊和会议（如ACMOperatingSystemsReview、SpringerLNCS、计算机学报、软件学报、电子学报、通信学报、清华大学学报等）上发表或已经录用70多篇学术论文，出版了3部学术著作或教材（1部电子工业出版社，2部某大学出版社）。
《某大学学报》编委，《JournalofComputerScienceandTechnology》、《软件学报》、《电子科学学刊》、《某大学学报》等学术刊物论文评审员，国际学术会议GCC2003程序委员会委员，CERNET第十届学术会议编辑委员会委员。
项目主要研究人员（包括项目负责人）名单、简介、分工见下表：
姓名
性别
年龄
专业
职称
项目分工
XXX
男
36
计算机
教授
需求分析，系统设计
XXX
男
57
自动控制
教授
模型设计
XXX
男
40
应用数学
副教授
算法设计、优化分析
XXX
男
34
通信工程
讲师
实现支持机制与验证
XXX
男
32
计算机
工程师
软件设计
XXX
男
27
计算机
助工
软件设计
XXX
女
22
计算机
硕士生
软件实现
XXX
女
23
计算机
硕士生
软件实现
XXX
女
24
计算机
硕士生
软件实现
XXX
男
23
计算机
硕士生
软件实现
XXX
男
22
计算机
硕士生
软件实现
XXX
男
37
管理工程
高工
项目管理
二、项目基本情况
1、项目主要研究内容
项目主要研究内容如下：
·确定下一代互联网中服务质量QoS（QualityofService）感知型移动管理机制需求定义，指导本项研究工作
·研究NGI中层次蜂窝结构下蜂窝间QoS感知型切换管理机制
研究在NGI与移动终端资源约束条件下以最小化切换次数、最大化用户对感知到的QoS的满意度、最小化用户成本、最大化网络资源利用率为目标的QoS感知型优化切换决策模型与算法，实现在层次蜂窝结构下用户在个人蜂窝、家居蜂窝（homecell）、微微蜂窝（picocell）、微蜂窝（microcell）、宏蜂窝（macrocell）、卫星蜂窝等之间无缝切换，满足NGI中QoS全球无缝漫游需求。
·研究NGI中主动QoS路由选择与重路由选择机制
采用智能体（agent）建模路由选择机制的各功能构件，运用主动路由选择思想［1］，研究NGI中主动适应与支持移动的QoS路由选择与重路由选择机制，局部化QoS重建，避免“热点”出现，使切换对QoS的影响最小化，支持负载平衡与QoS自适应，从路由选择角度最大限度支持QoS全球无缝漫游；研究如何有效利用多路径与同时联编等机制，降低切换对移动关键应用的影响，提高容错能力；研究组（例如完全由移动用户组成的组以及由移动用户与固定用户组成的组）应用中由于成员（特别是源成员）移动而对组应用QoS产生的影响，探讨如何从QoS组播（重）路由选择角度予以有效支持。
·研究切换管理、QoS（重）路由选择与资源预约之间的全面互动模式
研究如何有效集成上述模型、算法、机制等，实现其全面互动，提供NGI中一体化QoS感知型移动管理机制。
·设计IP兼容QoS感知型移动管理协议，支持NGI中QoS全球无缝漫游
设计在层次蜂窝结构下适应用户在个人蜂窝、家居蜂窝、微微蜂窝、微蜂窝、宏蜂窝、卫星蜂窝等之间移动要求的IP兼容QoS感知型宏／微移动管理协议，研究这些协议之间及其与IP之间的无缝互工作机制，与上面研究成果有机结合，满足NGI中QoS全球无缝漫游需求。
·构造NGI中QoS感知型移动管理机制软件，设计对其的评价体系，进行仿真实现与性能评价，为实用化提供依据
·研究所提出移动管理机制的实现支持技术，包括提高算法运算速度的并行与分布式执行机制等，研究交叉层设计（cross-layerdesign）与集成层处理（integratedlayerprocessing）等方法对移动管理机制实现的影响及其在实现中的有效利用，为上述模型、算法、协议、机制等在NGI组网设备上的实际应用打下坚实基础
主要参考文献
[1]N.F.Maxemchuk,Activerouting,IEEEJournalofSelectedAreasinCommunications,19（3）:
552-564,2001.03
2、项目主要技术难点和创新点
·本项研究聚焦未来NGI中支持QoS全球无缝漫游的QoS感知型移动管理机制，起点高，立意新，居于国际学术研究前沿。
如能取得突破性进展，则不仅有利于在这一学科制高点上抢占一席之地，而且有利于提高国产NGI组网设备研制水平
·本项研究面向NGI中移动用户对新一代网络多媒体应用与新型个人通信业务的需要，研究在NGI与移动终端资源约束条件下以最小化切换次数、最大化用户对感知到的QoS的满意度、最小化用户成本、最大化网络资源利用率为目标的QoS感知型优化切换决策模型与算法，支持切换管理、主动QoS（重）路由选择与资源预约的全面互动，这种一体化解决方案目前未见报道
