◆冀 鳴 朱 江 楊志成 曹 雄

（廣東凱通科技股份有限公司 廣東 510000）

基于信息安全的三網(wǎng)融合的網(wǎng)絡(luò)開銷優(yōu)化方法與策略

◆冀 鳴 朱 江 楊志成 曹 雄

（廣東凱通科技股份有限公司 廣東 510000）

電信網(wǎng)、廣播電視網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)的融合發(fā)展實(shí)現(xiàn)了三種網(wǎng)絡(luò)的資源共享等服務(wù)。信息安全問題在三網(wǎng)融合過程中引起了廣泛關(guān)注?；谛畔踩木W(wǎng)絡(luò)開銷優(yōu)化既要考慮到了信息的安全性又要考慮到了網(wǎng)絡(luò)的傳輸性能等問題，有利于降低三網(wǎng)融合下的運(yùn)營成本，提高信息傳輸質(zhì)量。本文首先介紹了三網(wǎng)融合所面臨的信息安全問題，總結(jié)了不同網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，針對不同網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)提出基于信息安全的網(wǎng)絡(luò)開銷優(yōu)化方法與發(fā)展策略。

信息安全；三網(wǎng)融合；網(wǎng)絡(luò)開銷優(yōu)化

0 引言

三網(wǎng)融合指電信網(wǎng)、廣播電視網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)在寬帶通信網(wǎng)、數(shù)字電視網(wǎng)、下一代互聯(lián)網(wǎng)演進(jìn)過程中，其技術(shù)功能趨于一致，業(yè)務(wù)范圍趨同，網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通、資源共享，能為用戶提供語音、數(shù)據(jù)和廣播電視等多種服務(wù)[1]。在現(xiàn)階段它并不意味著電信網(wǎng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)和有線電視網(wǎng)三大網(wǎng)絡(luò)的物理合一，而主要是指高層業(yè)務(wù)應(yīng)用的融合。其表現(xiàn)為技術(shù)上趨向一致，網(wǎng)絡(luò)層上可以實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，形成無縫覆蓋，業(yè)務(wù)層上互相滲透和交叉，應(yīng)用層上趨向使用統(tǒng)一的 IP協(xié)議，在經(jīng)營上互相競爭、互相合作，朝著向人類提供多樣化、多媒體化、個(gè)性化服務(wù)的同一目標(biāo)逐漸交匯在一起，行業(yè)管制和政策方面也逐漸趨向統(tǒng)一。三大網(wǎng)絡(luò)通過技術(shù)改造，能夠提供包括語音、數(shù)據(jù)、圖像等綜合多媒體的通信業(yè)務(wù)。

三網(wǎng)融合過程中的信息安全問題主要包括網(wǎng)絡(luò)安全和內(nèi)容安全。傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中，互聯(lián)網(wǎng)相對與電信網(wǎng)和廣播電視網(wǎng)來說，最大特征是業(yè)務(wù)與承載網(wǎng)絡(luò)的分離，所以傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中互聯(lián)網(wǎng)面對的安全問題較為復(fù)雜，但又是因?yàn)槿绱?，互?lián)網(wǎng)的內(nèi)容提供商在信息安全方面有一定的經(jīng)驗(yàn)和抗擊能力，這是電信網(wǎng)和廣播電視網(wǎng)所薄弱的方面。相對于互聯(lián)網(wǎng)，傳統(tǒng)電信網(wǎng)所面臨的安全問題較少。三網(wǎng)融合后，電信網(wǎng)將面臨不能明確識(shí)別承載網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容，業(yè)務(wù)實(shí)名推廣的問題。而廣播電視網(wǎng)傳統(tǒng)面臨的問題更多是信號(hào)被干擾和劫持的信息安全問題。

三網(wǎng)高層業(yè)務(wù)應(yīng)用等的融合和互聯(lián)互通將對網(wǎng)絡(luò)開銷有一定的影響。合理運(yùn)用好三網(wǎng)的內(nèi)容傳輸與分配將能夠提高網(wǎng)絡(luò)承載能力，減少網(wǎng)絡(luò)的開銷，達(dá)到網(wǎng)絡(luò)性能的優(yōu)化。但在信息安全的問題下，網(wǎng)絡(luò)開銷的優(yōu)化并不能只考慮三網(wǎng)的業(yè)務(wù)分流，還要結(jié)合網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)來進(jìn)行分析。在安全問題下，信息的流向與經(jīng)過的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)將變得重要。三網(wǎng)融合的網(wǎng)絡(luò)開銷優(yōu)化需要考慮特定的信息需要經(jīng)過特點(diǎn)節(jié)點(diǎn)或者必須不能經(jīng)過某些節(jié)點(diǎn)這一類的信息安全需求。

