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随着信息技术的不断发展和人们通信需求的不断增加，催生出各式各样的网络系统和服务。一方面，用户数量的增长使得有线IP网络的规模变得越来越庞大，多跳连接成为了地理位置分布广泛的主机间正常通信的基本前提。另一方面，物联网技术和应用的成熟使得物联网设备的数量经历着快速的增长。截至2019年，全球物联网设备数量达到110亿。为了实现资源受限物联网设备的互联互通，涌现出多种无线多跳数据传输技术。面对这些普遍存在的大规模多跳网络，如何对其进行有效的监控和测量成为亟需解决的关键问题。网络测量为服务提供商与管理员提供网络内部细粒度的运行状态信息，是网络管理与优化的基础。
网络断层扫描是一种有效地利用监测节点间端到端测量数据推测网络内部运行状态的测量技术，具有较低的测量开销，引起了国内外学者的广泛关注和研究。现有网络断层扫描研究工作主要集中于测量网络所有链路性能指标的确切值，存在实现难度大，测量成本高、可用性差等问题。此外，现有研究工作往往基于固定网络拓扑和可靠网络通信的理想假设，未考虑拓扑变化和链路失效对网络测量的影响。面对大规模多跳网络组成复杂、拓扑频繁变化及通信容易失效的重要特征，现有网络断层扫描方法将难以达到预期的效果。为此，本文总结了大规模网络性能测量面临的主要挑战，并针对这些挑战提出了四项关键技术，以构建灵活、高效及鲁棒的性能测量体系。
1)基于界限值推断的链路测量技术。本文研究了对网络特定链路(即目标链路)性能界限值的测量问题，在满足应用需求的前提下，通过灵活调整链路性能测量的精确度，以降低测量复杂度和测量开销。具体地，本文首先提出了一种高效的目标链路性能界限值推断算法，能够在任意一个给定监测节点和端到端测量数据的网络中快速地计算出所有目标链路最紧的性能界限值(包括最紧上界值和下界值)。基于此，本文进一步提出了一种新监测节点的部署算法，在网络原有监测节点的基础上，通过增加一个新监测节点从而最大程度地减少目标链路性能界限区间的长度，以及通过部署最少监测节点以满足服务提供商与管理员对目标链路性能界限区间长度减少量的需求。和现有最好方法相比，本文提出的方法大幅地减小了目标链路性能界限区间的总长度并显著减少了监测节点的部署数量。相关工作发表在著名国际会议IEEEINFOCOM2020上。
2)基于界限值推断的路径测量技术。本文研究了对网络特定路径(即目标路径)性能界限值的测量问题，以较小的开销实现对网络关键服务端到端性能的测量。具体地，本文提出了一种目标路径性能界限值推断算法，基于给定监测节点间的测量数据，推算出网络所有目标路径最紧的性能界限值。此外，本文提出了一种新监测节点的部署算法，在网络已有监测节点的基础上，通过增加一个新监测节点以最大程度地减少目标路径性能界限区间长度，以及通过部署最少监测节点以满足对目标路径性能界限区间长度减少量的需求。和现有方法相比，本文提出的方法大幅地减小了目标路径性能界限区间的长度并减少了监测节点的数量。相关工作投稿到著名国际期刊IEEE/ACMTransactionsonNetworking上。
3)基于时变拓扑序列的链路测量技术。针对网络拓扑的动态性，本文提出了一种面向时变拓扑的链路性能测量技术。基于对网络连通性的预测，本文设计了一种简洁通用的时变拓扑刻画模型。基于该模型，本文提出了一种预先式监测节点部署算法，便于服务提供商与管理员在网络规划阶段，完成对网络运行阶段性能测量所需监测节点的部署，从而减少监测节点更换的开销并提高测量的稳定性。和现有方法相比，本文提出的方法放宽了对网络拓扑模型的假设，从而能够适应更多实际应用场景的需求。相关工作发表在著名国际会议IEEEICNP2017和著名国际期刊IEEE/ACMTransactionsonNetworking上。
4)基于失效分类建模的链路测量技术。针对网络通信的易失效性，本文研究了在不同类型的网络失效下链路性能的测量问题。具体地，基于网络链路失效的可预测性与不可预测性，本文对链路失效进行了不同形式的建模。基于此，本文提出了多种鲁棒的监测节点部署算法，利用监测节点间端到端的测量数据，推算出网络所有非失效链路的性能指标值，包括：(ⅰ)简单的部署算法(联合部署和一次性部署)，将现有针对不可预测链路失效的部署算法应用于一组由可预测链路失效生成的拓扑(即预测拓扑)，(ⅱ)增量部署算法，基于已有监测节点，在一组预测拓扑上依次部署额外的监测节点，(ⅲ)综合部署算法，将监测节点部署问题映射为广义的碰撞集问题以全面考虑所有预测拓扑上监测节点的部署需求。此外，论文提供了一个冗余监测节点的识别和移除算法，进一步提高监测节点部署的性能。和现有方法相比，本文提出的方法在保证链路性能可识别性的同时，能够很好地实现测量开销与时间复杂度的平衡。相关工作发表在国际会议ACMTUR-C2017和著名国际期刊IEEE/ACMTransactionsonNetworking上。
