程?hào)|年，汪斌強(qiáng)，王保進(jìn)，張建輝

（國(guó)家數(shù)字交換系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心，河南 鄭州 450002）

1 引言

電信網(wǎng)的電路交換能力具有明確的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)針對(duì)性，但恰是它的這種承載結(jié)構(gòu)到網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的強(qiáng)針對(duì)性成為其資源利用效率低的重要原因?；ヂ?lián)網(wǎng)采用的分組交換協(xié)議IP具有網(wǎng)際互連的優(yōu)質(zhì)特性，IP一方面具有時(shí)間和空間雙重意義的統(tǒng)計(jì)復(fù)用特性，另一方面具有網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的語(yǔ)義透明性，然而，也正是 IP的統(tǒng)計(jì)復(fù)用性和語(yǔ)義透明性使其成為互聯(lián)網(wǎng)支持?jǐn)?shù)據(jù)傳送質(zhì)量的軟肋。不同于現(xiàn)有的服務(wù)質(zhì)量保證方法，內(nèi)在結(jié)構(gòu)可變的可重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)是在分組交換條件下解決數(shù)據(jù)傳送質(zhì)量問(wèn)題的一項(xiàng)全新的結(jié)構(gòu)性方法，它旨在既保留具有統(tǒng)計(jì)復(fù)用和語(yǔ)義透明等優(yōu)質(zhì)特性的分組交換模式，又以動(dòng)態(tài)改變自身結(jié)構(gòu)和行為的方式[1]來(lái)保證數(shù)據(jù)傳送的質(zhì)量。

可重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的研究大體沿自適應(yīng)協(xié)議和可編程網(wǎng)絡(luò)2個(gè)方向進(jìn)行[1]。在自適應(yīng)協(xié)議方向，文獻(xiàn)[2～4]研究了可重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)功能和結(jié)構(gòu)的宏觀性質(zhì)。文獻(xiàn)[2,4]以服務(wù)提供為目標(biāo)，研究了邏輯承載網(wǎng)的結(jié)構(gòu)形態(tài)及其構(gòu)建方法，文獻(xiàn)[3]針對(duì)層次化結(jié)構(gòu)，提出了松耦合、擴(kuò)展、隔離等網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建原則。由性能指標(biāo)驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)配置是另一個(gè)重要方面。文獻(xiàn)[5]用數(shù)據(jù)平均網(wǎng)絡(luò)時(shí)延作為性能度量，研究了樹(shù)形和等級(jí)結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)可重構(gòu)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。針對(duì)高度動(dòng)態(tài)環(huán)境中容易導(dǎo)致路由信息不一致的問(wèn)題，文獻(xiàn)[6]為可重構(gòu)節(jié)點(diǎn)提出了一種基于消息的多隊(duì)列同步機(jī)制。文獻(xiàn)[7]用呼叫阻塞率作為性能度量來(lái)設(shè)計(jì)可動(dòng)態(tài)重路由的機(jī)制。文獻(xiàn)[8]研究了用可連接性（connectability）刻畫(huà)傳輸網(wǎng)資源重構(gòu)策略的特征，以提高對(duì)流量動(dòng)態(tài)需求的適應(yīng)性和資源效率。文獻(xiàn)[9]針對(duì)多種不同的無(wú)線頻譜和資源優(yōu)化方法分別具有不同時(shí)間尺度的特點(diǎn)，提出了一種將多尺度方法進(jìn)行融合的端到端可重構(gòu)體系，旨在自動(dòng)調(diào)節(jié)無(wú)線接入處理模塊的操作參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)對(duì)業(yè)務(wù)流量模式的自適應(yīng)。文獻(xiàn)[10]提出一種將認(rèn)知和自主能力融入網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的端到端可重構(gòu)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。文獻(xiàn)[11]針對(duì)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)失效的問(wèn)題，提出一個(gè)分布式拓?fù)渲亟ńY(jié)構(gòu)DASH，通過(guò)自動(dòng)連通失效節(jié)點(diǎn)的各個(gè)鄰居來(lái)重建整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的連通性。文獻(xiàn)[12]給出一種光傳輸資源動(dòng)態(tài)優(yōu)化配置的可重構(gòu)光骨干網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，以達(dá)到有效支持由用戶而非網(wǎng)絡(luò)來(lái)動(dòng)態(tài)定制其骨干網(wǎng)光通道的目的。文獻(xiàn)[13]針對(duì)各種互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備在通信協(xié)議和技術(shù)上的異構(gòu)性，提出了一種信息驅(qū)動(dòng)體系結(jié)構(gòu) IDRA，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)技術(shù)在各異構(gòu)設(shè)備之間建立并維持連通性，從而自動(dòng)適應(yīng)并彌合設(shè)備間的異構(gòu)性。文獻(xiàn)[14]研究了 DiffServ中業(yè)務(wù)流服務(wù)速率的動(dòng)態(tài)配置問(wèn)題，在為路由器輸出鏈路的服務(wù)速率動(dòng)態(tài)配置問(wèn)題建立數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，采用啟發(fā)式算法探測(cè)網(wǎng)絡(luò)對(duì)業(yè)務(wù)流的服務(wù)效果，將可用的資源分配給不再滿足QoS約束的業(yè)務(wù)流，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)服務(wù)速率的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)。在可編程網(wǎng)絡(luò)方向，文獻(xiàn)[15]研究了網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的動(dòng)態(tài)構(gòu)建問(wèn)題，借助于協(xié)議推進(jìn)器（protocol boosters），創(chuàng)建了一個(gè)對(duì)協(xié)議實(shí)施動(dòng)態(tài)裝配的“協(xié)議市場(chǎng)”機(jī)制，允許網(wǎng)絡(luò)根據(jù)業(yè)務(wù)要求和自身狀態(tài)來(lái)動(dòng)態(tài)構(gòu)建與之相配的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。文獻(xiàn)[16]針對(duì)骨干網(wǎng)絡(luò)僅提供分組傳遞，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)由端系統(tǒng)提供，從而導(dǎo)致服務(wù)提供的靈活性差和效率低的問(wèn)題，提出網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的一種動(dòng)態(tài)構(gòu)建體系 NetSerV，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的節(jié)點(diǎn)公共執(zhí)行環(huán)境，使得網(wǎng)絡(luò)服務(wù)模塊可在不同節(jié)點(diǎn)間進(jìn)行動(dòng)態(tài)遷移和組合，實(shí)現(xiàn)了以最佳服務(wù)效果為目的的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)內(nèi)在結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)構(gòu)造。

