面向信息中心网络的协作缓存策略研究

摘要

随着网络中数据流量的不断增加，传统的以主机为中心的网络体系架构正在面临着一系列的挑战。一方面，网络流量过载容易导致访问过程中出现较大的时延；另一方面，网络数据存在大量的冗余但能被重复利用的部分相当小。为适应海量、异质信息的访问，信息中心网络（ICN）采用以信息为中心的网络通信模式取代传统的以主机为中心的网络通信模式，其泛在化、透明化的网内缓存能够存储经过转发的内容，提高了用户获取内容的效率和网络资源的利用率。ICN中缓存策略的好坏直接影响着网络的传输性能，现有的缓存方案普遍存在着缓存冗余过多、缓存利用率低以及缓存内容差异率低等问题。为此，本文基于细粒度的缓存管理，提出了一种基于内容分块流行度和缓存收益的缓存策略（PGBCS），在一定程度上提升了网络的传输性能。主要研究内容及创新之处如下：
　　1.基于细粒度的缓存管理，提出了一种通过比较节点缓存的综合收益寻找最佳放置节点的放置方法。首先，现有缓存策略的研究对象大多是内容文件，这无法满足 ICN缓存细粒度化的特征，因此本文将内容对象细化至 chunk级别，实现了细粒度的缓存要求；其次，基于内容分块研究其流行度，文中为每个内容分块设定了一个价值指标，流行度越大的内容分块其价值越大；最后，在寻找内容块的最佳放置节点时，综合度量影响缓存收益的几个因素，找出能够使整体缓存收益最大化的放置节点。
　　2.提出了一种基于内容分块价值比较的缓存替换方法。节点缓存空间中内容块的价值随着用户的访问频率动态变化，为了使流行度高的内容分块有较高的缓存价值，文中设定内容块的价值随着被访问的次数呈指数增长，且随着时间的推移呈指数衰减。当内容块的价值低于设定的阈值时，将内容块的标识设置成“可替换”，并将其所占用的空间视为空闲。当缓存空间已满时，新到达的内容块通过价值比较优先替换节点中价值最低的内容块。
　　文中首先对信息中心网络及网内缓存的研究进行了综述，并在此基础上，详细介绍了 PGBCS缓存机制。为了验证 PGBCS的性能优势，本文选取了四种具有代表性的缓存方案，分别是 LCE，RCOne，ProbCache和 Betw。通过缓存命中率、用户获取内容跳数、内容差异率等几个方面进行比较。实验表明，相比于上述四种缓存方案，PGBCS在引入较小的额外流量的情况下，能够较大的提高缓存性能。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 ICN概述

1.3 ICN研究现状

1.4 论文主要研究内容及贡献

1.5 论文组织结构

第2章 缓存研究综述

2.1 本章引言

2.2 缓存概述

2.3 缓存方案概述

2.4 实验与仿真平台

2.5 本章小结

第3章 基于内容分块流行度与缓存收益的缓存机制

3.1 本章引言

3.2 PGBCS策略

3.3 PGBCS机制概述

3.4 PGBCS机制原理

3.5 算法分析

3.6 本章小结

第4章 PGBCS分析与评价

4.1 本章引言

4.2 对比方案分析

4.3 评价指标

4.4 ICN缓存模型

4.5 实验环境

4.6 实验结果

4.7 本章小结

第5章 结论及未来工作

5.1 本文总结

5.2 未来工作

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间的研究成果