本文選題：命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò) + 緩存冗余�。� 參考：《北京交通大學(xué)》2016年博士論文

【摘要】：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)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)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,分別針對單一分支路由器觸發(fā)和全局分支路由器觸發(fā)兩種場景,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。2)針對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,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)起請求。該機(jī)制保證了簇內(nèi)高流行度內(nèi)容的緩存唯一性,從而明顯降低冗余內(nèi)容的緩存。同時(shí),內(nèi)容流行度的更新范圍被限制在單個(gè)邊緣簇內(nèi),實(shí)現(xiàn)了緩存效率和緩存可擴(kuò)展性之間的均衡。仿真結(jié)果表明了該路由機(jī)制具有最短的請求時(shí)間,最優(yōu)的路由增益,較少的緩存內(nèi)容數(shù)量,最低的緩存替換量。此外,該機(jī)制還以極小的通告代價(jià)換來最少的傳輸開銷和較低的緩存開銷。
[Abstract]:With the emergence of innovative application based on Internet technology and the continuous emergence of new services oriented to content , the existing Internet gradually shows the defects and deficiencies of its original design . In order to explore the direction and change of Internet development in the future , scholars at home and abroad have studied deeply and put forward a variety of future information network systems and their architectures . The named data network replaces " IP " with " content " as the " soft waist " of the network hourglass model . This paper proposes a hierarchical cluster architecture based on hierarchical cluster .
or adopts the shortest path routing mechanism to initiate a request to a content provider .

【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TP393.0
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本文編號：1820251