然而，作為一種新型的結(jié)構(gòu)形態(tài)，可重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的微觀核心特征、重構(gòu)的柔性內(nèi)涵、柔性重構(gòu)的驅(qū)動(dòng)因素和驅(qū)動(dòng)機(jī)理等可重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)體系的核心要素仍然是未解的公開(kāi)問(wèn)題。當(dāng)前對(duì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)重構(gòu)柔性的認(rèn)識(shí)大多是宏觀和定性的，少有揭示網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)重構(gòu)柔性微觀的、過(guò)程的和定量的內(nèi)涵，而恰是后者決定可重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)最終呈現(xiàn)的真正功能和性能。本文從網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的實(shí)際效果應(yīng)最大程度地符合應(yīng)用傳送要求這一角度出發(fā)，探討網(wǎng)絡(luò)柔性重構(gòu)的固有內(nèi)涵。

本文第2節(jié)揭示了跟隨應(yīng)用要求而變化的時(shí)變信道這一可重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的核心特征；第3節(jié)進(jìn)一步揭示并闡述了結(jié)構(gòu)柔性的“漸變跟隨”、“著眼整體”、“隱性隔離”和“自主驅(qū)動(dòng)”4個(gè)重要內(nèi)涵，分別采用指數(shù)移動(dòng)平均、n:m表決、MDP和強(qiáng)化學(xué)習(xí)模型定量刻畫(huà)了服務(wù)效果對(duì)應(yīng)用要求的穩(wěn)定偏離和資源調(diào)整幅度的最佳順序決策；第4節(jié)給出了一種支持柔性重構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)功能結(jié)構(gòu)；第5節(jié)是結(jié)束語(yǔ)。

2 網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的核心特征

可重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的核心特征是其內(nèi)在結(jié)構(gòu)的時(shí)變性，即由時(shí)變的結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)時(shí)變的服務(wù)能力，最終實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)對(duì)應(yīng)用要求和特征的動(dòng)態(tài)適配。從該意義上講，可重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)對(duì)單個(gè)應(yīng)用呈現(xiàn)的最終結(jié)果應(yīng)當(dāng)是：構(gòu)造并保持能夠跟隨業(yè)務(wù)流量特征變化的時(shí)變信道，用過(guò)程意義的服務(wù)效果來(lái)一致地滿足網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的數(shù)據(jù)傳送要求。

這里，可變化的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)在結(jié)構(gòu)是指網(wǎng)絡(luò)資源的分配和使用方式可以動(dòng)態(tài)改變，換句話說(shuō)，網(wǎng)絡(luò)可以適時(shí)改變它對(duì)應(yīng)用所分配的資源和對(duì)資源的使用方式。網(wǎng)絡(luò)服務(wù)能力的適配性則指網(wǎng)絡(luò)向其使用者提供的業(yè)務(wù)能夠匹配時(shí)變的應(yīng)用要求和特征。傳統(tǒng)電信網(wǎng)的業(yè)務(wù)是確定的、離散的，互聯(lián)網(wǎng)使用的IP也僅僅做到了在分組層面實(shí)施隨機(jī)的資源分配，這種隨機(jī)性本質(zhì)上是局部的和不受控的?？芍貥?gòu)網(wǎng)絡(luò)與基于IP的互聯(lián)網(wǎng)的一個(gè)重要不同之處在于，可重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)重要目標(biāo)就是通過(guò)動(dòng)態(tài)的過(guò)程控制，使得其內(nèi)在結(jié)構(gòu)的變化調(diào)整以顯式的方式受控于網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)傳送要求和特征，最終使得服務(wù)效果對(duì)傳送要求之偏離程度達(dá)到最小，或者效果對(duì)要求的符合程度達(dá)到最大。

給定網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用要求的總和A和網(wǎng)絡(luò)實(shí)際的服務(wù)效果B，網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的一個(gè)重要目標(biāo)就是使得二者之差的絕對(duì)值|B-A|最小化。就網(wǎng)絡(luò)本身而言，網(wǎng)絡(luò)在時(shí)刻 t的重構(gòu)就是通過(guò)改變其內(nèi)部的結(jié)構(gòu) S(t)來(lái)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源對(duì)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的分配，在時(shí)刻t進(jìn)行資源分配的本質(zhì)則是確定總體網(wǎng)絡(luò)資源集合的一個(gè)劃分D(t)，D(t)的每一個(gè)資源子集則對(duì)應(yīng)時(shí)刻t的一個(gè)應(yīng)用要求和特征子集。在統(tǒng)計(jì)復(fù)用網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)資源的劃分是時(shí)變的。若ti為第i次重構(gòu)的時(shí)刻，則網(wǎng)絡(luò)資源劃分D(t)的演變軌跡為：

其中，t1＜t2＜…＜ti＜…。記h和g分別為概念意義的映射，則有D(t) = h(S(t)), B(t) = g(D(t), A(t))，這樣，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)效果“一致滿足”應(yīng)用傳送要求可以近似地表示為如下的優(yōu)化問(wèn)題：

網(wǎng)絡(luò)中所有應(yīng)用（或者某種應(yīng)用類(lèi)型中的所有應(yīng)用）要求的總和A具有2個(gè)典型特征：第一，在宏觀上，A不依賴于網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)、狀態(tài)等而獨(dú)立存在，即任何一個(gè)應(yīng)用的數(shù)據(jù)傳送要求不會(huì)因網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、狀態(tài)等條件的變化而變化。比如，話音應(yīng)用不會(huì)因網(wǎng)絡(luò)資源受限而降低其話音數(shù)據(jù)的傳送質(zhì)量要求；第二，在微觀上，A是時(shí)變的。對(duì)于共同使用某種網(wǎng)絡(luò)資源的一組應(yīng)用而言，雖然單個(gè)應(yīng)用的傳送要求通常是確定的，但由于網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的復(fù)合是隨機(jī)的，就使得因應(yīng)用復(fù)合而施加到該共享資源上的總體服務(wù)要求也是隨機(jī)變化的，因此，A是所有應(yīng)用需要的網(wǎng)絡(luò)資源量的隨機(jī)疊加。由于參與疊加的每個(gè)應(yīng)用通常都有與眾不同的要求、不同的疊加時(shí)刻和不同的生命周期，因此，A(t)是時(shí)變的隨機(jī)序列。

實(shí)際服務(wù)效果 B(t)是網(wǎng)絡(luò)的自身結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)資源的被占用狀態(tài)、改變資源劃分的網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)能力、獨(dú)立變化的應(yīng)用要求等因素相互作用的結(jié)果，它的最終外在數(shù)量特征與A(t)相同，即為所有應(yīng)用實(shí)際分配的網(wǎng)絡(luò)資源的總量，顯然B(t)也是時(shí)變的。然而，B(t)有2點(diǎn)與A(t)不同：第一，A(t)是導(dǎo)致B(t)變化的一個(gè)重要因素，例如，突然增大（或減?。┑母邇?yōu)先級(jí)流量會(huì)顯著擠占（或提升）低優(yōu)先級(jí)的瞬時(shí)相對(duì)帶寬。第二，B既可以大于A，也可以小于A，而且B和A的這種數(shù)量對(duì)比關(guān)系依然是時(shí)變的，可針對(duì)該數(shù)量對(duì)比關(guān)系建立網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的策略。從網(wǎng)絡(luò)自身的角度看，B大于A是一種“利他”型的策略，其目標(biāo)是用過(guò)量的資源來(lái)保證應(yīng)用的要求，而B(niǎo)小于A則是一種“利己”型的策略，它優(yōu)先考慮網(wǎng)絡(luò)資源的效率，力求資源效益最大化而可以忽略部分應(yīng)用服務(wù)效果的降級(jí)。

