信息中心网络中基于Web的动态服务提供机制和方法研究

The development of Future Internet industry has become one of China's important strategic decision-making. The network is the foundation and service is the key. The major design goal of Future Internet is to better support the upper-layer applications and services. The innovative Information-Centric Networking (ICN) has the native advantages on static Web content distribution. However, for the dynamic Web-based service provisioning, the new network protocol and operating mechanism have brought new challenges in service architecture, dynamic requests scheduling, communication mode, and load balancing technology. This project breaks through existing dynamic service provisioning mode centralized on application layer, and proposes a new “Edge proxy server + Network + weak Server” distributed services provide mechanism which seamlessly collaborates the network and services in the viewpoint of Information-Centric Networking; To solve the large-scale and high-performance provisioning of stateful computing services, this project proposes the special web server queue scheduling algorithm, adaptive pipeline-based efficient communication mechanism, and load balancing based on name routing technology for connection-oriented dynamic Web-based servers in the "connectionless" ICN network. The proposed theory and algorithms will be verified in a real-world Future Network testbed.

发展未来网络产业已经成为中国的一项具有国家战略意义的重要决策。网络是基础，服务是关键。更好的支撑上层的应用和服务是未来网络设计的主要目标。新型的信息中心网络在静态Web内容的分发方面具有天然的优势，然而这种全新的网络协议和运行机制给现有的基于Web的动态服务提供在服务运行架构、动态请求调度、通信模式、负载均衡技术等方面带来了新的挑战。本课题突破现有的基于应用层的集中式动态服务提供思路，从信息中心网络整体角度出发，提出一种“边缘代理服务器+网络+弱服务器”相结合的网络与服务协同运行的全新分布式服务提供机制；为解决该机制下大规模、高性能的有状态的计算服务提供问题，本课题提出在“无连接”概念的信息中心网络中研究适合于“有连接”动态服务特点的Web服务器队列调度算法、基于Pipeline的窗口自适应调整的高效通信机制和基于名字路由的负载均衡技术。相关理论和算法拟通过真实的未来网络试验床进行验证。

针对信息中心网络中提供大规模、高性能的动态Web应用处理机制研究中，首先，在网络路由层面，针对现有网络缺乏对动态Web应用会话一致性的有效支持，提出了一种面向会话的基于信息命名的路由转发模型，极大提升了网络利用率和减少了服务响应时延。其次，从应用服务器的设计角度，提出一种适合于信息中心网络特点的多层次的动态Web应用服务性能保障机制。此外，在应用的整体提供架构方面，本课题突破现有的基于应用层的集中式动态服务提供思路，提出了一种"端+边缘+云"的终端、网络与服务器协作的分布式Web服务提供机制，解决了信息中心网络环境下数据和数据处理的融合和边界问题、内容共享和服务协同的关键技术。最后，从应用部署的角度，以实时性和计算复杂的Web增强现实技术为例，开发了相关的"端+边缘+云"的分布式Web AR服务提供系统，并针对图像识别和分割问题提出了本地化自适应的Web AR解决方案。课题组发表了9篇中科院大类一区或者CCF A类期刊和会议论文，申请国家发明专利9项，授权国家发明专利5项，研发了一套“端+边缘+云”的分布式Web AR服务提供系统。部分专利和研究成果已经得到了落地应用，在工业互联网产品营销、面向“一带一路”的物媒文化传播、移动广告营销、在线直播互动等领域得到应用，并将其推广至科技冬奥项目-国家速滑馆智慧场馆建设中，取得了良好的社会效益和影响。