·既研究模型、算法、协议与机制，又研究实现支持技术，理论与技术并举
3、相关领域国内外技术、产业现状和发展趋势
近年来，随着Internet、多媒体内容、移动通信技术等的发展与融合，使得“任何地点、任何时间、使用任何类型信息”通信正在从梦想变成现实。
普适（pervasive）与无所不在（ubiquitous）的信息交换需求客观上要求NGI支持全球覆盖，作为全球信息基础设施GII（GlobalInformationInfrastructure）的具体实现，提供多种服务[1-14]。
各种网络技术，包括新一代高速IP信息网络技术、大容量与智能化光网络技术、新一代蜂窝移动通信技术、宽带卫星系统及其组网技术、高空平流层通信技术以及各种接入技术，层出不穷，而且相互融合、互动演进，使得NGI必然成为地面网与空天网、固定网与移动网等无缝衔接融合而成的一体化网络。
到2004年全球固定、移动与Internet用户数将会合，此后，具备综合信息处理能力的新一代智能移动无线终端将成为接入Internet最普遍的设备，大约到2005年移动用户数可能增长到16亿而多媒体通信量将与传统话音通信量持平[8]，大约到2010年多媒体通信量将占整个通信业务量的70％以上［9］，移动接入将成为NGI的主要接入方式，客观上要求NGI必须支持QoS全球无缝漫游［13］，满足“任何地点、任何时间、最优连接”等的需要。
移动管理（MobilityManagement）是未来NGI必须着力解决的关键问题之一［5］。
实际上，移动是一个非常广泛的概念，包括个人移动、用户终端移动、服务移动乃至组网设备（如移动自组织网络中的节点与移动卫星网络中的卫星）移动等［8,10,11,13,14］。
本项研究针对的是因用户终端移动而带来的问题，移动管理在这里的主要任务是提供有效的位置与切换（handoff/handover）管理。
然而，我们遗憾地看到，现有的移动管理机制都没有充分考虑在未来NGI环境下移动用户对新一代网络多媒体应用与新型个人通信业务QoS等的需求，缺乏对QoS全球无缝漫游的有效支持。
例如，MobileIP（无论是基于IPv4还是基于IPv6）虽然在移动节点对Internet的接入点发生变化时可以保证正确路由分组，但是由于缺乏移动与QoS之间有效的互动机制，因而不能为运行在移动节点上的应用所需的QoS提供充分的支持［11,12］。
尽管为了克服诸如MobileIP之类的宏移动（macro-mobility）协议的缺点而发展了HAWAII、CellularIP、TIMIP、IDMP等微移动（micro-mobility）协议［15］，但是这些协议之间缺乏有效的衔接与互工作机制，依然不能适应移动用户在层次蜂窝结构下蜂窝间切换而实现QoS全球无缝漫游的需要［6-8,13,15-17］，缺乏自适应能力。
考虑到移动终端处理能力、存储容量、功率与电池容量等因素，还应该尽可能减少切换次数。
NGI中不同类型链路在带宽、延迟、可靠性等性能指标方面都有所不同，甚至有很大不同，切换后可能对应用QoS产生重大影响。
对于移动关键应用，还需要提供必要的容错路由能力，以便在切换时提供足够的可靠性、可用性和生存能力保证。
组播应用显著增加了移动管理的复杂性，需要得到有效的QoS感知型移动管理机制的支持。
为了最小化切换对应用QoS的影响，还需要进一步研究有效的QoS（重）路由选择与资源管理机制。
因此，建立NGI中QoS感知型移动管理机制，利用高效实现支持技术，提供一体化优化解决方案，则不仅可以满足NGI中移动用户对新一代网络多媒体应用与新型个人通信业务的实际要求，而且可以优化NGI资源的利用，提高NGI效能。
目前，NGI中移动管理相关研究工作才刚刚起步，但是已经发展成为计算机、通信等领域的研究热点。
中国下一代互联网示范工程CNGI核心网络示范网、特别是CERNET2建设的即将启动更为本项研究的开展提供了良好契机。
国内外的主要研究机构与厂家，例如MIT、GIT、悉尼大学、清华大学、北京邮电大学、东南大学、中国科技大学、某大学、ITU、IETF、微软、朗讯、思科、华为、中兴等均投入大量人力和物力开展研究，取得很多成果，但尚没有对综合考虑前述因素的NGI中移动管理进行全面而深入的研究。
研究NGI中QoS感知型移动管理机制不仅具有很高的学术价值，也有极其广阔的应用前景。
主要参考文献
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1915-1930,2001.10
4、项目的基础条件