網(wǎng)絡(luò)對(duì)自身結(jié)構(gòu)的調(diào)整改變了網(wǎng)絡(luò)資源針對(duì)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的劃分D(t)，時(shí)變的資源劃分與應(yīng)用要求又進(jìn)一步地確定了下一時(shí)刻新的實(shí)際服務(wù)效果B(t)，而在下一時(shí)刻，新的服務(wù)效果與新的應(yīng)用要求又會(huì)作用于可重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的認(rèn)知控制結(jié)構(gòu)從而進(jìn)入新一輪的網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)循環(huán)，其中諸要素間的因果關(guān)系和操作循環(huán)如圖1所示。

圖1 網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的因果要素和操作循環(huán)

3 網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的柔性

揭示網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)自我調(diào)整中各個(gè)要素在功能意義的因果邏輯關(guān)系僅僅是第1步，還需要更加深入地探索網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的方式，換句話說(shuō)，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)自調(diào)整的方式是可重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)“一致滿足時(shí)變要求”的美好目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵。為此，網(wǎng)絡(luò)可以針對(duì)各個(gè)應(yīng)用進(jìn)行結(jié)構(gòu)的調(diào)整，但這意味著忽略應(yīng)用重要程度的差異性，使得有限的資源難以保證對(duì)所有應(yīng)用要求的一致滿足；網(wǎng)絡(luò)也可以針對(duì)應(yīng)用要求的任何變化立即進(jìn)行結(jié)構(gòu)調(diào)整，但這樣既無(wú)法兼顧網(wǎng)絡(luò)資源的效率，又未利用網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用對(duì)服務(wù)效果降級(jí)的容忍性質(zhì)；此外，針對(duì)一些應(yīng)用對(duì)資源劃分作出的改變是否需要考慮對(duì)其他應(yīng)用的影響？網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)操作是受獨(dú)立于網(wǎng)絡(luò)的外力（如，人工管理命令等）而被動(dòng)進(jìn)行的，還是受網(wǎng)絡(luò)自身的某種控制機(jī)構(gòu)（例如，內(nèi)在的認(rèn)知機(jī)制等）而主動(dòng)實(shí)施的？作者認(rèn)為，如果可重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)能以某種“柔性”的方式對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，就可以很好地兼顧諸如一致滿足所有應(yīng)用的時(shí)變要求、改善資源效率、保證重構(gòu)的透明性、建立對(duì)時(shí)變要求的自然和自主的適應(yīng)性等多種我們所期望的目標(biāo)。這里的柔性是網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)調(diào)整方式的總體特性，進(jìn)一步地，柔性是網(wǎng)絡(luò)針對(duì)應(yīng)用要求對(duì)其內(nèi)在結(jié)構(gòu)、資源做出隱性調(diào)整，以實(shí)現(xiàn)其服務(wù)效果對(duì)應(yīng)用要求動(dòng)態(tài)和緊密的跟隨，換句話說(shuō)，我們將達(dá)到內(nèi)在支持功能到外在服務(wù)要求一致和穩(wěn)定匹配效果的結(jié)構(gòu)調(diào)整方式稱作網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)重構(gòu)的柔性，具體地，重構(gòu)的柔性具有“漸變跟隨”、“整體要求”、“隱性隔離”和“自主驅(qū)動(dòng)”4個(gè)具體的內(nèi)在特征。

3.1 柔性是漸變跟隨

柔性首先表達(dá)的是可重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)在結(jié)構(gòu)為跟隨應(yīng)用要求而漸變的特性。這既是網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變化的時(shí)間特性，又是網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的外在特征。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的變化主要受網(wǎng)絡(luò)服務(wù)要求和網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部狀態(tài)兩大因素的驅(qū)動(dòng)，施加到網(wǎng)絡(luò)的所有應(yīng)用要求之匯聚構(gòu)成總的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)要求。顯然，該要求隨網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的復(fù)合行為和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的提供方式而隨機(jī)變化，另一方面，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部資源被占用的狀態(tài)也相應(yīng)地發(fā)生著隨機(jī)改變，對(duì)于擁有統(tǒng)計(jì)復(fù)用結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)就更是如此。所謂網(wǎng)絡(luò)對(duì)應(yīng)用的支持就是在相應(yīng)的層面（例如，會(huì)話級(jí)、流級(jí)、分組級(jí)等）為后者分配與其數(shù)據(jù)傳送的規(guī)格和要求相吻合的確定網(wǎng)絡(luò)資源。微觀上，由于外部應(yīng)用對(duì)網(wǎng)絡(luò)的使用請(qǐng)求狀態(tài)以及內(nèi)在資源被占用的狀態(tài)均隨機(jī)變化，就使得應(yīng)用要求與所分配的網(wǎng)絡(luò)資源之間將不可避免地發(fā)生不相符合的情形，這樣，網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)就是對(duì)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部資源分配進(jìn)行的調(diào)整或再分配，以達(dá)到應(yīng)用要求與所分配的網(wǎng)絡(luò)資源之間持續(xù)和一致吻合的目的。事實(shí)上，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)漸變是在動(dòng)態(tài)適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的傳送要求和保證網(wǎng)絡(luò)資源效率之間的一種折衷，這一方面是為了充分利用網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用對(duì)服務(wù)效果降級(jí)的容忍特性，另一方面是要避免網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)跟隨應(yīng)用要求在小尺度（時(shí)間或空間意義的）上的隨機(jī)波動(dòng)作即時(shí)和頻繁地變化，進(jìn)而避免網(wǎng)絡(luò)資源效率的穩(wěn)定降低。

柔性的漸變跟隨性質(zhì)具有時(shí)間和空間的雙重意義。結(jié)構(gòu)對(duì)要求時(shí)間意義的漸變跟隨具有3種基本模式：1) 滯后模式，它指結(jié)構(gòu)改變發(fā)生在效果對(duì)要求不吻合發(fā)生之后；2) 同步模式，指在不吻合發(fā)生的同時(shí)立即改變結(jié)構(gòu)；3) 超前模式，指在不吻合發(fā)生前就改變。與此相對(duì)，3種空間意義的漸變跟隨模式是：1) 欠量模式，即為未達(dá)到要求（即欠支持）的應(yīng)用增加的資源量少于應(yīng)當(dāng)增加的量，或者為超過(guò)要求（即過(guò)支持）的應(yīng)用減少的資源量少于應(yīng)當(dāng)減少的量；2) 等量模式，為欠支持的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用增加的資源量等于所需的增加量，或者為過(guò)支持的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用減少的資源量等于應(yīng)當(dāng)減少的量；3) 過(guò)量模式，為欠支持的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用增加的資源量大于所需的增加量，或者為過(guò)支持的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用減少的資源量大于應(yīng)當(dāng)減少的量。

