非结构依赖性路由策略构建的潜在几何度量空间方法

In recent years, a growing consensus among Internet experts and scholars on the resolution limits of Internet routing strategy is that: the size of the Internet is growing every time and the routing table of each AS needs all the exact data about the shortest path between each pair of AS nodes; the topology of the Internet changes in real-time but the information in routing tables cannot, which brings intrinsic influence to the efficiency of network searching. It is a bottleneck limiting the development of the Internet. Internet experts consider that the present routing strategy maybe fall in the next ten years, and therefore, it is a pressing research issue to construct a groundbreaking one. To solve this issue, we inspired by the interdisciplinary mathematical research of hidden metric spaces of complex networks, in this project propose a novel way to construct a routing strategy without topology updates, based on the features or “coordinates” of the AS nodes. Our research agenda includes five clearly defined tasks: demonstrate the existence of network hidden metric spaces; build and optimize the model of the hidden metric space of our Internet; construct our novel routing strategy based on this model; test the efficiency and the accuracy of the strategy; explore the interaction and the coordinated development between network structure and network function (extension research of this project).

近年来，互联网界专家学者就目前因特网中路由设置存在的本质局限性达成共识：因特网规模巨大导致路由表需记录庞大的数据信息；因特网结构实时变化而路由表中的信息不能及时相应更新，导致搜索效率受到本质影响，成为制约因特网快速发展的瓶颈。因特网专家普遍认为现存路由策略可能会在未来十年之后大大失效，因此尽快提出全新的、开创性路由搜索策略势在必行且迫在眉睫。本项目针对这一亟待解决的重要现实问题，结合我们在复杂网络领域中的数学交叉研究，通过引入网络潜在度量空间思想，根据节点在空间中的性质（“坐标”）构造不直接依赖于网络结构的路径搜索方法及非结构依赖性的路由策略，开创因特网中路由搜索的全新时代。具体研究包括五个方面：复杂网络潜在度量空间存在性证明；我国因特网潜在度量空间的构造和优化；以此度量空间为平台构建全新路径搜索策略；全新路由策略的验证；网络结构与功能交互作用、协调发展潜在本质的探索（项目扩展研究）。

在复杂网络导航性的研究中，一个重要的成果是网络潜在度量空间思想的提出，认为现实网络呈现出来的各种特征都是由网络潜在的性质造成的。在这样一个大背景下，本项目期望在不同网络形式下研究网络潜在层存在的可能性、以及其潜在层对网络可视层结构和动力学特性的重要影响，并在此基础上探索不直接依赖于网络可视结构而是基于网络潜在性质的全新信息传播机制。在此研究目的下，本项目一方面考察潜在层的几何度量空间模型对网络可视层的影响，另一方面，随着数据量的日益增加，由于大多数的现实网络对应的潜在层很难给出非常合适的严格的几何度量空间模型，我们在研究中将网络潜在层的形式进行了扩展，并对交通网络、疾病传播网络、具有同步现象的网络中潜在层对可视层动力学现象的影响进行了研究，并得到网络潜在层确实会对可视层的相关动力学过程产生非常关键的影响的结论；另外，在网络同步动力学研究中，我们不止考察了潜在层对可视层的影响，同时受社交网络的启发，同时考察了可视层对潜在层的反馈影响，得到了某些网络中可视层与潜在层相互作用、协调演化的结论，这对揭示复杂网络结构和功能的相互作用、协调发展具有一定的理论意义；在信息传播机制的构建方面，我们尝试了一种基于动态竞争机制的信息传播策略，可以与在线社交网络中信息的传播有较好的吻合。