基于邻域对象可用性的ICN协作缓存策略研究

摘要

网络的应用从以主机为主的端到端通信转变为用户驱动的内容检索，为了适应这个趋势，提出信息中心网络（Information-CentricNetworking，简称ICN）。ICN最重要的特征之一就是利用网内缓存提高内容分发的传输效率。但默认的缓存放置策略使得系统冗余度较高，无法充分利用缓存资源;且默认的路由查找机制未利用网内节点的暂态缓存内容，无法尽可能地降低网络延迟。
　　本文针对上述问题，对信息中心网络的缓存放置策略和路由查找机制进行优化，旨在降低系统的缓存冗余度，提高缓存对象的可用性。主要工作包括以下几个方面:
　　(1)默认策略在缓存放置时内容冗余度较高，缓存资源利用率较低，且未考虑网络的动态性。针对上述问题，提出基于节点热度和缓存替换率的ICN缓存放置策略，进一步降低请求跳数，提高缓存系统的收益。
　　(2)默认策略在缓存放置时未充分利用数据包返回路径上邻域节点的缓存资源，以及未针对不同流行度的内容采用合适的放置策略。针对上述问题，提出基于内容流行度和节点热度的ICN邻域协作缓存放置策略，提高缓存资源的利用率，改善用户体验。
　　(3)默认机制在路由查找时未充分利用邻域节点的暂态缓存资源，只针对稳定的内容源建立路由条目。针对上述问题，提出基于布隆过滤器的ICN邻域路由策略，在充分利用邻域节点暂态缓存资源的同时利用更少的缓存空间来储存邻域节点缓存内容的存在性信息。
　　仿真实验结果表明，本文提出的缓存放置策略和路由查找策略相对于LCE、CLFM和CINC策略，可获得更低的内容请求延迟、更低的网络流量、更低的服务器负载。
　　本文的创新点主要在于:(1)根据网络的动态性使用节点热度的概念;(2)根据节点具有低通滤波器的特性，提出内容流行度的统计模型;(3)利用布隆过滤器储存邻居节点缓存内容的存在性信息，占用更少缓存空间的同时加快内容查找速度。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景与研究意义

1．1．1 TCP／IP体系架构演化及其问题

1．1．2 未来网络架构和信息中心网络

1．1．3 研究意义

1．2 ICN缓存的研究现状

1．3 研究内容和论文结构

1．3．1 研究内容

1．3．2 论文结构

第2章 ICN与相关研究概述

2．1 ICN概述

2．1．1 ICN体系思想

2．1．2 ICN典型的解决方案

2．1．3 ICN主要研究内容

2．2 ICN缓存放置策略研究现状

2．3 对象可用性研究现状

2．4 ICN缓存系统模型

2．5 基于NS-3的ndnSIM模拟器

2．6 本章小结

第3章 基于节点热度和缓存替换率的ICN缓存放置策略

3．1 问题分析

3．2 基本思想

3．3 算法实现

3．3．1 Hot缓存放置策略

3．3．2 HotRR缓存放置策略

3．4 仿真实验与数据分析

3．4．1 实验性能指标

3．4．2 仿真环境与参数设置

3．4．3 实验数据分析

3．5 本章小结

第4章 基于内容流行度和节点热度的邻域缓存放置策略

4．1 问题分析

4．2 基本思想

4．3 邻域节点热度表

4．4 内容流行度的分布式计算

4．5 算法实现

4．6 本章小结

第5章 基于布隆过滤器的ICN邻域路由策略

5．1 问题分析

5．2 基于邻居节点缓存资源的路由查找策略

5．2．1 主要原理

5．2．2 报文处理过程

5．3 基于布隆过滤器的ICN邻域路由策略

5．3．1 布隆过滤器

5．3．2 基于布隆过滤器的ICN邻域路由策略

5．4 仿真实验与数据分析

5．4．1 实验性能指标

5．4．2 仿真环境与参数设置

5．4．3 实验数据分析

5．5 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 论文总结

6．2 未来展望

参考文献

致谢

在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果