結(jié)構(gòu)的漸變是相對(duì)于突變而言的，它是指滯后或同步的時(shí)間模式加上欠量或等量的空間模式。效果跟隨旨在吸收匯聚后的流量在小尺度上自然的隨機(jī)波動(dòng)，有效捕獲并利用其中的相對(duì)確定性，進(jìn)而達(dá)到既提高結(jié)構(gòu)調(diào)整的效率，也提高資源自身效率之目的。

對(duì)可重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)效果的度量可采用多種方法。首先，可用效果對(duì)要求的絕對(duì)偏離作為度量。在時(shí)刻t，記應(yīng)用的業(yè)務(wù)要求為d(t)，網(wǎng)絡(luò)為應(yīng)用提供的服務(wù)資源量為 x(t)，網(wǎng)絡(luò)對(duì)應(yīng)用的服務(wù)效果為g(x(t))，則可用f(t)表達(dá)效果對(duì)要求的“絕對(duì)偏離”程度：

其次，也可用效果對(duì)要求的相對(duì)符合來(lái)度量。對(duì)于具有服務(wù)要求下限dL（或上限dU）的應(yīng)用，可用fL(t)或fU(t)表達(dá)效果對(duì)要求的“相對(duì)符合”程度：

其中，c為代價(jià)系數(shù)（0＜c＜1）。這樣，網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的總體目標(biāo)就是使得f(t)、fL(t)或fU(t)最小化，即可重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的核心機(jī)制是實(shí)現(xiàn)式(5)給出的多階段隨機(jī)數(shù)學(xué)規(guī)劃問(wèn)題（這里忽略式(5)的約束條件）：

具體而言，網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的目標(biāo)就是使得 f(t)的均值不大于服務(wù)降級(jí)的最大容限。比如，在無(wú)連接分組交換網(wǎng)絡(luò)中，對(duì)于端到端時(shí)延要求為 b、最大容限為β的應(yīng)用而言，網(wǎng)絡(luò)為其提供的服務(wù)資源為各個(gè)節(jié)點(diǎn)上一定數(shù)量的分組緩存、相應(yīng)的分組調(diào)度優(yōu)先級(jí)和策略等，這些共同構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)為其提供的服務(wù)資源量 x(t)。如果網(wǎng)絡(luò)測(cè)量單元在某時(shí)段得知網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的實(shí)際效果已經(jīng)不符合“時(shí)延不大于b+β”的要求，就可以啟動(dòng)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)單元改變相關(guān)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)對(duì)該應(yīng)用的服務(wù)結(jié)構(gòu)，比如啟用迂回路由避開(kāi)擁塞區(qū)域、提高該應(yīng)用或它所在的業(yè)務(wù)類(lèi)的優(yōu)先級(jí)或增加對(duì)它的調(diào)度權(quán)重等，在式(2)的意義上，這些都對(duì)應(yīng)著以調(diào)整服務(wù)結(jié)構(gòu)的方式增加 x(t)，從而達(dá)到減小服務(wù)效果對(duì)要求的絕對(duì)偏離之目的。

網(wǎng)絡(luò)調(diào)整其服務(wù)結(jié)構(gòu)還有2個(gè)要點(diǎn)：第一，在發(fā)現(xiàn)效果低于要求之時(shí)，是否立即進(jìn)行結(jié)構(gòu)調(diào)整？即如何確定對(duì)x(t)的調(diào)整時(shí)機(jī)？第二，調(diào)整x(t)的定量規(guī)則是什么，即在一次調(diào)整操作中，x(t)到底該增加或減小多少？

確定 x(t)調(diào)整時(shí)機(jī)的基本原則是：調(diào)整應(yīng)針對(duì)效果對(duì)要求的穩(wěn)定偏離。可以采用指數(shù)移動(dòng)平均[17]y來(lái)度量服務(wù)效果z的穩(wěn)定偏離：

如果

已經(jīng)穩(wěn)定地成立，就可判定形成了效果對(duì)要求的穩(wěn)定偏離。這里，“穩(wěn)定地”成立可以通過(guò)如下簡(jiǎn)單的n:m“表決”機(jī)制來(lái)表達(dá)（n/2＜m＜n, n,m＞0），記

則效果對(duì)要求的穩(wěn)定偏離是指：

顯然，滿足yk+ cΔyk= β 的時(shí)刻k可以作為調(diào)整x(t)的一個(gè)時(shí)機(jī)。同理，引起從yk+ cΔyk≥ b 向yr+cΔyr＜b-δ變化的時(shí)刻r(k＜r)可以作為反向調(diào)整x(t)的一個(gè)時(shí)機(jī)，即可在時(shí)刻r取消在時(shí)刻k對(duì)x(t)做出的調(diào)整。

基于服務(wù)效果對(duì)服務(wù)要求穩(wěn)定偏離的資源調(diào)整構(gòu)成可重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)在結(jié)構(gòu)漸變的核心機(jī)制。

3.2 柔性的整體觀

結(jié)構(gòu)的柔性強(qiáng)調(diào)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的改變“敏感”于具有顯著意義的服務(wù)效果。一般而言，應(yīng)用集合比單個(gè)應(yīng)用的意義更顯著，因此，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)總體效果對(duì)所有應(yīng)用要求的適應(yīng)性構(gòu)成驅(qū)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)改變的另一個(gè)核心因素。

總體服務(wù)效果E的含義是網(wǎng)絡(luò)對(duì)全體應(yīng)用的加權(quán)平均服務(wù)結(jié)果。E可被定義為應(yīng)用重要性與網(wǎng)絡(luò)傳送效果之積，具體地，每個(gè)應(yīng)用i均有一個(gè)與其重要性相對(duì)應(yīng)的重要性權(quán)值wi，單個(gè)應(yīng)用的加權(quán)效果=(應(yīng)用重要性權(quán)值)×(應(yīng)用的平均傳送效果)，而應(yīng)用集合的加權(quán)效果=(應(yīng)用重要性權(quán)值之和)×(集合應(yīng)用的平均傳送效果)。在重構(gòu)的意義下，通常僅需考慮不小于某個(gè)下限W的重要性權(quán)值，即若應(yīng)用i的重要性權(quán)值wi不小于W，則單獨(dú)考慮i的加權(quán)平均服務(wù)效果，反之，將i納入一個(gè)其成員具有相似重要性的應(yīng)用集合，該集合內(nèi)所有應(yīng)用的重要性權(quán)值之和不小于W，然后再將該集合作為一個(gè)整體考慮其加權(quán)平均服務(wù)效果。在現(xiàn)實(shí)中，可以將重要性按離散方式處理，比如，對(duì)于高優(yōu)先級(jí)的應(yīng)用，可按單個(gè)應(yīng)用或者構(gòu)造小的應(yīng)用集合來(lái)定義重要性，而對(duì)低優(yōu)先級(jí)的應(yīng)用，則可以按某種原則（如應(yīng)用性質(zhì)或要求是否相同或相近）構(gòu)造大的應(yīng)用集合來(lái)定義重要性。針對(duì)總體服務(wù)效果來(lái)改變結(jié)構(gòu)的一個(gè)明顯好處是，網(wǎng)絡(luò)不輕易地為一個(gè)或少數(shù)次要應(yīng)用的服務(wù)效果變差而改變其結(jié)構(gòu)，相反，當(dāng)一個(gè)重要性權(quán)值不小于 W 的單個(gè)應(yīng)用或應(yīng)用集合的服務(wù)效果變差時(shí)，才觸發(fā)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行重構(gòu)，從而提高可重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)對(duì)服務(wù)效果的針對(duì)性，避免結(jié)構(gòu)變化呈現(xiàn)低效或無(wú)效地抖動(dòng)，最終將與網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)行為相對(duì)應(yīng)的效果收益最大化。

