高速网络管理与流量控制大系统研究国家自然科学基金中标申请书

1、 国家自然科学基金申请书学科代码：F010106受理部门： 收件日期：受理编号：第 14 页 共 14 页国家自然科学基金申 请 书您现在还不能填写文档或打印，请根据以下三个步骤操作： 1)如果您是Word2000或以上版本用户，请把Word宏的安全性设为:"中" 方法: Word菜单->工具->宏->安全性->安全级,设置为"中" (如果您是Word97用户，继续执行以下步骤) 2)关闭本文档，重新打开本文档 3)点击"启用宏"按钮，即可开始填写本文档或打印了资助类别：面上项目亚类说明：自由申请项目 附注说明

2、：项目名称：高速网络管理与流量控制大系统方法的研究申 请 者：冯穗力 电话：02087112490依托单位：华南理工大学通讯地址：广州 天河 华南理工大学 电子与信息学院邮政编码：510640 单位电话：87110625E-mail ：fengsl申报日期： 2003年3月3日国家自然科学基金委员会基本信息申 请 者 信 息姓名性别男 出生年月1955年10月民族汉族 学位博士 职称教授 主要研究领域信息网络理论与技术 电话02087112490 E-mailfengsl传个人网页 工作单位华南理工大学电子与信息学院 在研项目批准号 依托单位信息名称代 码51064

3、101 联系人赵敏 E-mailadzhaom 电话87110625 网站地址 合作单位信息单 位 名 称代 码 项 目 基 本 信 息项目名称资助类别面上项目 亚类说明自由申请项目 附注说明 学科代码F010106:通信网F020303:计算机网络与分布式计算系统基地类别 预计研究年限2004年1月 2005年12月研究属性应用基础研究 总预算经费 申请经费 摘 要项目研究内容和意义简介（限400字）：现代网络技术的发展要求在基于统计复用网络上有效地实现多种类别业务的混合传输。大型高速网络是一个复杂的系统，通常端到端的信息流通常需要经过多个不同的网络自治系统， 整个网络的管理与控制本质上是一

4、个基于分布式的管理系统。传统的基于孤立结点的流量分析与控制方法难以保证网络资源的优化利用。本课题旨在利用大系统理论的分析方法，研究如何对大规模网络进行层次分割，在分布管理的环境下，采用分解协调的方法，对包括虚通路的建立，网络带宽动态分配和流量控制等进行计算，实现对大型网络资源的优化分配。关 键 词(用分号分开，最多5个)高速网络，流量控制，大系统理论 项目组主要成员编号姓 名出生年月性别职 称学 位单位名称电话E-mail项目分工每年工作时间（月）11955年10月男教授博士华南理工大学02087112490fengsl项目负责人621938年11月男教授学士华南理工大学02087112490

5、eewuye理论研究531955年8月男高级工程师学士华南理工大学02087112490eeznli系统仿真541970年8月男博士生硕士华南理工大学02087112490eehmzhang算法研究1051978年1月男硕士生学士华南理工大学02087112490eejdong理论研究1061978年3月男硕士生学士华南理工大学02087112490eemxie算法研究1071975年4月男硕士生学士华南理工大1467算法实现1081976年6月男硕士生学士华南理工大by_163c算法实现1091978年12月男硕士生学士华南理工大学02

6、0-87112490winterluo系统仿真10101980年1月女博士生硕士华南理工大h_licsy理论研究10总人数高级中级初级博士后博士生硕士生10300025说明: 1. 高级、中级、初级、博士后、博士生、硕士生人员数由申请者负责填报，总人数自动生成。说明: 2. 第一人必须是申请者，信息从前面自动读入。经费预算 (单位:万元) 科 目预算金额备注（计算依据与说明）一研究经费17.00001科研业务费7.0000 （1）测试/计算/分析费2.5000使用学校大型计算机、及网络系统仿真（2）能源/动力费1.0000能源动力费（3）会议费/差旅费2.0000计

7、划出席学术会议6人次（4）出版物/文献/信息传播事务费1.0000发表论文版面费,各种论文约15篇（5）其他0.5000不可预测费2实验材料费1.0000（1）原材料/试剂/药品购置费0.5000（2）其他0.5000完成项目实验室所需其它开支3仪器设备费2.0000（1）购置2.0000购置仿真计算计算机3台 （2）试制0.00004实验室改装费2.0000网络实验室改造5协作费1.0000外协实验费6其他0.0000二国际合作与交流费2.0000 1项目组成员出国合作交流2.0000参加国际学术会议2境外专家来华合作交流0.0000三劳务费1.5000研究生生活补贴费四管理费0.5000五