网络断层扫描是一种有效地利用监测节点间端到端测量数据推测网络内部运行状态的测量技术，具有较低的测量开销，引起了国内外学者的广泛关注和研究。现有网络断层扫描研究工作主要集中于测量网络所有链路性能指标的确切值，存在实现难度大，测量成本高、可用性差等问题。此外，现有研究工作往往基于固定网络拓扑和可靠网络通信的理想假设，未考虑拓扑变化和链路失效对网络测量的影响。面对大规模多跳网络组成复杂、拓扑频繁变化及通信容易失效的重要特征，现有网络断层扫描方法将难以达到预期的效果。为此，本文总结了大规模网络性能测量面临的主要挑战，并针对这些挑战提出了四项关键技术，以构建灵活、高效及鲁棒的性能测量体系。
1)基于界限值推断的链路测量技术。本文研究了对网络特定链路(即目标链路)性能界限值的测量问题，在满足应用需求的前提下，通过灵活调整链路性能测量的精确度，以降低测量复杂度和测量开销。具体地，本文首先提出了一种高效的目标链路性能界限值推断算法，能够在任意一个给定监测节点和端到端测量数据的网络中快速地计算出所有目标链路最紧的性能界限值(包括最紧上界值和下界值)。基于此，本文进一步提出了一种新监测节点的部署算法，在网络原有监测节点的基础上，通过增加一个新监测节点从而最大程度地减少目标链路性能界限区间的长度，以及通过部署最少监测节点以满足服务提供商与管理员对目标链路性能界限区间长度减少量的需求。和现有最好方法相比，本文提出的方法大幅地减小了目标链路性能界限区间的总长度并显著减少了监测节点的部署数量。相关工作发表在著名国际会议IEEEINFOCOM2020上。
2)基于界限值推断的路径测量技术。本文研究了对网络特定路径(即目标路径)性能界限值的测量问题，以较小的开销实现对网络关键服务端到端性能的测量。具体地，本文提出了一种目标路径性能界限值推断算法，基于给定监测节点间的测量数据，推算出网络所有目标路径最紧的性能界限值。此外，本文提出了一种新监测节点的部署算法，在网络已有监测节点的基础上，通过增加一个新监测节点以最大程度地减少目标路径性能界限区间长度，以及通过部署最少监测节点以满足对目标路径性能界限区间长度减少量的需求。和现有方法相比，本文提出的方法大幅地减小了目标路径性能界限区间的长度并减少了监测节点的数量。相关工作投稿到著名国际期刊IEEE/ACMTransactionsonNetworking上。
3)基于时变拓扑序列的链路测量技术。针对网络拓扑的动态性，本文提出了一种面向时变拓扑的链路性能测量技术。基于对网络连通性的预测，本文设计了一种简洁通用的时变拓扑刻画模型。基于该模型，本文提出了一种预先式监测节点部署算法，便于服务提供商与管理员在网络规划阶段，完成对网络运行阶段性能测量所需监测节点的部署，从而减少监测节点更换的开销并提高测量的稳定性。和现有方法相比，本文提出的方法放宽了对网络拓扑模型的假设，从而能够适应更多实际应用场景的需求。相关工作发表在著名国际会议IEEEICNP2017和著名国际期刊IEEE/ACMTransactionsonNetworking上。
4)基于失效分类建模的链路测量技术。针对网络通信的易失效性，本文研究了在不同类型的网络失效下链路性能的测量问题。具体地，基于网络链路失效的可预测性与不可预测性，本文对链路失效进行了不同形式的建模。基于此，本文提出了多种鲁棒的监测节点部署算法，利用监测节点间端到端的测量数据，推算出网络所有非失效链路的性能指标值，包括：(ⅰ)简单的部署算法(联合部署和一次性部署)，将现有针对不可预测链路失效的部署算法应用于一组由可预测链路失效生成的拓扑(即预测拓扑)，(ⅱ)增量部署算法，基于已有监测节点，在一组预测拓扑上依次部署额外的监测节点，(ⅲ)综合部署算法，将监测节点部署问题映射为广义的碰撞集问题以全面考虑所有预测拓扑上监测节点的部署需求。此外，论文提供了一个冗余监测节点的识别和移除算法，进一步提高监测节点部署的性能。和现有方法相比，本文提出的方法在保证链路性能可识别性的同时，能够很好地实现测量开销与时间复杂度的平衡。相关工作发表在国际会议ACMTUR-C2017和著名国际期刊IEEE/ACMTransactionsonNetworking上。