那么，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的柔性變化應(yīng)當(dāng)具備何種定量特征呢？一個(gè)關(guān)鍵是確定資源調(diào)整幅度的量化模型。記x(t)為時(shí)刻t的資源調(diào)整幅度，則確定x(t)的基本原則應(yīng)是充分、高效且透明。充分是指作為調(diào)整結(jié)果的 x(t)應(yīng)當(dāng)減小效果對(duì)要求的絕對(duì)偏離程度，高效指調(diào)整后應(yīng)使得分配給應(yīng)用的所有資源完全用于糾正偏離，不出現(xiàn)資源利用效率的降低，而透明則指對(duì)發(fā)生偏離的應(yīng)用所進(jìn)行的資源調(diào)整不應(yīng)當(dāng)影響正在為所有未發(fā)生偏離的應(yīng)用提供的正常服務(wù)水平。

確定調(diào)整幅度的定量機(jī)制是一個(gè)難點(diǎn)，其原因有2個(gè)，一是網(wǎng)絡(luò)對(duì)應(yīng)用的實(shí)際服務(wù)效果本質(zhì)上是時(shí)間意義的隨機(jī)量，二是即使可以計(jì)算出糾正偏離所需的資源調(diào)整量，也難以定量計(jì)算調(diào)整后對(duì)其他應(yīng)用產(chǎn)生的未來(lái)影響以及影響的程度。事實(shí)上，真正需要關(guān)注的應(yīng)當(dāng)是資源調(diào)整導(dǎo)致的“長(zhǎng)期”服務(wù)效果，具體地說(shuō)，應(yīng)當(dāng)從應(yīng)用集合的角度出發(fā)，使得資源調(diào)整控制單元和執(zhí)行單元與它所面對(duì)的隨機(jī)系統(tǒng)（即受隨機(jī)要求影響的服務(wù)效果和資源狀態(tài)）進(jìn)行一系列的交互活動(dòng)，確定每一次的資源調(diào)整量，從而使得所進(jìn)行的一系列資源調(diào)整對(duì)所有應(yīng)用的“長(zhǎng)期”綜合服務(wù)效果達(dá)到最佳。顯然，可以將確定資源調(diào)整幅度的問(wèn)題視為一個(gè)“順序決策”問(wèn)題，這樣，可用Markov決策過(guò)程（MDP, Markov decision process）[18]模型為資源調(diào)整幅度問(wèn)題建立最優(yōu)的資源調(diào)整策略。

基于相對(duì)符合來(lái)度量可重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)效果，考慮如下基本的離散MDP模型。

1) 針對(duì)給定了上限要求 dU(dU＞0)的特定應(yīng)用（或同類(lèi)型應(yīng)用集合），可給出一個(gè)相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)效果偏離容限δ(δ＞0)，使得效果 g(x(t))的取值范圍分別為 g(x(t)) ＞ dU+δ、|g(x(t)) - dU|＜δ 和 g(x(t)) ＜dU-δ。

2) 定義系統(tǒng)狀態(tài)空間為S={G, N, P}，其中，3個(gè)系統(tǒng)狀態(tài) G、N和 P分別代表服務(wù)效果的“優(yōu)（good）”、“常（normal）”和“差（poor）”，它們各自對(duì)應(yīng)g(x(t))的取值分別落入上述3個(gè)范圍。

3) 為3個(gè)狀態(tài)分別引入一個(gè)立即回報(bào)R，比如，RG= R+（R+＞0），RN=0，RP= R-（R-＜0）。這里，R可以靜態(tài)的方式指定（比如，令R+=1，R-=-1），也可定義為隨系統(tǒng)狀態(tài)而動(dòng)態(tài)變化的函數(shù)（比如，令R+=R-= fL(t)）。

4) 定義一個(gè)表達(dá)調(diào)整操作的動(dòng)作集合 A，比如，A={I, Z, D}，其中，I為按Δ+增加資源分配，Z為無(wú)操作，D 為按Δ-減少資源分配（Δ+, Δ-＞0）。每個(gè)系統(tǒng)狀態(tài) s都有一個(gè)與之關(guān)聯(lián)的動(dòng)作集合 A(s)（s∈S, A(s)∈A）。

5) 確定各個(gè)狀態(tài)間的條件轉(zhuǎn)移概率：

對(duì)任一狀態(tài) i（i∈S）和某個(gè)動(dòng)作 a（a∈A(i)）而言，式(11)指定的轉(zhuǎn)移概率構(gòu)成一個(gè)完整的概率分布。

實(shí)際的模型可以比上述模型復(fù)雜得多。例如，可將資源變化的增量Δ+和減量Δ-細(xì)分為多個(gè)不同的量級(jí)，系統(tǒng)狀態(tài)也作對(duì)應(yīng)的細(xì)分。比如，將Δ+分成Δ+1, Δ+2, …, Δ+p（Δ+k＞0, k=1,2,…, p）共 p 個(gè)等級(jí)，而將Δ-分成Δ-1, Δ-2, …, Δ-q（Δ-w＞0, w=1,2,…, q）共q個(gè)等級(jí)，動(dòng)作集合相應(yīng)地變?yōu)锳={I+1, I+2,…, I+p, Z,D-1, D-2, …, D-q}，對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)狀態(tài)則變?yōu)镾={G1,G2, …, Gp, N, P1, P2, …, Pq}。這樣雖然增加了最優(yōu)策略的求解復(fù)雜度，但得到的一定是上述劃分意義上的最佳長(zhǎng)期資源調(diào)整量。

上述 MDP模型可用于定量地確定資源調(diào)整的幅度，目標(biāo)是通過(guò)使得每個(gè)狀態(tài)的長(zhǎng)期回報(bào)達(dá)到最大來(lái)得到整個(gè)資源調(diào)整幅度問(wèn)題的最優(yōu)策略，即{＜s, a＞| s∈S, a∈A}。記在時(shí)刻 0 處于狀態(tài)s、執(zhí)行動(dòng)作a且后續(xù)時(shí)刻采取策略π 時(shí)所得到的長(zhǎng)期回報(bào)為 Jπ(s, a)：