8、其他0.0000 经 费 总 预 算17.0000 申 请 经 费17 其他经费来源（单位：万元）自然科学基金其他项目资助经费 0.0000国家其他计划资助经费 0.0000其他经费资助（含部门匹配） 0.0000合 计0.0000 国家自然科学基金项目申请书报告正文(本提纲只适用于面上项目，可自行增加栏目，请撰写完毕后删除无关的信息。其他类型的项目请参照相关正文报告撰写提纲。)（一）立项依据与研究内容（4000-8000字）： 1、 项目的立项依据（附主要的参考文献目录）。研究意义随着宽带综合数字网络的发展，传统的电信网、数据通信网和计算机网正在逐步融为一体，一方面为网络的广泛应用带来巨大的

9、前景，另一方面也为网络带宽等资源分配和拥塞控制等提出了许多新的研究课题。在高速宽带网络中，定义了具有不同传输优先度的CBR、rtVBR、nrtVBR、ABR和UBR等业务，在基于统计复用和包交换的环境下，高效率地利用网络的资源和保证实时业务的传输服务质量（QoS）往往是一对矛盾，在大型高速网络的环境下，如何对穿越多个网络系统的网络资源进行有效的调配，还有许多尚待解决的问题，计算机互联网本身是由多个网络或多个自治系统构成一个复杂的大系统，网络各节点或各自治系统间存在复杂的相互影响和制约关系，尤其是引入QoS要求之后，要求高效率地利用网络资源使得系统的性能分析和控制十分复杂，以至基于整个系统的严格

10、分析事实上不可能实现。目前，在互联网中把划分成一个个自治系统作分布式的网络管理，在ATM论坛的PNNI协议中把一个大型的网络分解成若干层、若干个组的选路方法，实际已经无形中引入了大系统的处理方法。本研究将从大系统分析的理论高度对高速网络业务管理和流量控制进行研究，寻求对网络资源调度和分配的最优化。目前本研究所提出有关分析和研究方法在国内外还鲜有报道，本课题的研究可望对大型高速网络的分布式动态管理提出有一定指导意义的理论结果，对高速网络技术的完善、发展和实用化具有十分现实的意义。2目前的研究现状（1）对多种业务在网络中同时传输时的带宽的分配、所需的缓冲的大小等有关的研究往往局限于个别结点，在端到

11、端传输过程中各网络结点或自治系统间应如何协调等有关研究还非常有限；（2）每一种业务的传输特性往往孤立地进行研究，例如研究对ABR业务对反馈控制时没有或很少考虑信道可用带宽随其它更高级别业务所需带宽变化的影响；（3）目前主要的研究方法和结果大都来自排队论，一般只能得到稳态解或数值解难以反映网络瞬态特性；（4）实时业务，尤其是交互式的实时业务的传输要求在保证传输带宽的同时确定传输的延时上限，目前可对延时上限作定量分析的所谓“确定型（deterministic）”法难以分析信道的带宽利用率。另外，降低包实时调度运算的复杂性还有待研究。（5） 目前，互联网的应用范围不断扩大，其标准化组织IETF相应地

12、制定了不少支持实时业务传输的协议或协议草案，如IntServ和DiffServ等有关标准。这些协议往往只是一些类似信令系统结构的规范，具体如何高效率地实现还有待人们深入研究。对通信网络的流量控制的研究国内外有两大课题:一是集中于单个端到端的传输控制问题,另一个则是着眼全局的性能分析.前一问题的研究已有许多成果发表,在复杂的大型计算机网络中已经很难获得进一步大的突破。而进行后一方面研究的已发表的成果还很少,而专门针对大型网络的研究就更少.通过对近五年来的国内外主要刊物的检索，专门针对大型通信网络的流量传输问题的研究只有两篇文献，一是希腊的Logothetis等人的研究，二是上海交大韩兵等人所做的

13、工作。前者在将分散控制的思想用于VP带宽的优化分配，而后者则用分散控制方法对ATM网VP资源调度问题作了研究。与严格的最优解相比，它们的最大误差均在20%以上。这体现了简单的分散优化方法的局限性及寻求更精确方法的必要性。主要参考文献（1） Shengye Huang, Wu Ye and Suili Feng, Optimization of Path Bandwidth Allocation for Large-scale Telecommunication Networks, IEICE Transactions on Communications, Vol.E85-B,No.12, 20

14、02.12（2） Suili Feng and Ravi Sankar, Dynamic bandwidth allocation scheme for stationary VBR traffic based on prediction, IEEE GLOBECOM99 ,1999.12（3） Suili Feng and Ravi Sankar, Limitation and improvement to linear prediction and smoothing-based bandwidth allocation for VBR traffic , IEEE GLOBECOM99