三網(wǎng)融合是信息化發(fā)展的方向，已經(jīng)大量的相關(guān)技術(shù)和管理的研究在進(jìn)行中。三網(wǎng)融合背景下國內(nèi)電信運(yùn)營商IPTV業(yè)務(wù)發(fā)展和下一代廣播電視網(wǎng)(NGB) 的構(gòu)建都是發(fā)展的重要內(nèi)容[2][3][4]。三網(wǎng)融合下的信息安全問題主要有網(wǎng)絡(luò)安全和信息內(nèi)容安全，[5][6]中分析了三網(wǎng)中信息內(nèi)容安全問題，提出了信息安全的發(fā)展建議，包括加強(qiáng)信息包的檢測技術(shù)和加大網(wǎng)絡(luò)監(jiān)管系統(tǒng)投入力度以及完善知識(shí)產(chǎn)權(quán)等。三網(wǎng)融合過程中的網(wǎng)絡(luò)問題也受到研究者的關(guān)注。[7]中基于微分方程分析了三網(wǎng)融合過程中的演化模型，并基于模型對三張網(wǎng)絡(luò)的用戶比例變化評估網(wǎng)絡(luò)融合過程中的特點(diǎn)。[8]中提出了三網(wǎng)融合過程中的光纖到戶（FTTH）網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)和基于IPACT方法的DBA算法在EPON上采用動(dòng)態(tài)帶寬分配，論述了FTTH技術(shù)方案具有技術(shù)可行性和較低建網(wǎng)成本。[9]從電氣信息層面討論了多種融合網(wǎng)絡(luò)傳輸性能的優(yōu)化方案，主要關(guān)注傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)應(yīng)用不同協(xié)議的優(yōu)點(diǎn)來支持網(wǎng)絡(luò)融合。[10]基于GLOBS 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，分析了路由優(yōu)化技術(shù)，討論了三網(wǎng)融合下的“路由層+ 全光傳輸層”雙層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的路由優(yōu)化方案。

1 網(wǎng)絡(luò)特征和信息安全問題分析

電信網(wǎng)和廣播電視網(wǎng)在傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中主要負(fù)責(zé)承載固定的業(yè)務(wù)，互聯(lián)網(wǎng)區(qū)別于前兩者就在于其承載網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)的分離。因此，互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)面臨的安全問題較前兩者復(fù)雜得多。信息安全主要包括網(wǎng)絡(luò)安全和信息內(nèi)容安全。以下為三種網(wǎng)絡(luò)的特征和其信息安全方面所面臨的問題。

1.1 電信網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)特征和面臨的信息安全問題

傳統(tǒng)電信網(wǎng)主要指有線網(wǎng)絡(luò)，主要為窄帶電信網(wǎng)，有以下的特征[6]：（1）由運(yùn)營商集中負(fù)責(zé)和管理設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)相對來說比較封閉，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備不易被外界攻擊；（2）帶寬較窄，用戶終端能力單一，實(shí)施惡意行為技術(shù)成本較高；（3）網(wǎng)絡(luò)消息可以溯源，發(fā)生的網(wǎng)絡(luò)安全問題可以來源。隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展、移動(dòng)上網(wǎng)的普及，電信網(wǎng)面臨安全問題會(huì)更為復(fù)雜。隨著4G、5G的發(fā)展，越來越多的用戶使用移動(dòng)設(shè)備訪問電信網(wǎng)絡(luò)。寬帶化、IP化后的電信網(wǎng)發(fā)展將引入互聯(lián)網(wǎng)的開放性，也就同時(shí)具有了互聯(lián)網(wǎng)的信息安全問題。

1.2 廣播電視網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)特征和面臨的信息安全問題

傳統(tǒng)廣播電視網(wǎng)的信息傳播主要有以下幾個(gè)環(huán)節(jié)：電視臺(tái)制作和播出、衛(wèi)星傳送、電視臺(tái)插轉(zhuǎn)、微波或有線電視網(wǎng)絡(luò)的傳送、用戶電視的接收等。它具有以下的特征：（1）網(wǎng)絡(luò)對實(shí)時(shí)性要求高，要求網(wǎng)絡(luò)時(shí)延?。唬?）對網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性要求高；（3）采用衛(wèi)星傳送方式，轉(zhuǎn)發(fā)器的上行頻率和技術(shù)參數(shù)都是公開易受非法信號(hào)干擾和覆蓋。