其中，fi為時(shí)刻i的立即回報(bào)。由此可得狀態(tài)s的最大“狀態(tài)-值”函數(shù)J*(s, a)：

對(duì)于J*(s, a)的求解，既可采用依賴模型的動(dòng)態(tài)規(guī)劃方法[19,20]（例如，策略迭代或值迭代），也可采用不依賴模型的 Q-學(xué)習(xí)（Q-learning）方法[19～22]。與動(dòng)態(tài)規(guī)劃方法相比，模型無(wú)關(guān)的Q-學(xué)習(xí)方法一方面無(wú)需建立模型，另一方面它在本質(zhì)上具備對(duì)動(dòng)態(tài)變化環(huán)境的自主和自動(dòng)適應(yīng)性，因此非常適合可重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的時(shí)變網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。采用Q-學(xué)習(xí)方法計(jì)算J*(s,a)時(shí)，需要引入J*n+1(s, a)的估計(jì)通過(guò)下述迭代[23]：

其中，vn(s,a)是到第n步迭代時(shí)在狀態(tài)s執(zhí)行動(dòng)作a的累計(jì)次數(shù)。Mitchell 已從理論上證明：當(dāng) n→∞時(shí)，有

狀態(tài)s的最優(yōu)策略π*(s)可通過(guò)J*(s, a)得到：

遍歷狀態(tài)空間，最終可得到可重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)資源調(diào)整規(guī)模問(wèn)題的最優(yōu)決策π*：

在實(shí)際中的π*是通過(guò)在線學(xué)習(xí)的方式逐步得到的，即將隨系統(tǒng)狀態(tài)的演進(jìn)逐步逼近J*n+1(s, a)，相應(yīng)地，對(duì)最優(yōu)決策的估計(jì)也將貫序地收斂到最優(yōu)決策π*。

3.3 柔性的聚焦作用

對(duì)所承載的所有應(yīng)用而言，網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的柔性表現(xiàn)為典型的服務(wù)效果聚焦作用。這里，“聚焦”的含義借用了信號(hào)分析中沖擊函數(shù)(δ-function)的意義，是指網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)調(diào)整完全也只針對(duì)特定的目標(biāo)應(yīng)用（例如服務(wù)效果降級(jí)的應(yīng)用），而完全不針對(duì)其他任何非目標(biāo)應(yīng)用。換句話說(shuō)，結(jié)構(gòu)調(diào)整應(yīng)僅僅對(duì)目標(biāo)應(yīng)用起效，而對(duì)其他非目標(biāo)應(yīng)用既不可見(jiàn)也不起效。服務(wù)效果的這種隔離效應(yīng)一方面保證了結(jié)構(gòu)調(diào)整對(duì)相關(guān)應(yīng)用效益的最大化，另一方面也保證了結(jié)構(gòu)調(diào)整對(duì)無(wú)關(guān)應(yīng)用影響的最小化。

效果聚焦呈現(xiàn)的“完全作用-完全隱藏”性質(zhì)是網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)柔性的一個(gè)重要內(nèi)涵，基于該性質(zhì)可以導(dǎo)出結(jié)構(gòu)調(diào)整方式的指導(dǎo)原則和設(shè)計(jì)方法，進(jìn)而可從頂層設(shè)計(jì)的角度滿足效果對(duì)要求一致匹配和網(wǎng)絡(luò)資源高效使用的總體目標(biāo)。相反，如果不考慮這一性質(zhì)，就沒(méi)有相應(yīng)的聚焦控制邏輯，此時(shí)重構(gòu)機(jī)構(gòu)對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行的調(diào)整或再分配就可能導(dǎo)致2個(gè)不利的結(jié)果：一方面，真正出現(xiàn)效果降級(jí)的應(yīng)用不能得到完全的服務(wù)補(bǔ)償；另一方面卻是并未出現(xiàn)效果降級(jí)的其他應(yīng)用卻額外得到了多余的資源和服務(wù)，從而導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)資源調(diào)整的針對(duì)性減弱、效益分散，效果不佳。從網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的角度看，這種不利結(jié)果會(huì)使得服務(wù)效果降級(jí)的應(yīng)用確定地“感受到”實(shí)際效果對(duì)其要求的不匹配，而這種可見(jiàn)性恰恰是可重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)需要向網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用隱藏的。

總體上，基于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的隱性變化而對(duì)應(yīng)用呈現(xiàn)的效果聚焦性質(zhì)意味著既不會(huì)出現(xiàn)應(yīng)用感受到傳送質(zhì)量的下降，也不會(huì)出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)為應(yīng)用提供冗余的資源。值得注意的是，應(yīng)用要求、服務(wù)效果、網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)等在時(shí)間和空間上都是隨機(jī)的因素，而網(wǎng)絡(luò)內(nèi)每一個(gè)應(yīng)用（或應(yīng)用類(lèi)）效果對(duì)要求的符合是可重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)追求的一個(gè)目標(biāo)。這種隨機(jī)性、普遍性和全局性的交織給可重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)了巨大挑戰(zhàn)，特別是對(duì)于沒(méi)有全局資源預(yù)留的分組交換，具有聚焦性質(zhì)的資源動(dòng)態(tài)調(diào)整的機(jī)理和實(shí)現(xiàn)方法成為未來(lái)設(shè)計(jì)所面臨的一個(gè)難題。

3.4 柔性由網(wǎng)絡(luò)自主驅(qū)動(dòng)

可重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)自主地驅(qū)動(dòng)其內(nèi)在結(jié)構(gòu)的變化，不需要外力的介入。這里，外力是指凌駕于網(wǎng)絡(luò)之上的支配因素，比如，人為的控制等。我們注意到，網(wǎng)絡(luò)為應(yīng)用所作的資源分配、資源被占用的狀態(tài)和應(yīng)用的實(shí)際傳送效果這3種核心因素有3個(gè)共同的重要性質(zhì)。首先，它們均發(fā)生在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部；其次，它們的發(fā)生、變化和終止在時(shí)間和空間上都呈現(xiàn)隨機(jī)性；最后，它們的隨機(jī)行為可以發(fā)生在時(shí)間和空間的任何點(diǎn)以及任何尺度。上述3個(gè)性質(zhì)必然導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)之外的支配因素均不可能從網(wǎng)絡(luò)外部、在準(zhǔn)確的時(shí)間點(diǎn)和空間點(diǎn)、以確定的方式對(duì)上述3種核心事件實(shí)施精準(zhǔn)而有效地測(cè)量、判斷和處理，因而也就不可能構(gòu)建有效的反饋控制結(jié)構(gòu)。相反，上述3類(lèi)核心因素的固有性質(zhì)表明只有網(wǎng)絡(luò)自身才是其結(jié)構(gòu)和資源真正的和自然的控制者。

