基于灰狼優(yōu)化算法的SDN-NDN協(xié)作緩存策略研究.pdf

1、隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，視頻點(diǎn)播、網(wǎng)絡(luò)直播、視頻聊天等以流媒體為技術(shù)核心的應(yīng)用正成為互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的主流，流媒體分發(fā)技術(shù)越來(lái)越受到廣大研究人員的重視，直接推動(dòng)了整個(gè)互聯(lián)網(wǎng)的變革和發(fā)展。命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)(Named DataNetworking，NDN)是一種以?xún)?nèi)容為中心的新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。在NDN中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都具有緩存功能，用戶(hù)視頻請(qǐng)求可以由緩存該視頻的節(jié)點(diǎn)提供服務(wù)。緩存可以顯著降低用戶(hù)訪問(wèn)時(shí)延，減小跨網(wǎng)間傳輸流量，減輕服務(wù)器負(fù)載。因此，如何制定緩存

2、策略是NDN研究的關(guān)鍵問(wèn)題之一。
　　目前NDN廣泛采用普遍緩存，緩存的內(nèi)容僅具有路徑可見(jiàn)性，易造成網(wǎng)絡(luò)中相同內(nèi)容大量冗余，未能充分利用緩存空間。針對(duì)這一問(wèn)題，本文提出一種針對(duì)一個(gè)自治域(Autonomous System，AS)的協(xié)作緩存策略，并重點(diǎn)研究緩存架構(gòu)設(shè)計(jì)、緩存感知路由和緩存策略三個(gè)問(wèn)題。其中緩存架構(gòu)設(shè)計(jì)主要為制定集中式的路由方案和緩存策略做鋪墊;緩存感知路由主要研究如何設(shè)計(jì)路由使得請(qǐng)求更好地利用已經(jīng)緩存的內(nèi)容;緩存策

3、略主要研究如何制定合理的緩存方案，實(shí)現(xiàn)緩存性能最優(yōu)化。為研究以上三個(gè)問(wèn)題，主要完成了以下工作:
　　(1)為了收集網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)?、?nèi)容的流行度等信息，本文提出了一種基于軟件定義網(wǎng)絡(luò)（Software Defined Network，SDN）的SDN-NDN協(xié)作緩存架構(gòu)，并基于該架構(gòu)設(shè)計(jì)了一種緩存感知的路由方式，提升緩存內(nèi)容的利用效率。隨后，本文重點(diǎn)研究緩存問(wèn)題，以最小化用戶(hù)請(qǐng)求熱門(mén)視頻時(shí)延為優(yōu)化目標(biāo)，提出一種全域協(xié)作緩存模型，該模型是

4、一個(gè)整數(shù)規(guī)劃問(wèn)題，屬于NP-hard問(wèn)題。
　　(2)為了求解該NP-hard問(wèn)題，本文引入灰狼優(yōu)化算法，并提出兩種二進(jìn)制的改進(jìn)方法，隨后對(duì)算法性能進(jìn)行仿真分析，證明其具有較好的收斂速度和收斂精度。隨后結(jié)合二進(jìn)制灰狼優(yōu)化算法和貪心算法，提出一種預(yù)留協(xié)作緩存(Reserve Cooperative Cache，RCC)算法用于求解全域協(xié)作緩存模型。
　　(3)為了驗(yàn)證RCC算法的性能，本文同時(shí)使用CVX優(yōu)化器求解全域協(xié)作緩存模