命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)緩存冗余優(yōu)化機(jī)制研究.pdf

1、隨著基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用的推陳出新，以及面向內(nèi)容的新型業(yè)務(wù)的不斷涌現(xiàn)，現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)逐漸顯現(xiàn)出其原始設(shè)計(jì)的缺陷和不足。為了探究未來互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展方向和變革方式，國內(nèi)外的學(xué)者深入研究并提出了多種未來信息網(wǎng)絡(luò)體系及其架構(gòu)。命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)以“內(nèi)容”代替“IP”作為網(wǎng)絡(luò)沙漏模型的“細(xì)腰”，這種以內(nèi)容為中心的通信范式逐漸成為未來互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)中被廣泛認(rèn)可的、最主要的研究熱點(diǎn)之一。然而命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)原始設(shè)計(jì)中的泛洪轉(zhuǎn)發(fā)策略和隨處緩存策略，使得大量的冗余內(nèi)

2、容在網(wǎng)絡(luò)中傳輸和緩存，不僅增加傳輸開銷、降低傳輸效率，而且浪費(fèi)有限的緩存資源、減少緩存命中。為此，本文針對(duì)命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的緩存冗余問題進(jìn)行深入研究，以轉(zhuǎn)發(fā)策略、緩存策略和路由機(jī)制作為切入點(diǎn)，提出兼顧效率和開銷的緩存冗余優(yōu)化機(jī)制。本文的主要工作和創(chuàng)新點(diǎn)如下:
　　1)針對(duì)泛洪轉(zhuǎn)發(fā)策略產(chǎn)生的冗余內(nèi)容的傳輸和緩存問題，提出了一種基于分支路由器的轉(zhuǎn)發(fā)策略。該轉(zhuǎn)發(fā)策略新增了內(nèi)容確認(rèn)包及其產(chǎn)生和處理流程。結(jié)合命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)發(fā)特點(diǎn)，利用內(nèi)容確認(rèn)

3、包使其他路徑上的內(nèi)容路由器停止轉(zhuǎn)發(fā)已收到的內(nèi)容，從而減少冗余內(nèi)容的傳輸。建立了基于樹型結(jié)構(gòu)的傳輸模型，分別針對(duì)單一分支路由器觸發(fā)和全局分支路由器觸發(fā)兩種場(chǎng)景，分析了興趣包、內(nèi)容包及內(nèi)容確認(rèn)包的轉(zhuǎn)發(fā)過程，并給出了三種轉(zhuǎn)發(fā)策略傳輸開銷的計(jì)算公式。此外，還探究了該轉(zhuǎn)發(fā)策略在多內(nèi)容請(qǐng)求者及丟包情況下的表現(xiàn)。仿真結(jié)果表明了該轉(zhuǎn)發(fā)策略可有效減少冗余內(nèi)容的傳輸及其傳輸開銷，降低不必要的緩存，且在鏈路故障時(shí)具有較穩(wěn)定的性能，也可滿足可擴(kuò)展性需求。

4、>　　2)針對(duì)無差別的隨處緩存策略帶來的重復(fù)緩存問題，提出了基于層次簇的緩存策略。該緩存策略設(shè)計(jì)了兩層結(jié)構(gòu)的層次簇架構(gòu)，其中核心層的內(nèi)容路由器形成一個(gè)無簇首的核心簇，且內(nèi)容路由器無緩存功能，僅負(fù)責(zé)內(nèi)容的路由;邊緣層的內(nèi)容路由器根據(jù)簇首選舉算法產(chǎn)生簇首并形成相應(yīng)的邊緣簇?；趩蝹€(gè)邊緣簇，提出了內(nèi)容路由器重要程度的計(jì)算方法、內(nèi)容流行度的分級(jí)方式及緩存概率關(guān)聯(lián)矩陣的映射方案。簇內(nèi)內(nèi)容路由器從簇首的通告中獲得上述信息并各自獨(dú)立地執(zhí)行緩存決策，從

5、而將內(nèi)容按流行度的不同以相應(yīng)的概率緩存到不同重要程度的內(nèi)容路由器。而邊緣簇中的非重要內(nèi)容路由器無緩存功能，因此降低了緩存冗余。仿真結(jié)果表明了該緩存機(jī)制能夠大幅減少請(qǐng)求時(shí)間、緩存命中距離、緩存內(nèi)容數(shù)量和緩存替換量，并且顯著提高內(nèi)容路由器緩存命中。
　　3)針對(duì)沿路徑的緩存路由機(jī)制無法充分利用鄰近緩存資源以及路徑外的緩存路由機(jī)制面臨的可擴(kuò)展性問題，結(jié)合層次簇網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，提出了一種基于K-medoids算法的簇內(nèi)Hash路由機(jī)制。該機(jī)制融

6、合了沿路徑的概率緩存放置策略與非協(xié)作路由、及路徑外的緩存放置策略與隱式協(xié)作路由的優(yōu)勢(shì)，能夠在精確定位緩存內(nèi)容的同時(shí)減少冗余內(nèi)容的緩存。該路由機(jī)制共設(shè)計(jì)了兩個(gè)部分:基于K-medoids算法的內(nèi)容路由器選取過程和基于內(nèi)容流行度的簇內(nèi)Hash路由過程。前者在每個(gè)邊緣簇內(nèi)選取出若干個(gè)中心點(diǎn)內(nèi)容路由器。后者則根據(jù)內(nèi)容流行度的不同，分別采用Hash路由機(jī)制定位到中心點(diǎn)內(nèi)容路由器來獲取所需內(nèi)容;或采用最短路徑路由機(jī)制向內(nèi)容提供者發(fā)起請(qǐng)求。該機(jī)制保證