15、,1999.12（4） W. Luo and M. E. Zarki, Quality Control for VBR video over ATM networks, IEEE Journal on Selected Areas in Communications, Vol. 15, No.6, 1997, 1029-1039（5） ATM Forum, Traffic Management Specification 4.0, 1996（6） P.T. Ammann, Managing Dynamic IP Networks, McGraw-Hill, 2000（7） D. McDysan

16、, QoS & Traffic Management in IP & ATM Networks, McGraw-Hill, 20002、 项目的研究内容、研究目标,以及拟解决的关键问题。研究内容：（1） 根据高速网络各交换节点或自治系统间对流量相互制约和分散控制的特点，采用动态大系统中有关分散控制的方法，确定各节点间带宽等资源分配和流量控制的有关参数和调节机制，解决包括带反馈控制的多节点网络中系统的稳定性及传输性能综合最优等问题，确定优化后系统端到端传输的有关延时上限、信元丢失率等性能参数。由于对大型计算机网络不可能实现集中控制，因此关键是如何将现有大系统理论中分散控制可靠性高

17、，简单和局部控制效果好的优点数据流量等参数的动态控制，将大系统理论中的多目标优化方法应用到高速网络的分析研究之中，在保证用户服务的QoS的基础上寻求获得最佳网络性能的方法。（2） 根据网络业务统计上具有自相似性、VBR业务带宽变化具有一定相关性等特性，在现有的线性和非线性预测理论研究的基础上，分析研究业务流变化的特点及有关的预测方法，解决在保证实时业务特点的延时上限、包出错及丢失概率等前提下的网络资源合理分配和最佳利用等问题，其中关键是如何根据不同的信元模型及特性合理选择预测方法及分析预测误差，寻找能保证业务传输QoS的调度策略。（3） 系统地将大系统理论应用于大型计算机网络带宽资源协调分配的

18、研究，以获取精确的最优解；提出一种快速的步进式子网带宽分配算法。（4） 网络性能参数的高精度快速估算。这是保证流量控制算法是否具有实时性涉及的一个重要问题（5） 对骨干网络节点上的业务流的合成规律进行研究研究目标：（1） 采用大系统理论分析大型高速网络性能，并得到一种基于分散控制和多目标决策及优化的方法；（2） 研究高速网络中多种业务混合传输时的有关特性，采用线性和非线性预测理论的方法对VBR业务带宽的变化特性进行预测，寻求一种较小实现代价的满足各类业务预定QoS要求的分布式网络资源动态管理和分配的方法。拟解决的关键问题：（1） 利用大系统理论的分析方法，对大规模网络进行层次分割，在分布管理的

19、环境下，采用分解协调的方法，对包括虚通路的建立，网络带宽动态分配和流量控制等进行计算，实现对大型网络资源的综合优化分配。（2） 将多目标优化算法应用于高速网络的业务管理和流量控制，以保证在网络中多种业务并存的环境下，在保证实时业务传输的同时，使网络的资源获得高效率的利用。（3） 研究基于VBR业务带宽预测的带宽分配算法及高效率的保证服务质量的包调度算法。3、 拟采取的研究方案及可行性分析。研究方法：将大系统分析的基本原理和现代信号处理理论用于高速网络多种业务的管理、业务量变换预测、流量控制和性能分析，并对有关网络流量和带宽调节控制的算法、包调度策略等进行计算机模拟。技术路线：（1） 将动态大系

20、统理论中的分散控制方法及多目标优化法应用于高速网络的分析，遵循集结法和分级分解法的思路，对大型高速网络进行大系统建模，实现对复杂计算机网络系统的分解协调控制。在此基础上作进一步的分析与计算机仿真研究，寻求全局意义上的最佳网络资源配置与传输控制策略，将其结果用于高速网络设计、规划与优化。（2） 通过资料的搜集与计算机仿真研究，分析比较当前诸多的VBR业务模型，计划尝试采用包括传统的线形预测算法、非线形的如人工神经网络、模糊逻辑等预测算法等多种不同的角度，建立VBR业务带宽预测模型，决定最佳的多种业务下带宽等资源动态分配和包调度策略的算法。可行性分析： 目前大系统控制理论已被成功地应用于大型电力、