项目负责人，XXX，男，1968年1月出生，计算机应用技术工学博士，教授，日本名古屋大学、香港理工大学高级访问学者，XXX省优秀青年骨干教师，某市科教系统双模范标兵。
1992年任助教，1995年任讲师，1998年破格晋升副教授，2001年破格晋升教授。
1999年12月起任中国计算机学会体系结构专委会委员，2001年10月起任全国高校信息化研究会理事，2001年12月起任XXX省互联网协会常务理事，2002年7月起任中国教育和科研计算机网CERNET专家委员会委员，2003年4月起担任教育部高校本科教学工作水平评估专家，2003年7月担任教育部“教育科研网格”（ChinaGrid）专家组成员。
一直从事下一代互联网、移动无线因特网、IP/DWDM光因特网、卫星因特网、分布式多媒体、远程教育关键技术等方面的研究工作。
作为项目负责人，先后承担国家自然科学基金项目“IP/DWDM光因特网中智能路由选择机制的研究”（60003006，朗讯贝尔实验室中国基础科学研究院联合资助）、863计划项目“移动无线因特网中自适应智能路由选择机制的研究”（2001AA121064）、“面向21世纪教育振兴行动计划”中央财政专项项目“支持网络教育的若干网络服务关键支撑技术及其应用示范系统的研究与实现”、教育部现代远程教育关键技术研究重点项目“课件点播COD软件的研制与实现”和某市科委（基金）项目“光因特网一体化波长分配与路由选择机制研究”等；参加过国家自然科学基金重点项目、国家经贸委重大技术开发项目、863计划以及多项省部级基于网络的科研项目；取得了国际先进或国内领先的研究成果，先后在ACMOperatingSystemsReview、SpringerLNCS、计算机学报、软件学报、电子学报、通信学报、清华大学学报等发表或者已经录用学术论文70多篇，出版学术著作与教材3部（电子工业出版社1部，某大学出版社2部）。
1999年获XXX省教委科技进步一等奖与XXX省电子厅科技进步一等奖各1项。
申请者全面主持本项目的研究工作，具体负责需求分析与系统设计，指导算法设计与实验验证。
主要参加者，XXX，1957年生，教授，长期从事算法设计与分析、优化理论等方面的研究工作，主持或者作为主要成员参加了多项国家、省、部级科研项目，在国内外学术期刊与学术会议上发表多篇学术论文，多次获国家级和省部级奖励。
XXX教授在本项目中主要负责模型设计。
主要参加者，XXX，副教授，博士，从事鲁棒控制、
控制、时滞系统、计算机网络算法等方面的研究工作。
作为主要成员，参加了国家自然科学基金项目、教育部跨世纪优秀人才培养计划基金项目、国家教育部留学回国人员科研基金项目及XXX省科学技术基金项目等的研究工作，取得了国际先进或国内领先的研究成果，先后在自动化学报、控制与决策、控制理论与应用发表学术论文十余篇，多次应邀为Automatica、控制与决策、控制理论与应用、数学物理学报审稿。
XXX博士在本项目中主要负责算法设计、优化分析。
综上，项目申请者与主要参加人员均具有丰富的研究经历与实践经验，完全有能力保质保量按期完成本项研究。
申请者所在的某大学计算中心先进网络技术研究室拥有机群、并行机、高性能服务器、小型机、工作站、PC、笔记本电脑、海量存储设备、专用设备、光与无线联网环境以及多媒体信息处理环境。
某大学网络中心与“211工程”多媒体信息分布处理方法学实验室、设在某大学的CERNET某地区网络中心和计算机软件国家工程研究中心也将提供一切必要的协作与支持。
“十五”“211”CERNET与“教育科研网格”（ChinaGrid）的建设、CNGI示范网络核心网、特别是CERNET2的建设都为本项研究的开展提供了试验平台。
因此，本课题所需的基本研究条件已经具备。
同时，已经建立的与美国德克萨斯大学（阿灵顿）计算机系、香港理工大学电子计算学系以及朗讯贝尔实验室中国基础科学研究院的科研合作关系也为本项研究的顺利完成提供了良好的合作条件。
5、现有技术的知识产权情况及自主知识产权的拥有设想
本项研究工作目前尚未见报导。
如能取得突破性进展，则将在NGI中移动管理机制相关理论与技术的研究方面居于国际先进乃至领先水平，提高我国在相关研究领域与标准化组织中的声誉与影响力。
同时，如能实现研究成果（具有自主知识产权的模型、算法、协议、机制、实现支持技术等）的实用化，将有利于提高我国具有自主知识产权的NGI组网设备的研制水平与竞争力，实现NGI核心产品的跨越式发展，提升我国在信息产业的影响力乃至领导力。
三、项目可行性分析
1、资金筹措方案和预算安排
项目经费主要依靠市科技经费拨款，预算安排如下：
支出科目
金额（万元）
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