29、探索AdHC网络架构：从业务场景到技术实现

探索AdHC网络架构：从业务场景到技术实现

在当今数字化时代，网络架构的设计与优化对于满足用户需求和推动业务发展至关重要。本文将深入探讨AdHC（Ad Hoc）网络架构的相关内容，包括其业务特性、需求分析、技术要求以及具体的架构设计过程。

1. AdHC网络的业务特性与收费模式

AdHC网络具有一些独特的业务特性，其中命名持久性特征尤为突出。这一特性能够有效解决链接中断的问题，无论信息对象被移动到何处，其名称都会被保留，从而确保始终可以访问。这些特性对应着“核心网络能力”，相较于当前的互联网或P2P访问，能够提供更高质量的访问服务。

基于这些特性，AdHC网络的收费模式也具有一定的特点。用户原则上需要向网络提供商支付访问费用和信息费用。收费模式可能是一种混合模式，包括与访问相关的固定部分和与访问内容及服务相关的基于流量的部分。固定部分将由实际和虚拟提供商以及中转运营商共享，而与内容相关的部分可能会在内容所有者、NetInf提供商（确保安全、质量和所有技术特性）和网络提供商（提供所需的实际或虚拟基础设施）之间进行分配。

对于运营商来说，建立对等协议是一种有效的激励措施。如果流量保持对称，这种协议可以将成本降至零，尤其适用于使用频繁的连接路径。此外，NetInf的移动性范式允许使用“移动”存储（如手机或无线连接的PC存储）作为临时存储，从而减少物理基础设施的部署。对于中转运营商而言，为了应对按流量收费导致的收入减少，收费将基于“命名解析”功能以及与互联运营商的不同服务级别协议。

2. AdHC业务场景的需求分析

根据AdHC业务场景，可以推导出一系列用户和业务相关的需求，这些需求总结在表1中。

口号	描述	注释
可用性	AdHC应可通过所有接入网络和设备使用，并且对于使用的接入网络通常是透明的。无论内容有多旧，都应始终可以访问（无链接中断）。默认情况下，将检索最新版本。但如果需要，也可以通过内容/版本标签轻松访问旧版本。
及时性	AdHC服务应无中断地提供，并且具有确定性和通常较短的延迟。避免链接中断和保留名称将使任何信息对象始终可以访问。
用户安全	用户身份应具有一定程度的隐私选项：对所有人可见、对某些人可见、对选定成员可见等，以便不在“白名单”中的用户无法知晓，并防止身份被盗。	这以及接下来的2个要求是更通用但重要的要求，为了完整性而添加。
网络安全	网络应只允许授权用户访问，并可能关闭行为不当的用户。
内容安全	内容只能由授权用户访问（包括分发）和/或操作。这意味着内容在隐式上受到完整性保护。
网络管理	网络应只需要最低程度的配置和主动监控，以尽可能降低运营支出（OPEX）。这是未来网络的关键要求。
用户 - 提供商收费模式	收费模式应基于用户只需要与一个提供商或经纪人签订合同的基础上。合同应支持将一般网络访问费用和提供的服务（AdHC）费用分开。如果用户提供了对执行AdHC服务有用的功能（例如缓存），还应得到补偿。
基础设施收费模式	提供商之间的对等类型协议更受青睐，以减少流量。一站式服务也更受青睐，因为这对用户来说更容易。
内容收费模式	内容可以分项列出，包括例如存储、缓存和名称解析服务。
成本可扩展性	投资和维护网络的成本预计至少应与用户数量和交换流量的体积成比例，最好能更好地匹配。	这一要求是对上述管理要求的进一步跟进。

这些需求涵盖了可用性、及时性、安全性、管理和收费等多个方面，对于确保AdHC业务的顺利开展至关重要。

3. AdHC网络的技术要求

除了业务需求，还需要一系列技术要求来支持AdHC业务场景。这些技术要求总结在表2中。

口号	描述	注释
会话连续性	AdHC必须能够保持用户会话，即使用户在某个时刻更换了终端设备。这种终端设备的更换甚至可能意味着将信息对象调整为不同的格式（同一对象和内容，但有多种格式可供显示），或者甚至为该客户端切换接入网络。此功能需要相关利益相关者之间的事先协议，例如单个客户端接入网络的更改情况。不同的终端设备可能使用不同的接入网络来访问信息对象（服务级别协议（SLA）的实施、运行时的信息交换）。
QoS	AdHC必须支持多种内容，因此必须提供不同的QoS保证。特别是，必须支持流媒体（高带宽）和实时（低延迟和抖动）服务。如果没有可用的保证，必须通知用户。这要求Ad - Hoc平台能够访问网络提供商的控制系统。
认证与授权	用户必须经过认证，内容必须受到保护。Ad - Hoc平台必须提供管理、授权、认证（AAA）功能。
网络完整性	网络作为服务公开的所有控制机制必须维护网络的完整性。
内容完整性与隐私	用户上传/提供的内容必须保持原样（内容本身无任何更改）。
内容可用性	最终用户必须有一个独特的应用程序编程接口（API）来请求不同类型的内容，而不依赖于他们用于访问内容的终端设备。
流量工程	网络必须能够处理不同的流量流（点对多点、QoS特性等），并适应流量矩阵的重大变化（例如，将高流量流卸载到光能力而不是在高层进行管理；路径计算元素（PCE）作为一种治理功能，能够在多层环境中工作）。这意味着网络提供商必须能够以经济高效的方式处理流量。
最佳内容源选择	根据最终用户的需求，NetInf必须选择最合适的内容源（将考虑例如数据接近度、内容服务器的状态、网络拥塞、用户终端类型等因素），同时考虑最终用户的体验。