21、交通和能源等传输控制系统，并取得显著经济效益。计算机网络与此类系统有相似之处，从原理上来说，将同样的研究分析方法用于高速网络业务流的管理与控制是完全可行的。另外，现代信号处理理论中各种线性与非线性的预测分析方法，已经广泛用于各种智能控制和动态调节的场合，将大系统控制理论与现代信号处理的方法有机地结合于高速网络的性能分析与资源的动态分配，可望获得新的有实际意义的成果。 4、 本项目的特色与创新之处。（1） 将大系统控制理论引入复杂多节点和多自治系统计算机网络系统的控制和性能分析，采用多目标决策的方法动态地对网络进行管理和控制，以求获得最佳的网络综合性能。（2） 综合分析和研究在高速网络中多种业务

22、并存时的行为，在对各业务流变化预测的基础上，确定在各节点和自治系统上根据对网络性能要求的定量调节控制的实现方法。5、 年度研究计划及预期研究结果。2004年1月2004年12月 根据大系统理论的基本原理研究适用高速网络分布式管理和控制的分解协调模型，研究和寻找有效的在给定目标下的分解协调和分布式算法。研究各种网络业务模型的统计和动态变化特性，应用各种线性和非线性的预测理论，研究网络流量动态预测的方法； 2005年1月2005年12月 在有关基于大系统的分解协调模型和网络流量预测分析的基础上，研究带宽网络资源动态分配的单目标和多目标优化控制的方法，对理论分析结果进行模拟仿真，结合实际的模型和环境

23、，检验分析的正确性、有效性和实用性。并在此基础上改进有关的算法。 2006年1月2006年12月 总结、论文撰写和成果验收。预期研究成果： 提出一种根据大系统理论对高速计算机网络分解协调的分布式控制的方法，以及单目标和多目标决策的算法对网络资源进行动态分配，以期获得综合最佳的网络综合性能。 根据切合实际的流量模型，获得对高速计算机网络在综合业务传输的条件下业务流特性动态变化预测的方法和高效率的包调度策略。 上述研究成果将主要以论文形式发表。预期在国内外重要学术刊物发表论文20篇以上，其中三大索引不少于5篇。此外还将开发出一套数值计算程序包。（二）研究基础与工作条件1、 工作基础已取得的研究工作

24、成绩及与本项目有关的研究工作积累（对于自由申请项目，请着重填写申请人近期的主要工作业绩；对于重点项目，请着重填写本课题组与本项目相关的研究工作积累和近五年的主要研究业绩） 本研究课题组在计算机网络性能分析，多媒体信源特性，高速网络基于资源预留的传输服务，流量的反馈控制等方面进行了长期的研究，具体表现为：（1） 1996年2月完成国家教委CERNET网络建设工程示范项目：CERNET会议电视实验系统；（2） 1998年10月完成国家“九五”攻关子课题项目：IP网上实时业务传输的研究；（3） 1992年以来获关于计算机网络性能分析研究的国家自然科学基金项目两项；（4） 发表的相关研究论文共计30余

25、篇，EI收录的论文两篇，ISPT收录的论文两篇，SCI收录论文1篇。2、 工作条件本课题组依托华南理工大学网络中心，学校具有基于快速交换式以太网和ATM网络并行的校园网主干，同时作为广东省重点实验室和CERNET华南地区主结点，有较好的实际数据采集和实验环境。高性能的工作站和服务器为仿真研究提供了良好的手段。3、 申请人简历1978.3-1982.1 在华南工学院 读本科 专业：电子理论与技术；获工学学士学位；1982.2-1986.9 在华南工学院 无线电工程系任助教；1986.9-1989.6 在华南理工大学 读研究生 专业：通信与电子系统；获工学硕士学位；1989.7-现在 在华南理工大

26、学 任教：讲师（1990）；副教授（1996）；教授（2001）1991.8-1992.8 作为研究助理到香港理工学院工作学习一年；1993.9-1998.3 在华南理工大学在职攻读博士学位；专业：电路与系统，获工学博士学位；1998.10-1999.10 由国家留学基金委资助作为访问学者到美国南佛罗里达大学学习工作一年。长期从事通信和信号处理领域方面的教学、科研工作。研究方向是信息网络理论与技术、信号处理等。先后主持或参加国家“九五”科技攻关项目子课题、国家自然科学基金、国家教委项目、广东省工业攻关及研究所或企业研究课题共计20余项。合作编写出版的著作有Internet国际互连网，中山大学出

27、版社。获实用新型专利授权1项。 发表科研论文近40篇，其中与本课题相关的主要有：1.冯穗力 叶梧等，一种无时间标记的包调度策略，通信学报,2002(7)；2.黄生叶，叶梧，冯穗力，基于准独立近似的巨型资源共享系统呼叫阻塞概率的快速算法，通信学报，2002(11)；3.Feng Suili & Sankar Ravi，Limitation and improvement to linear prediction and smoothing-based bandwidth allocation for VBR traffic，IEEE GLOBECOM99；4.Feng Suili &am