網(wǎng)絡(luò)的自主驅(qū)動(dòng)能力表現(xiàn)在表達(dá)、測(cè)量、處理和反饋4個(gè)方面。①網(wǎng)絡(luò)要對(duì)服務(wù)要求和服務(wù)效果建立正確的內(nèi)在表達(dá)。網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部對(duì)要求和效果的表達(dá)應(yīng)當(dāng)?shù)葍r(jià)于網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用對(duì)要求和效果的表達(dá)。比如，對(duì)于時(shí)延這一要求或效果，網(wǎng)絡(luò)對(duì)分組時(shí)延的刻畫(huà)應(yīng)當(dāng)符合應(yīng)用對(duì)請(qǐng)求的響應(yīng)時(shí)延要求。②網(wǎng)絡(luò)應(yīng)具備內(nèi)在和自主的測(cè)量能力。這里的測(cè)量泛指采樣、計(jì)算和判斷，即網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)地對(duì)要求和效果的瞬時(shí)值進(jìn)行采樣，計(jì)算關(guān)于要求和效果的統(tǒng)計(jì)量，判別服務(wù)效果是否偏離了服務(wù)要求，計(jì)算偏離的程度。③網(wǎng)絡(luò)基于測(cè)量結(jié)果自我和自動(dòng)生成結(jié)構(gòu)調(diào)整的控制信號(hào)，并將控制信號(hào)實(shí)時(shí)和準(zhǔn)確地送給重構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。④網(wǎng)絡(luò)將結(jié)構(gòu)調(diào)整的結(jié)果回送到反饋單元，從而形成網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的自主反饋和循環(huán)控制的結(jié)構(gòu)。

自主驅(qū)動(dòng)的結(jié)構(gòu)重構(gòu)是可重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的一種內(nèi)在能力，這種自我和自主性質(zhì)使得可重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)能夠以符合應(yīng)用要求和服務(wù)效果之間固有動(dòng)力學(xué)規(guī)律的自然方式，有針對(duì)性并有效地把握對(duì)其結(jié)構(gòu)實(shí)施改變的時(shí)間和空間尺度，進(jìn)而以柔性變化的內(nèi)在結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)效果對(duì)外在要求的一致匹配。

4 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形態(tài)

柔性重構(gòu)的功能最終要表現(xiàn)為相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)。圖2給出了一個(gè)以網(wǎng)絡(luò)認(rèn)知為核心的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)功能結(jié)構(gòu)，分為數(shù)據(jù)面和控制面 2部分，控制面負(fù)責(zé)柔性重構(gòu)決策的生成，完成結(jié)構(gòu)重構(gòu)操作，而數(shù)據(jù)面則負(fù)責(zé)正常的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)操作。

控制面中包含網(wǎng)蟻（netant）、狀態(tài)與視圖、認(rèn)知核、認(rèn)知決策庫(kù)、重構(gòu)控制器和控制執(zhí)行單元 6個(gè)重要的柔性重構(gòu)功能單元。

節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)是重構(gòu)的基礎(chǔ)，因此，各個(gè)節(jié)點(diǎn)狀態(tài)在全網(wǎng)的實(shí)時(shí)發(fā)布對(duì)于效果的實(shí)時(shí)跟隨來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。本文引入稱為“網(wǎng)蟻”的移動(dòng)代理，它們以隨機(jī)或定向的方式在網(wǎng)內(nèi)游動(dòng)，動(dòng)態(tài)采集網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的實(shí)時(shí)狀態(tài)信息并以“概率廣播”的方式及時(shí)分發(fā)給所有其他節(jié)點(diǎn)，各個(gè)網(wǎng)蟻之間也以動(dòng)態(tài)訪問(wèn)節(jié)點(diǎn)的方式實(shí)現(xiàn)交互。狀態(tài)與視圖則以統(tǒng)一的格式接收網(wǎng)蟻帶來(lái)的實(shí)時(shí)狀態(tài)信息，也將節(jié)點(diǎn)自身的最新?tīng)顟B(tài)信息交給網(wǎng)蟻進(jìn)行廣播，還完成內(nèi)部外部狀態(tài)的存儲(chǔ)和格式的轉(zhuǎn)換。

圖2 支持柔性重構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)功能結(jié)構(gòu)

認(rèn)知核是柔性重構(gòu)功能的計(jì)算處理中心，它基于業(yè)務(wù)要求和內(nèi)部外部狀態(tài)來(lái)動(dòng)態(tài)計(jì)算節(jié)點(diǎn)和局部網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)效果對(duì)傳送要求的偏離程度，按照傳送要求對(duì)業(yè)務(wù)流進(jìn)行分類(lèi)，基于認(rèn)知決策庫(kù)和學(xué)習(xí)算法來(lái)動(dòng)態(tài)計(jì)算資源分配量和調(diào)整的幅度。

認(rèn)知決策庫(kù)包含業(yè)務(wù)傳送要求、優(yōu)化模型和優(yōu)化目標(biāo)，它在為認(rèn)知核提供計(jì)算模型和規(guī)則的同時(shí)，也基于認(rèn)知核的計(jì)算結(jié)果提煉新知識(shí)。

重構(gòu)控制器從認(rèn)知核接收操作指令，對(duì)協(xié)議執(zhí)行部件的操作模式和參數(shù)實(shí)施調(diào)整。比如，修改數(shù)據(jù)面內(nèi)的分組隊(duì)列門(mén)限，調(diào)整或重新定義業(yè)務(wù)優(yōu)先級(jí)，調(diào)整調(diào)度器的隊(duì)列帶寬分配比例等，重構(gòu)控制器也可以指示控制執(zhí)行單元修改或重選路由。

數(shù)據(jù)面的核心任務(wù)在不斷變化的處理結(jié)構(gòu)之上，依照操作模式和參數(shù)執(zhí)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，將操作結(jié)果以內(nèi)部狀態(tài)的形式提供給狀態(tài)與視圖單元。

在整體上，控制面的6個(gè)單元與數(shù)據(jù)面的操作單元一同構(gòu)成“內(nèi)外環(huán)境感知—認(rèn)知計(jì)算決策—自主結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)”的反饋控制環(huán)，形成柔性重構(gòu)的微觀處理機(jī)制，這是實(shí)現(xiàn)表達(dá)、測(cè)量、處理和反饋的重要系統(tǒng)平臺(tái)。

5 結(jié)束語(yǔ)

當(dāng)前對(duì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)柔性的認(rèn)識(shí)大多限于它的宏觀和定性的方面，少有揭示網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)柔性微觀的、過(guò)程的和定量的內(nèi)涵。從過(guò)程意義的服務(wù)效果一致匹配應(yīng)用要求之角度出發(fā)，本文探索了網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的柔性內(nèi)涵。對(duì)于可重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)而言，跟隨應(yīng)用時(shí)變要求的時(shí)變信道這一核心特征是重構(gòu)柔性的決定因素。從“一致滿足”應(yīng)用要求的時(shí)變信道出發(fā)，本文揭示了重構(gòu)柔性的“漸變跟隨”、“著眼整體”、“隱性隔離”和“自主驅(qū)動(dòng)”4個(gè)重要內(nèi)涵，采用指數(shù)移動(dòng)平均、n:m表決、MDP和強(qiáng)化學(xué)習(xí)定量地刻畫(huà)了效果對(duì)要求的穩(wěn)定偏離和資源調(diào)整幅度的最佳順序決策。

