【摘要】：隨著互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展,多媒體業(yè)務(wù)占據(jù)了現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的大部分流量,而以IP地址為核心實現(xiàn)端到端通信的現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)在傳輸以內(nèi)容分發(fā)為主的業(yè)務(wù)時面臨著冗余傳輸、安全性等一系列問題,因此,命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)(Named Data Networking,NDN)被提出并成為研究的熱點。NDN將原始內(nèi)容分割為多個內(nèi)容塊并對其唯一命名,并以內(nèi)容名為索引進行路由和內(nèi)容匹配,實現(xiàn)內(nèi)容和位置的分離。此外,NDN通過網(wǎng)內(nèi)緩存機制可以實現(xiàn)后續(xù)的內(nèi)容請求直接在路由器側(cè)命中并返回,從而減少了網(wǎng)內(nèi)的重復(fù)流量,降低了用/戶的獲取時延。然而,NDN架構(gòu)其本身仍然存在著一系列的問題。首先,現(xiàn)有NDN架構(gòu)的內(nèi)容塊過小造成客戶端需要發(fā)送大量興趣包才能獲取到一個完整的內(nèi)容。而且由于NDN是帶狀態(tài)路由,需要路由器為經(jīng)過的興趣包維護狀態(tài),因此發(fā)送大量興趣包會造成路由器性能受到影響。增大內(nèi)容塊會解決上述問題但又會由于丟包概率增加而產(chǎn)生可靠性問題以及由于路由器的逐跳重組而產(chǎn)生的時延增大問題;其次,由于NDN中路由器緩存空間有限,而默認的緩存策略會造成緩存冗余,這不僅浪費寶貴的緩存資源,還造成緩存命中率低帶來的時延增大等問題。因此,本文主要針對NDN架構(gòu)以及其緩存策略中存在的問題,提出低時延的分片重組方案以及擁塞避免緩存策略。具體而言,本文的生要工作和貢獻如下:(1)針對NDN網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容塊過小造成的問題,本文提出一種低時延的內(nèi)容塊分片與重組傳輸協(xié)議FFRD。FFRD的核心思想是通過在路由器側(cè)實現(xiàn)內(nèi)容的重組與轉(zhuǎn)發(fā)分離的機制,從而避免由于路由器側(cè)的重組而產(chǎn)生的時延累積。此外,FFRD提出逐跳的可靠傳輸機制,使得NDN網(wǎng)絡(luò)在傳輸較大的內(nèi)容塊時可以有效保證可靠性,從而避免由于端到端的重傳而導(dǎo)致時延增大等問題,最后,我們實現(xiàn)FFRD協(xié)議并通過仿真驗證FFRD在傳輸大內(nèi)容塊時可以有效降低端到端的時延,并且提供了更好的可靠性。(2)針對NDN網(wǎng)絡(luò)存在的緩存性能問題,本文提出一種擁塞避免的緩存分配與放置策略CAC�？紤]到不同位置的節(jié)點放置同樣份緩存,其能夠覆蓋的用戶數(shù)不同,對緩存多樣性的影響也不同,因此本文根據(jù)節(jié)點所處的網(wǎng)絡(luò)位置設(shè)計緩存分配方案。此外,通過定義在該節(jié)點的潛在緩存價值函數(shù),并設(shè)計沿途協(xié)同緩存機制,使得內(nèi)容能夠放置在擁塞節(jié)點的下游,從而減少后續(xù)經(jīng)過擁塞節(jié)點的請求數(shù)目,進而減少擁塞丟包概率。最后,通過ndnSIM仿真驗證了 CAC在緩存重復(fù)率、時延、緩存命中率以及端到端重傳次數(shù)等方面都具有顯著的優(yōu)勢。
【圖文】：

年邋Ｖａｎ邋Ｊａｃｏｂｓｏｎ邋提出的內(nèi)容中心網(wǎng)絡(luò)［８］（Ｃｏｎｔｅｎｔ邋Ｃｅｎｔｒｉｃ邋Ｎｅｔｗｏｒｋｉｎｇ，邋ＣＣＮ）架構(gòu)，逡逑并由美國加州大學(xué)洛杉磯分校的Ｌｉｘｉａ邋Ｚｈａｎｇ教授及其研宄團隊進一步完善，并逡逑更名為命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，具體架構(gòu)如圖１．１所示。逡逑與現(xiàn)有基于ＩＰ地址路由查找內(nèi)容服務(wù)器方式不同的是，ＮＤＮ網(wǎng)絡(luò)定義兩種逡逑數(shù)據(jù)包格式分別為興趣包（Ｉｎｔｅｒｅｓｔ邋ｐａｃｋｅｔ）和數(shù)據(jù)包（Ｄａｔａ邋ｐａｃｋｅｔ），圖１．１中步驟逡逑（１）－步驟（６）表示興趣包經(jīng)過路由器的轉(zhuǎn)發(fā)后從服務(wù)器返回數(shù)據(jù)包的過程。興趣逡逑包和數(shù)據(jù)包中均包含請求方請求內(nèi)容的內(nèi)容名，路由器通過內(nèi)容名進行路由和逡逑查找，實現(xiàn)內(nèi)容本身和內(nèi)容地址的分離。同時，中間路由器具備網(wǎng)內(nèi)緩存的能力，逡逑通過存儲經(jīng)過路由器的內(nèi)容副本，使得后續(xù)到達該路由器的請求可以直接在該逡逑路由器滿足，不必再轉(zhuǎn)發(fā)到服務(wù)器，從而減少服務(wù)器端的負載能力，如圖Ｕ中步逡逑２逡逑

ｖ邐ｙ逡逑圖１．１邋ＮＤＮ架構(gòu)逡逑驟（７）和步驟（８）所示。此外，ＮＤＮ架構(gòu)在移動性和安全性等方面的改進也使得逡逑ＮＤＮ能夠有效的解決現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)下難以解決的問題。因此，ＮＤＮ項目在諸多逡逑未來網(wǎng)項目中脫穎而出，成為目前研究的主流，也是本文的研宄對象。逡逑１．２命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵性技術(shù)逡逑作為一種“革新式”的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，與現(xiàn)有ＩＰ網(wǎng)絡(luò)相比，ＮＤＮ最大的特點在逡逑于舍棄基于ＩＰ地址尋找內(nèi)容的方式。如圖丨．２所示，ＮＤＮ的細腰處采用內(nèi)容名替逡逑代現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)中的ＩＰ地址，，用戶獲取內(nèi)容時只需要發(fā)送包含相應(yīng)內(nèi)容名的請求包，逡逑而不需要知道內(nèi)容對應(yīng)的地址，中間路由器通過內(nèi)容名進行內(nèi)容的查找，從而實逡逑現(xiàn)內(nèi)容與其所在位置的解耦。逡逑從協(xié)議棧功能對比
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TP393.0

【參考文獻】

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1 Narges MEHRAN;Naser MOVAHHEDINIA;;Non-uniform EWMA-PCA based cache size allocation scheme in Named Data Networks[J];Science China(Information Sciences);2018年01期

本文編號：2592487