28、p; Sankar Ravi,Dynamic bandwidth allocation shceme for stationary VBR traffic based on prediction;IEEE GLOBECOM99; 5.Shengye Huang, Wu Ye, Suili Feng.IEICE Transactions on Communications, Vol.E85-B, No.12, 2002(12)；6冯穗力，叶梧，基于带宽要求预测的VBR业务速率分配，电路与系统学报, 1998(3)2 7. 树涛，叶梧，冯穗力，基于D1/D2/1模型的ATM VBR视频业务、模型的

29、分析，通信学报, 20(7), 19998冯穗力，叶梧等，实时业务端到端传输时序特性的恢复，计算机与网络，1998(11)9.冯穗力，叶梧等，一种ABR业务数据流量反馈控制方法, 华南理工大学学报，1998(3)10.冯穗力，叶梧等，高速网络业务模型及数据流量反馈控制研究, 华南理工大学学报，1998(7)11. 庄旭辉, 冯穗力，基于智能网技术构建的公用电话系统，电信科学, 2000(11)。4、 承担科研项目情况1.基于嵌入Linux操作系统的网络多媒体系统（2002，主持，广东省工业攻关项目）； 2.高速信息网络传输控制策略最优化研究(2000，参加，国家自然科学基金)； 3. 无线移动

30、多媒体终端技术（2001，主持，电子部7所）；4. 无线ATM主干纠错编码系统研究（2002，主持，电子部7所）；5. 视频会议图象后处理插帧模块（2001，主持，深圳华为）；6.在ATM网络上运行IP的技术研究（1996，子课题负责人，国家“九五”攻关项目）；7.H263标准图像压缩系统（2000，主持，广州波视多媒体公司）。 国家自然科学基金项目申请书签字和盖章页(此页不用填写!) 申 请 者：冯穗力 依托单位：华南理工大学项目名称：高速网络管理与流量控制大系统方法的研究 资助类别：面上项目 亚类说明：自由申请项目附注说明： 申请者承诺： 我保证申请书内容的真实性。如果获得基金资助，我将履

31、行项目负责人职责，严格遵守国家自然科学基金委员会的有关规定，切实保证研究工作时间，认真开展工作，按时报送有关材料。若填报失实和违反规定，本人将承担全部责任。 签字： 项目组主要成员承诺： 我保证有关申报内容的真实性。如果获得基金资助，我将严格遵守国家自然科学基金委员会的有关规定，切实保证研究工作时间，加强合作、信息资源共享，认真开展工作，及时向项目负责人报送有关材料。若个人信息失实、执行项目中违反规定，本人将承担相关责任。编号姓 名工作单位名称项目分工每年工作时间(月)签 字1冯穗力华南理工大学项目负责人62叶梧华南理工大学理论研究53李兆南华南理工大学系统仿真54张焕明华南理工大学算法研究1

32、05董江华南理工大学理论研究106谢明华南理工大学算法研究107刘旸华南理工大学算法实现108周必远华南理工大学算法实现109骆展鸿华南理工大学系统仿真1010宋晖华南理工大学理论研究10依托单位及合作单位承诺： 已按填报说明对申请人的资格和申请书内容进行了审核。申请项目如获资助，我单位保证对研究计划实施所需要的人力、物力和工作时间等条件给予保障，严格遵守国家自然科学基金委员会有关规定，督促项目负责人和项目组成员以及本单位项目管理部门按照国家自然科学基金委员会的规定及时报送有关材料。依托单位公章 合作单位公章1 合作单位公章2 合作单位公章3日期： 日期： 日期： 日期：个人简历-1 个人信息

33、中文姓名：冯穗力 拼音姓名：Feng Suili 民族：汉族 性别：男 出生日期：1955-10-11 身份证：440106551011187职称：教授 主要研究领域：信息网络理论与技术 最高学位：博士 授予国别(地区)：中国 授予年份：1998院士： 博士后： 办公电话：02087112490 家庭电话：02085516787 手机号码真Email：fengsl 个人网页： 所在单位：华南理工大学所在院、系、所：电子与信息学院通讯地址：广州 天河 华南理工大学 电子与信息学院 邮政编码：510640在研项目批准号(最多三个)： 最熟悉的研究领域(最多三个)： 简历1978.3-1982.1 在华南工学院 读本科 专业：电子理论与技术；获工学学士学位；1982.2-1986.9 在华南工学院 无线电工程系任助教；198