车载内容中心网络下抗污染协作缓存机制研究

摘要

车载内容中心网络（VCCN）是一种将车载自组织网络和内容中心网络结合起来的网络结构，节点不仅具有车载自组织网络中的移动和通信方面特点，而且还具有内容中心网络的缓存方式和请求应答处理方式。车载自组织网络中节点移动速度快，难以维持稳定的网络拓扑结构，导致请求转发和应答的延迟过长。而内容中心网络中的缓存方式意在解决请求延迟过长的问题，利用网络节点的缓存空间存储内容，有效地降低请求延迟提高网络服务性能。同时以内容为中心的特点也符合了当今网络用户更倾向于关注内容本身而非内容源头的问题。所以将内容中心网络的缓存机制应用于车载自组织网络是一种有效的研究手段。但是由于内容缓存需要评估内容的访问频率、次数等属性，恶意节点会针对这一问题向缓存节点不停地发送非流行的内容请求包，误导缓存节点存储无用的内容，污染节点缓存空间、降低网络性能。因此，检测和防御污染攻击也是值得关注的。 本文从VCCN下抗污染的缓存机制研究入手，分别提出了基于节点移动轨迹的协作缓存机制和网络V2I通信模式下的污染攻击检测与防御方案。在协作缓存机制中，本文考虑到车辆节点的移动具有一定规律，因此从移动轨迹入手，通过采集并训练移动位置信息，将地图划分出热门区域并使用变阶马尔可夫模型预测出节点访问热门区域的概率，从而选取合适的缓存节点实现有效的缓存策略。同时本文从内容访问频率和更新性两方面考虑，提出一种基于内容流行度的缓存替换策略。在污染攻击检测与防御方案中，本文针对内容流行度和三种节点通信属性训练出GM(1,4)灰度预测模型，设计了污染攻击检测算法。又通过指数衰减、线性增长地调整内容流行度增长速率，提出了一种动态变化的污染攻击防御方案。 本文分别采用ONE模拟器和ndnSim模拟器对协作缓存机制和检测防御方案进行了仿真验证，从兴趣请求成功率、延迟、命中率等多方面对性能进行评估。同时模拟仿真了VCCN中不同类型节点的缓存性能，分析了检测防御算法的时间复杂度。实验结果显示，本文的协作缓存机制有效地提高了网络整体服务性能，污染攻击检测防御方案具有良好的检测率和命中率。

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