这些技术要求涉及会话连续性、QoS保证、认证授权、内容完整性和流量工程等多个关键领域，是实现AdHC网络高效运行的基础。

4. 设计过程与网络架构构建

为了实现AdHC网络架构，需要遵循一定的设计过程。设计过程主要包括需求分析和抽象服务设计两个阶段。

在需求分析阶段，需要对高层需求进行分析，以确定宏观层面的网络功能，即层次结构。这一分析和分解过程得到了设计存储库的有力支持。设计存储库提供了高级设计模式，能够将技术需求平滑地过渡到一组网络功能。这些设计模式包括参考层次结构和垂直、水平层次结构，通过参考层次结构可以定制出满足特定技术需求的网络功能。

不同的层次结构由以下部分组成：
- 信息层 ：包含NetInf信息对象（Ni - IO）和NetInf管理器（Ni - MG）。NetInf管理器有助于找到最佳内容源，内容适配（Co - AD）功能也在该层实现。此外，该层还包含用于信息对象控制和管理以及内容适配功能的协议。
- 流层 ：流端点（Fl - EP）负责终止流量流，流路由（Fl - RO）对于流量流的正确路由至关重要。流量流可以在网络中有状态或无状态地建立，并且与连接端点（CEP）层提供的路径动态绑定。
- CEP层 ：路径端点（Pa - EP）负责终止路径，路径路由（Pa - RO）确保路径的正确路由。移动锚点（Mo - AH）为路径提供移动性支持，路径可以在网络中有状态或无状态地建立，并与机器层的节点和链路动态绑定。
- 机器层 ：虚拟节点（Vi - Node）代表物理但虚拟化的节点的能力，虚拟节点通过物理但虚拟化的链路相互连接。这些链路之间有多种协议，包括控制授权虚拟节点接入的协议、传输数据的协议以及管理机器层资源的协议。
- 知识层 ：拓扑数据库（To - DB）是存储和交叉关联拓扑和资源状态信息的整体网络数据库，为名称解析提供通用方法。流量监控（Tr - MO）跟踪所有路径和流量流的状态，有助于流量工程和SLA监控。
- 治理层 ：AAA功能与现有网络中的类似，包括设置新路径和流量的授权。治理层对NetInf对象的执行作用取决于设计过程中逻辑节点的设置。策略引擎（Po - EN）主要用于支持SLA管理器以及在流量工程方面做出决策，SLA管理器（Sl - MA）在运行时动态解决网络之间的SLA。

在抽象服务设计阶段，需要识别和组合层次结构和网元的特定功能。通常将逻辑节点、协议、参考点等作为功能块（FB），这些功能块是创建网元的基本构建块。根据功能的不同，将其分为常规网元和控制网元。

对于AdHC网络，我们可以将节点简单分类为：
- 终端系统：包含应用程序，如AdHC图形用户界面（GUI） + API，以及水平层次结构所需的传输能力。
- 网络元素：类似于当前的路由器，但还能管理信息对象，包括内容适配。
- 提供管理功能的网络元素：是网络的重要组成部分。
- 网关：位于网络边界。

基于这些分类，我们可以定义四种不同类型的网元：
- 数据传输网元 ：包含典型终端系统所需的功能块，如NetInf信息对象、信息管理以及流和连接端点功能。
- 控制网元 ：包含网络中典型路由器所需的功能块，如路由和移动性管理功能，以及信息管理和存储功能。
- 管理网元 ：包含垂直层次结构的功能块。
- 网关网元 ：包含所有不同层次结构的SGP。

此外，数据传输网元和控制网元还包括知识层的SSP，因为这些网元中的所有功能都需要报告和检索拓扑、资源利用率状态以及执行名称解析等。自管理属性是层次结构的固有能力，在将层次结构功能加载到网元时也会体现出来。

