以內(nèi)容為中心的新型網(wǎng)絡架構設計與緩存機制研究.pdf

1、隨著網(wǎng)絡中內(nèi)容分發(fā)需求的日益增長，傳統(tǒng)TCP/IP網(wǎng)絡在以內(nèi)容分發(fā)為主的網(wǎng)絡環(huán)境中的弊端日益突顯，因此信息中心網(wǎng)絡(Information-CentricNetworking，ICN)得以提出和發(fā)展。ICN實現(xiàn)了從以主機為中心的IP架構到以內(nèi)容數(shù)據(jù)為中心的架構演變，通過網(wǎng)內(nèi)緩存機制使得中間路由節(jié)點可以緩存和提供內(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，以無連接的方式來進行通信，天然的支持移動性。
　　然而，目前

2、基于ICN的網(wǎng)絡架構方案都是完全替代IP網(wǎng)絡式的方案，這存在兩個方面的問題:一是全局網(wǎng)絡問題，即路由性能、IP兼容性等方面的問題導致架構可行性不足，在可預見時間內(nèi)難以部署實施，但是對于以內(nèi)容分發(fā)為主的網(wǎng)絡環(huán)境，TCP/IP網(wǎng)絡存在較大的弊端;二是邊緣網(wǎng)絡移動性問題，即ICN移動性方案要求用戶在切換后重新發(fā)送請求，導致切換中斷時延較大。同時，由于ICN節(jié)點緩存空間有限，需要部署高效的緩存機制來優(yōu)化架構的緩存性能。然而現(xiàn)有的反應式緩存方案存

3、在緩存冗余性等問題，導致緩存命中率較低，并且無法解決移動用戶重傳請求產(chǎn)生的切換等待時延問題。因此，本文針對上述網(wǎng)絡架構和緩存機制存在的問題，提出了新型架構方案和對應架構場景的緩存機制。本文主要貢獻如下:
　　(1)針對目前ICN架構研究中的全局可行性問題，本文提出和實現(xiàn)了一種基于IP網(wǎng)絡的網(wǎng)內(nèi)緩存架構方案CAIP(Caching Anywhere in IP networks)。CAIP方案通過定義攜帶內(nèi)容標識的IP選項和新型路由

4、節(jié)點，在IP網(wǎng)絡中實現(xiàn)了網(wǎng)內(nèi)緩存機制。該方案提出了IP路由和緩存索引查找相結合的路由方案，以及逐跳確認和轉(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，驗證了CAIP架構可以有效提高內(nèi)容分發(fā)效率。
　　(2)針對CAIP架構存在的緩存性能問題，本文設計了一種反應式協(xié)同緩存方案。該方案通過讓路由節(jié)點與其鄰居節(jié)點之間交互緩存信息，減少了緩存冗余性

5、。當節(jié)點緩存空間不足時，首先以最大化本地緩存內(nèi)容價值為目標進行本地內(nèi)容更新;其次結合鄰居節(jié)點的緩存空間因素、鄰居節(jié)點路徑因素和內(nèi)容價值因素，將本地替換出的內(nèi)容分配至鄰居節(jié)點，充分利用了節(jié)點的緩存資源。最后，通過仿真驗證了該緩存方案可以有效提升緩存性能和減少內(nèi)容獲取時延。
　　(3)針對CAIP架構存在的邊緣移動性問題，本文提出了一種CAIP與SDN技術結合的無線緩存網(wǎng)絡架構，即利用SDN技術對CAIP架構的邊緣無線局域網(wǎng)進行集中化