三網(wǎng)融合提出的下一代廣播電視網(wǎng)（NGB）是結(jié)合廣播電視網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)勢。隨著網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)的升級(jí)，網(wǎng)絡(luò)管理監(jiān)控技術(shù)的提升，有線電視網(wǎng)絡(luò)的光纜化改造等都有利于避免網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)男畔⒈环欠ú宀サ绕茐?。廣播電視網(wǎng)仍面臨的衛(wèi)星信號(hào)被干擾、播出內(nèi)容篡改等問題，需要進(jìn)行播出內(nèi)容監(jiān)控。傳統(tǒng)廣播電視網(wǎng)不具有開放性，相對于互聯(lián)網(wǎng)，應(yīng)急控制措施的技術(shù)難度會(huì)降低很多，三網(wǎng)融合后，也會(huì)面臨著互聯(lián)網(wǎng)所面臨的信息安全問題。

1.3 互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)特征和面臨的信息安全問題

互聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)承載內(nèi)容和業(yè)務(wù)分離的網(wǎng)絡(luò)。這是互聯(lián)網(wǎng)區(qū)別于其他網(wǎng)絡(luò)的最大的特征，使得互聯(lián)網(wǎng)的安全問題變得相對復(fù)雜?；ヂ?lián)網(wǎng)有以下特征：（1）用戶終端能力較強(qiáng)，但各個(gè)用戶終端自身的防御能力有所差距。這導(dǎo)致惡意代碼的傳播和信息的竊取在防御能力薄弱節(jié)點(diǎn)容易發(fā)生，甚至防御能力低的用戶終端容易成為傀儡機(jī)受其他不法用戶的利用和控制，并成為了大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)攻擊事件的攻擊者。（2）互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋸?fù)雜，并且其具有一定的脆弱性。盡管互聯(lián)網(wǎng)運(yùn)營商會(huì)考慮避免單點(diǎn)故障而布置冗余鏈路，但在受到網(wǎng)絡(luò)攻擊的時(shí)候，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞淖詣?dòng)恢復(fù)功能并不能總是保證有效而且迅速。在災(zāi)難事件的發(fā)生或不法分子高強(qiáng)度的共計(jì)項(xiàng)，容易出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)癱瘓。（3）用戶的匿名性以及網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)沫h(huán)節(jié)復(fù)雜，使得各個(gè)環(huán)節(jié)容易遭中間者破壞和篡改，導(dǎo)致用戶內(nèi)容不安全，涉及用戶財(cái)產(chǎn)的損失不易追回。

2 基于信息安全的網(wǎng)絡(luò)開銷優(yōu)化

BM 算法中匹配失敗時(shí)，用兩種機(jī)制來確定模式串向右移動(dòng)的距離：壞字符機(jī)制和好后綴機(jī)制。

2.1 網(wǎng)絡(luò)框架與定義

基于實(shí)際網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性，我們簡化三網(wǎng)的模型，假定三網(wǎng)各占一定比例。本文所分析的網(wǎng)絡(luò)如圖1，三個(gè)網(wǎng)絡(luò)均有用戶、網(wǎng)絡(luò)內(nèi)轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備和三個(gè)網(wǎng)絡(luò)公用的邊界轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備?；谝陨先W(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)特征和其信息安全的問題，我們提出網(wǎng)絡(luò)框架如下：

我們將具有轉(zhuǎn)發(fā)能力的設(shè)備稱為轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備，泛指了網(wǎng)絡(luò)中的交換機(jī)和路由器等。需要了解到三個(gè)網(wǎng)絡(luò)是互聯(lián)的，而且轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備并沒有嚴(yán)格意義上的劃分給某個(gè)特定的網(wǎng)絡(luò)，必要時(shí)，三個(gè)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備都可以為其他網(wǎng)絡(luò)所服務(wù)，即為其他網(wǎng)絡(luò)用戶或服務(wù)設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā)其所需要的資源。

2.2 信息安全下的網(wǎng)絡(luò)開銷分析方法

基于上述框架，三個(gè)網(wǎng)絡(luò)是互聯(lián)的，即當(dāng)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)需要資源的時(shí)候可以從另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)獲取。也即是說對于同一個(gè)資源，可以有多條從源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的路徑?？紤]到信息內(nèi)容安全和網(wǎng)絡(luò)安全，資源所傳播的路徑可以認(rèn)為設(shè)定為強(qiáng)制經(jīng)過某一些節(jié)點(diǎn)而不經(jīng)過另外某一些節(jié)點(diǎn)。強(qiáng)制經(jīng)過某一些節(jié)點(diǎn)可以為信息篩選和包檢測等提供便利，比如廣播電視類的資源可以經(jīng)過某些特定節(jié)點(diǎn)去做信息篩選；比如互聯(lián)網(wǎng)的訪問可以經(jīng)過某些特定節(jié)點(diǎn)去判別是否為攻擊包等等。強(qiáng)制不經(jīng)過某些節(jié)點(diǎn)可以為網(wǎng)絡(luò)性能和信息內(nèi)容安全提供增強(qiáng)作用，比如網(wǎng)絡(luò)故障或個(gè)別網(wǎng)絡(luò)中間節(jié)點(diǎn)繁忙的時(shí)候。強(qiáng)制不經(jīng)過某些節(jié)點(diǎn)可以提供網(wǎng)絡(luò)流通量。而基于信息的敏感性，某些信息不可以在某些網(wǎng)絡(luò)或某些節(jié)點(diǎn)上進(jìn)行傳播，強(qiáng)制不經(jīng)過某些節(jié)點(diǎn)可以使得信息內(nèi)容的安全得以保障，減少出錯(cuò)可能性。