從充分利用網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)真正價(jià)值的角度看，本文對(duì)結(jié)構(gòu)柔性內(nèi)涵的上述認(rèn)識(shí)仍是初步的。時(shí)變信道基于眾多隨機(jī)因素實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)用要求的“一致匹配”，這一性質(zhì)既是可重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)近似正確或者合理的目標(biāo)，也是設(shè)計(jì)可重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)面臨的一個(gè)難點(diǎn)。由于對(duì)資源的隨機(jī)共享普遍存在于可重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中，就使得客觀意義的隨機(jī)性、全局性和主觀意義的確定性相互交織，這種復(fù)雜性對(duì)于認(rèn)清柔性內(nèi)涵和重構(gòu)機(jī)理以及明確可重構(gòu)這種新型的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形態(tài)帶來(lái)了巨大挑戰(zhàn)。另一方面，本文對(duì)柔性的“漸變跟隨”、“著眼整體”、“隱性隔離”和“自主驅(qū)動(dòng)”這4個(gè)內(nèi)涵的認(rèn)識(shí)是否完整、是否合理和是否有效，還不能僅僅靠說(shuō)理，更重要的還需要用網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)和應(yīng)用的實(shí)踐來(lái)驗(yàn)證并回答。比如，設(shè)計(jì)表達(dá)柔性重構(gòu)內(nèi)涵的具體網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、優(yōu)化節(jié)點(diǎn)支持結(jié)構(gòu)等，而這些將一并成為作者未來(lái)研究的一個(gè)重點(diǎn)方向。

[1] HAD?I? I. Applying Reconfigurable Computing to Reconfigurable Networks[D]. University of Pennsylvania, 1999.

[2] 齊寧, 汪斌強(qiáng), 郭佳. 邏輯承載網(wǎng)構(gòu)建方法的研究[J]. 計(jì)算機(jī)學(xué)報(bào),2010, 33(9):1533-1540.QI N, WANG B Q, GUO J. Research on construction methods of logical carrying network[J]. Chinese Journal of Computers, 2010,33(9): 1533-1540.

[3] 劉強(qiáng), 汪斌強(qiáng), 徐恪. 基于構(gòu)件的層次化可重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建及重構(gòu)方法[J]. 計(jì)算機(jī)學(xué)報(bào), 2010, 33(9):1557-1568.LIU Q, WANG B Q, XU K. Construction and reconfiguration scheme of the hierarchical reconfiguration network based on the components[J]. Chinese Journal of Computers, 2010, 33(9):1557-1568.

[4] 王浩學(xué), 汪斌強(qiáng), 于婧等. 一體化承載網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)研究[J]. 計(jì)算機(jī)學(xué)報(bào), 2009, 32(3):371-376.WANG H X, WANG B Q, YU J, et al. Research on architecture of universal carrying network[J]. Chinese Journal of Computers, 2009,32(3): 371-376.

[5] NANCE R E, MOOSE R L J. Link capacity assignment in dynamic hierachical networks[J]. Computer Networks and ISDN Systems, 1988,15(3):189-202.

[6] WU X C, WU C M, JIA F G. Research on a synchronization algorithm of look-up table in open reconfigurable router[J]. Chinese Journal of Electronics, 2010, 19(3):419-422.

[7] GOPAL G, KIM C K, WEINRIB A. Algorithms for reconfigurable networks[A]. The 13th International Teletraffic Congress[C]. Copenhagen, Denmark, 1991. 341-379.

[8] MACGREGOR M, GROVER W D, MAYDELL U M. Connectability:a performance metric for reconfigurable transport networks[J]. IEEE Journal on Selected Areas in Communications, 1993,11(9):1461-1469.

[9] MOESSNER K, LUO J, MOHYELDIN E, et al. Functional architecture of end-to-end reconfigurable systems[A]. 2006 IEEE the 63rd Vehicular Technology Conference[C]. Melbourne, Australia, 2006. 196-200.

[10] BOUFIDIS Z, ALONISTIOTI N, HOLLAND O, et al. End-to-end architecture for cognitive reconfigurable wireless networks[A]. The 16th IST Mobile and Wireless Communications Summit[C]. Budapest,Hungary, 2007. 1-5.

[11] SAIA J, TREHAN A. Self-healing in reconfigurable networks[A].2008 IEEE International Symposium on Parallel and Distributed Processing[C]. Miami, USA, 2008. 1-12.

[12] ZHANG X J, LUMETTA S S, CHIU A L, et al. Heuristic resource optimization for dynamic wavelength services on optically reconfigurable networks[A]. The 19th International Conference on Computer Communications and Networks[C]. Zurich, Switzerland, 2010. 1-8.

[13] POORTER E D, MOERMAN I, DEMEESTER P. Support for heterogeneous dynamic network environments through a reconfigurable network service platform[A]. 2011 the 1st International Symposium on Access Spaces[C]. Yokohama, Japan, 2011. 174-179.

[14] LOUTA M D, MICHALAS A C. Quality of service management in IP networks through dynamic service rate reconfiguration[J]. Journal of Internet Technology, 2006, 7(1):45-57.

[15] SMITH J M, NETTLES S M. Active networking: one view of the past,present and future[J]. IEEE Transactions on Systems, Man and Cybernetics: Part C, 2004, 34(1):4-18.

[16] LEE J W, FRANCESCANGELI R, JANAK J, et al. NetSerV: active networking 2.0[A]. 2011 IEEE International Conference on Communications Workshops[C]. Kyoto, Japan, 2011. 1-6.

[17] FLOYD S, JACOBSON V. Random early detection gateways for congestion avoidance[J]. IEEE/ACM Transactions on Networking,1993, 1(4):397-413.

[18] SZEPESVARI C. Algorithms for Reinforcement Learning [M]. Morgan & Claypool, 2010.

[19] SUTTON R S, BARTO A G. Reinforcement Learning: An Introduction[M]. Bradford Book, MIT Press, 1998.

[20] KAELBLING L P, LITTMAN M L, MOORE A W. Reinforcement learning:a survey[J]. Journal of Artificial Intelligence Research, 1996, 4:237-285.

[21] WATKINS C J C H, DAYAN P. Q-learning[J]. Machine Learning,1992, 8(3):279-292.

[22] WATKINS C J C H. Learning from Delayed Rewards[D]. Cambridge University, Cambridge, United kingdom, 1989.

[23] MITSHELL T. Machine Learning[M]. McGraw-Hill, Boston, MA,1997.