以內(nèi)容為中心的新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)與緩存機(jī)制研究.pdf

1、隨著網(wǎng)絡(luò)中內(nèi)容分發(fā)需求的日益增長(zhǎng)，傳統(tǒng)TCP/IP網(wǎng)絡(luò)在以內(nèi)容分發(fā)為主的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的弊端日益突顯，因此信息中心網(wǎng)絡(luò)(Information-CentricNetworking，ICN)得以提出和發(fā)展。ICN實(shí)現(xiàn)了從以主機(jī)為中心的IP架構(gòu)到以內(nèi)容數(shù)據(jù)為中心的架構(gòu)演變，通過(guò)網(wǎng)內(nèi)緩存機(jī)制使得中間路由節(jié)點(diǎn)可以緩存和提供內(nèi)容副本，從而提高了內(nèi)容分發(fā)效率。此外，ICN基于內(nèi)容名路由，以無(wú)連接的方式來(lái)進(jìn)行通信，天然的支持移動(dòng)性。
　　然而，目前

2、基于ICN的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)方案都是完全替代IP網(wǎng)絡(luò)式的方案，這存在兩個(gè)方面的問(wèn)題:一是全局網(wǎng)絡(luò)問(wèn)題，即路由性能、IP兼容性等方面的問(wèn)題導(dǎo)致架構(gòu)可行性不足，在可預(yù)見(jiàn)時(shí)間內(nèi)難以部署實(shí)施，但是對(duì)于以內(nèi)容分發(fā)為主的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，TCP/IP網(wǎng)絡(luò)存在較大的弊端;二是邊緣網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)性問(wèn)題，即ICN移動(dòng)性方案要求用戶在切換后重新發(fā)送請(qǐng)求，導(dǎo)致切換中斷時(shí)延較大。同時(shí)，由于ICN節(jié)點(diǎn)緩存空間有限，需要部署高效的緩存機(jī)制來(lái)優(yōu)化架構(gòu)的緩存性能。然而現(xiàn)有的反應(yīng)式緩存方案存

3、在緩存冗余性等問(wèn)題，導(dǎo)致緩存命中率較低，并且無(wú)法解決移動(dòng)用戶重傳請(qǐng)求產(chǎn)生的切換等待時(shí)延問(wèn)題。因此，本文針對(duì)上述網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和緩存機(jī)制存在的問(wèn)題，提出了新型架構(gòu)方案和對(duì)應(yīng)架構(gòu)場(chǎng)景的緩存機(jī)制。本文主要貢獻(xiàn)如下:
　　(1)針對(duì)目前ICN架構(gòu)研究中的全局可行性問(wèn)題，本文提出和實(shí)現(xiàn)了一種基于IP網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)內(nèi)緩存架構(gòu)方案CAIP(Caching Anywhere in IP networks)。CAIP方案通過(guò)定義攜帶內(nèi)容標(biāo)識(shí)的IP選項(xiàng)和新型路由

4、節(jié)點(diǎn)，在IP網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)內(nèi)緩存機(jī)制。該方案提出了IP路由和緩存索引查找相結(jié)合的路由方案，以及逐跳確認(rèn)和轉(zhuǎn)發(fā)分離的新型可靠傳輸方案，從而一方面可以兼容TCP/IP協(xié)議，另一方面高效可靠得實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)內(nèi)緩存。最后，基于Linux內(nèi)核開發(fā)的系統(tǒng)平臺(tái)，驗(yàn)證了CAIP架構(gòu)可以有效提高內(nèi)容分發(fā)效率。
　　(2)針對(duì)CAIP架構(gòu)存在的緩存性能問(wèn)題，本文設(shè)計(jì)了一種反應(yīng)式協(xié)同緩存方案。該方案通過(guò)讓路由節(jié)點(diǎn)與其鄰居節(jié)點(diǎn)之間交互緩存信息，減少了緩存冗余性

5、。當(dāng)節(jié)點(diǎn)緩存空間不足時(shí)，首先以最大化本地緩存內(nèi)容價(jià)值為目標(biāo)進(jìn)行本地內(nèi)容更新;其次結(jié)合鄰居節(jié)點(diǎn)的緩存空間因素、鄰居節(jié)點(diǎn)路徑因素和內(nèi)容價(jià)值因素，將本地替換出的內(nèi)容分配至鄰居節(jié)點(diǎn)，充分利用了節(jié)點(diǎn)的緩存資源。最后，通過(guò)仿真驗(yàn)證了該緩存方案可以有效提升緩存性能和減少內(nèi)容獲取時(shí)延。
　　(3)針對(duì)CAIP架構(gòu)存在的邊緣移動(dòng)性問(wèn)題，本文提出了一種CAIP與SDN技術(shù)結(jié)合的無(wú)線緩存網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，即利用SDN技術(shù)對(duì)CAIP架構(gòu)的邊緣無(wú)線局域網(wǎng)進(jìn)行集中化