通过以上设计过程，我们可以构建出一个满足AdHC业务场景需求的网络架构，为用户提供高效、安全、可靠的网络服务。

综上所述，AdHC网络架构的设计是一个复杂而系统的过程，需要综合考虑业务特性、需求分析、技术要求和设计过程等多个方面。只有通过深入理解和精心设计，才能实现一个能够满足用户需求和推动业务发展的优秀网络架构。未来，随着技术的不断发展和用户需求的不断变化，AdHC网络架构也将不断优化和完善。

探索AdHC网络架构：从业务场景到技术实现

5. 各层功能与网元的协同工作机制

各层次结构和网元在AdHC网络架构中并非孤立存在，而是相互协作，共同实现网络的高效运行。下面通过一个简单的流程图来展示它们之间的协同工作机制。

graph LR
    classDef process fill:#E5F6FF,stroke:#73A6FF,stroke-width:2px;

    A(终端系统):::process -->|请求内容| B(信息层):::process
    B -->|选择内容源| C(流层):::process
    C -->|建立流量流| D(CEP层):::process
    D -->|建立路径| E(机器层):::process
    E -->|传输数据| F(知识层):::process
    F -->|监控与管理| G(治理层):::process
    G -->|授权与决策| B
    B -->|提供内容| A

从这个流程图可以看出，当终端系统发起内容请求时，信息层会根据用户需求选择最佳内容源。然后，流层负责建立流量流，CEP层建立路径，机器层进行数据传输。知识层对整个过程进行监控和管理，治理层则负责授权和决策。如果在过程中需要进行调整或授权，治理层会向信息层反馈，以确保内容的正确提供。

6. 网络架构的优势与挑战

AdHC网络架构具有诸多优势，但也面临一些挑战。下面通过表格进行详细对比。

优势	挑战
命名持久性特征解决链接中断问题，确保信息始终可访问	不同层次结构和网元之间的协同工作需要复杂的协议和机制，增加了设计和实现的难度
提供更高质量的访问服务，支持多种内容和QoS保证	安全需求较高，需要确保用户身份、网络和内容的安全，防止信息泄露和恶意攻击
收费模式灵活，可根据不同需求进行分层收费	网络管理要求低，需要实现自动化和智能化管理，以降低运营成本
支持移动性，可利用“移动”存储减少物理基础设施部署	流量工程需要应对复杂的流量变化，确保网络的高效运行

7. 实际应用案例分析

为了更好地理解AdHC网络架构的实际应用，下面通过一个具体案例进行分析。

假设一个企业内部网络采用AdHC网络架构，员工可以通过不同的终端设备（如手机、电脑）访问企业内部的各种信息资源。

• 业务需求满足 ：员工在访问信息时，无需担心链接中断问题，因为命名持久性特征确保了信息的始终可访问。同时，不同的内容可以根据其重要性和实时性要求，提供不同的QoS保证，如视频会议等实时服务可以获得高带宽和低延迟的支持。
• 安全保障 ：企业可以通过设置用户身份的隐私选项，确保员工的身份信息不被泄露。网络只允许授权用户访问，防止外部人员的非法入侵。内容也只能由授权用户进行访问和操作，保证了信息的安全性和完整性。
• 成本控制 ：企业可以根据员工的使用情况，采用灵活的收费模式。对于一般的网络访问和特定的服务（如文件下载、视频播放）进行分开收费，降低了不必要的成本支出。同时，利用“移动”存储减少了物理基础设施的部署，进一步降低了成本。
• 管理便捷 ：网络只需要最低程度的配置和主动监控，减少了运营支出。自管理属性使得网络能够自动调整和优化，提高了管理效率。

8. 未来发展趋势

随着技术的不断发展，AdHC网络架构也将面临新的机遇和挑战。以下是一些未来可能的发展趋势：

• 智能化管理 ：利用人工智能和机器学习技术，实现网络的智能化管理。例如，通过对流量数据的分析，自动调整网络资源的分配，提高网络的性能和效率。
• 融合多种网络技术 ：与5G、物联网等技术进行融合，拓展AdHC网络的应用场景。例如，在物联网环境中，实现设备之间的高效通信和信息共享。
• 增强安全性能 ：随着网络安全威胁的不断增加，需要进一步增强AdHC网络的安全性能。例如，采用区块链技术确保信息的不可篡改和可追溯性。
• 支持更多应用场景 ：除了企业内部网络，AdHC网络架构还可以应用于智能交通、智能医疗等领域，为不同行业提供高效、安全的网络服务。

9. 总结

AdHC网络架构通过独特的业务特性、合理的需求分析、严格的技术要求和科学的设计过程，构建了一个高效、安全、可靠的网络架构。各层次结构和网元之间相互协作，共同实现了网络的各种功能。虽然面临一些挑战，但通过不断的优化和改进，AdHC网络架构具有广阔的应用前景。未来，随着技术的发展，AdHC网络架构将不断适应新的需求，为用户提供更加优质的网络服务。

希望通过本文的介绍，读者能够对AdHC网络架构有更深入的了解，为相关领域的研究和实践提供参考。