網(wǎng)絡(luò)開銷主要關(guān)注網(wǎng)絡(luò)的傳輸性能，提高網(wǎng)絡(luò)的吞吐量，降低網(wǎng)絡(luò)的使用成本。對于一個(gè)在網(wǎng)絡(luò)上傳播的包來說，不同鏈路所經(jīng)過的長度不同，傳播所需要的時(shí)長不同，使用不同鏈路的成本不同，所以其網(wǎng)絡(luò)開銷即為所有使用鏈路的成本之和。我們用以下方法定義其鏈路使用成本：

這里Cost是信息包傳輸?shù)某杀?，一共?jīng)過了n條路徑，每條路徑的使用費(fèi)用為，信息包從該條路徑通過使用的時(shí)間而標(biāo)識(shí)該條鏈路上是否有必須經(jīng)過的節(jié)點(diǎn)和不得經(jīng)過的節(jié)點(diǎn)，當(dāng)有必須經(jīng)過的節(jié)點(diǎn)時(shí)候的值為（k為調(diào)整系數(shù)），當(dāng)該鏈路上有不能經(jīng)過的節(jié)點(diǎn)時(shí)的值為 ，其他情況為0。

2.3 基于信息安全的網(wǎng)絡(luò)開銷優(yōu)化策略

針對以上得出的信息的使用成本，結(jié)合軟件定義網(wǎng)絡(luò)(SDN)的可指定包傳輸路徑，網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化開銷的辦法可以針對幾個(gè)方面進(jìn)行。（1）節(jié)點(diǎn)的選擇：由于的存在，鏈路首先應(yīng)該排除包含有不能經(jīng)過節(jié)點(diǎn)的鏈路；由于處于信息安全的考慮，會(huì)經(jīng)過必須經(jīng)過的節(jié)點(diǎn)。（2）鏈路的選擇：由于需要優(yōu)先選擇使用費(fèi)用低的。由于鏈路優(yōu)先選擇多條路徑通過時(shí)間和費(fèi)用的乘積的和小的路徑。通過時(shí)間小則要求鏈路的剩余可用吞吐量足夠，才能使得信息減少通過的時(shí)間。而且通過時(shí)間與鏈路長度有關(guān)，這要求鏈路盡量選擇短鏈路并且在多條組合上也是短的鏈路執(zhí)行。在帶寬充足的情況下，鏈路會(huì)盡量選擇最短費(fèi)用路徑；在帶寬不足的情況下，鏈路可以選擇長一點(diǎn)的鏈路但通過時(shí)間較短的。

綜上，基于信息安全的網(wǎng)絡(luò)開銷優(yōu)化策略，主要為以下幾點(diǎn)：（1）考慮信息安全，規(guī)范信息傳輸路徑，指定必須經(jīng)過的節(jié)點(diǎn)與不能經(jīng)過節(jié)點(diǎn)，以保證信息安全傳輸和滿足信息篩選的需要。（2）對鏈路進(jìn)行監(jiān)控，得到其當(dāng)前剩余可用的帶寬信息、記錄其費(fèi)用等信息。（3）傳輸數(shù)據(jù)時(shí)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)，選擇費(fèi)用和通過時(shí)間低的鏈路。在帶寬充足的時(shí)候也就是網(wǎng)絡(luò)較為空閑的時(shí)候優(yōu)先考慮短路徑；在帶寬緊缺也就是網(wǎng)絡(luò)負(fù)載較重的時(shí)候，選擇稍微長一點(diǎn)但通過時(shí)間短的鏈路。

3 結(jié)束語

三網(wǎng)融合下的信息安全問題主要來自電信網(wǎng)和廣播網(wǎng)在融入過程中引入的開放性和互動(dòng)性，而網(wǎng)絡(luò)開銷的優(yōu)化要同時(shí)考慮信息安全和網(wǎng)絡(luò)傳輸性能。本文針對三網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，提出了基于信息安全的三網(wǎng)融合下的網(wǎng)絡(luò)開銷優(yōu)化策略，降低網(wǎng)絡(luò)開銷的同時(shí)保證了信息安全。

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