現(xiàn)有的基于IP地址的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)發(fā)明于19世紀(jì)初期,隨著網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量的不斷增大和越來越多設(shè)備連接到網(wǎng)絡(luò),它逐漸不能滿足人們對網(wǎng)絡(luò)的需求。信息中心網(wǎng)絡(luò)作為下一代通信網(wǎng)絡(luò)的主流應(yīng)運而生,與傳統(tǒng)的IP網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)相比較,信息中心網(wǎng)絡(luò)采用名字對數(shù)據(jù)進行命名,也因此沒有對IP地址數(shù)量的限制,能夠滿足大量設(shè)備連入互聯(lián)網(wǎng)的需求,迎接物聯(lián)網(wǎng)時代的到來。信息中心網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)命名、路徑緩存的特點,能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的分發(fā),重復(fù)使用,減小收發(fā)數(shù)據(jù)的時延。而命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)作為信息中心網(wǎng)絡(luò)的一個主流實現(xiàn)框架,引起學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注。盡管命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)相較于傳統(tǒng)IP網(wǎng)絡(luò)有許多優(yōu)點,但是它仍然存在許多問題。首先,網(wǎng)絡(luò)設(shè)備有限的存儲資源使得路徑存儲的優(yōu)勢不能完全凸顯,相比于整個網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)的存儲量,網(wǎng)絡(luò)存儲的數(shù)據(jù)緩存命中率很低,不能對網(wǎng)絡(luò)性能有較大的提升。第二,網(wǎng)絡(luò)設(shè)備有限的計算資源不足以用于雜度的網(wǎng)絡(luò)控制,包括路由,復(fù)雜緩存策略和數(shù)據(jù)完整性檢測。第三,命名中心網(wǎng)絡(luò)提出的沿路徑緩存策略會導(dǎo)致數(shù)據(jù)冗余和資源浪費,并且對網(wǎng)絡(luò)性能的提升不高。第四,網(wǎng)絡(luò)中用戶節(jié)點的移動性問題,針對命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò),數(shù)據(jù)移動會導(dǎo)致丟包率上升、網(wǎng)絡(luò)擁塞和轉(zhuǎn)發(fā)表頻繁更新。霧計算作為云計算技術(shù)的延伸,繼承了云計算對資源的動態(tài)分配的特點,并且把各類計算存儲資源搬移到網(wǎng)絡(luò)邊緣。對于對實時性要求高的應(yīng)用,霧計算能更好的滿足其要求,因為霧節(jié)點能在邊緣對數(shù)據(jù)進行處理并且直接返回結(jié)果,不需要上傳到云端。霧計算的存儲和計算資源能有效緩解命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中網(wǎng)絡(luò)設(shè)備計算存儲力不足的問題,并且能夠根據(jù)需求動態(tài)的分配這些資源。邊緣特性使得內(nèi)容的緩存只能發(fā)生在網(wǎng)絡(luò)邊緣,能夠減少數(shù)據(jù)的冗余,更有效的利用資源。基于以上的需求和分析,本文提出了基于霧計算的命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),主要包括以下幾個方面的工作:1)提出并設(shè)計了基于霧計算的命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)分類機制,利用霧節(jié)點的內(nèi)容感知特性,對需要緩存的數(shù)據(jù)進行分類。2)提出并設(shè)計了基于霧計算的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點緩存和控制優(yōu)化,利用霧虛擬化、動態(tài)調(diào)配的特點,為內(nèi)容中心網(wǎng)絡(luò)的中間結(jié)點提供動態(tài)的存儲資源。結(jié)合網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化的思想,把原本在節(jié)點中的分布式控制整合到霧節(jié)點中,利用霧節(jié)點對網(wǎng)絡(luò)對路由,緩存等進行控制。3)提出并設(shè)計了基于霧計算的命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的移動節(jié)點管理機制,使用霧計算作為數(shù)據(jù)的發(fā)布者,減少發(fā)布者的移動對網(wǎng)絡(luò)帶來的影響。
【學(xué)位單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TP393.04
【部分圖文】：

Fig 2 1 The comparison of packet type between IP network and NDN network2.1.1 NDN 網(wǎng)絡(luò)包結(jié)構(gòu)如圖2 1所示，傳統(tǒng)的 TCP ／ IP 協(xié)議中網(wǎng)絡(luò)層的 IP 數(shù)據(jù)包只有一個統(tǒng)一的格式，由一些包信息，目的地址，源地址和數(shù)據(jù)組成。而在 NDN 協(xié)議中，網(wǎng)絡(luò)層的包分為兩種類型，興趣包（Interest Packet）和數(shù)據(jù)包（Data Packet）。興趣包中包含了需要請求的數(shù)據(jù)的名字，還包含選擇器（Selector）和隨機數(shù)（Nonce）兩部分。選擇器通�？梢园恍┏种獾臋z索信息，例如發(fā)布者過濾，可以指明數(shù)據(jù)包必須由哪些發(fā)布者發(fā)布— 5 —

Fig 2 2 The forward process of interest packet and data packet in NodePan2016Fast興趣包和數(shù)據(jù)包到達節(jié)點的處理方式和順序如圖2 2所示。興趣包到達節(jié)點后會先進行 CS 匹配，匹配成功證明數(shù)據(jù)已經(jīng)被請求過并且存儲在 CS 當(dāng)中，此時直接返回數(shù)據(jù)包，轉(zhuǎn)發(fā)過程結(jié)束。如未匹配成功將對名字進行 PIT 匹配，如匹配成功，證明當(dāng)前已有興趣包請求相同的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)包還未返回到當(dāng)前節(jié)點，所以直接在匹配到的名字后加上當(dāng)前興趣包到達此節(jié)點的端口，轉(zhuǎn)發(fā)過程結(jié)束。如未匹配成功，添加名字接口對，記錄興趣包名字和到達接口，再進行 FIB 最長前綴匹配

此外，NDN 數(shù)據(jù)命名也是分層結(jié)構(gòu)，路由信息檢索和查找也是通過最長匹配查找的方式。所以 NDN 也可以采用傳統(tǒng)適用于 IP 的路由策略，比如（IS － IS 和 OSPF）。這種路由表建立方法的過程如圖2 4所示。數(shù)據(jù)持有者節(jié)點 A 通過泛洪的方式向周圍鄰接節(jié)點 C 和節(jié)點 D 宣布持有名字為“/parc.com/media/art”的數(shù)據(jù)，C，D 節(jié)點在 FIB 中增加一條記錄包含聽到的數(shù)據(jù)名字和聽到數(shù)據(jù)名字的端口。C，D 節(jié)點在通過泛洪的方式，把這條消息發(fā)布給其他端口，直到整個網(wǎng)絡(luò)都記錄下“/parc.com/media/art”數(shù)據(jù)的來源。兩種轉(zhuǎn)發(fā)表填充方式都各有優(yōu)缺點，泛洪的方式不適用于大型網(wǎng)絡(luò)，但是能容忍節(jié)點的移動性，而發(fā)布的方式轉(zhuǎn)發(fā)效率更高，但是當(dāng)發(fā)布節(jié)點移動的時候，可能造成網(wǎng)絡(luò)丟包率的上升。— 8 —

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本文編號：2824977