近年來,網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展迅猛,終端設(shè)備急劇增多,隨之到來的是流量和用戶的擴(kuò)增,同時(shí)用戶對(duì)網(wǎng)絡(luò)的要求也變得更高了。針對(duì)此類問題,命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)(NDN)作為一種未來網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)被提出。NDN和當(dāng)前主流的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)不同,它把內(nèi)容和終端位置分離開來,通過訂閱/發(fā)布的形式來提供各種服務(wù)。這樣則將用戶的關(guān)注點(diǎn)從終端改向內(nèi)容,即用戶只需要知道自己想要的內(nèi)容到底是什么,而不是內(nèi)容具體在哪里。NDN路由器是命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)正常運(yùn)行的核心設(shè)備,用于數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)、擁塞控制、流量控制、帶寬控制和緩存控制等功能。NDN的轉(zhuǎn)發(fā)平面則使NDN路由器能夠獨(dú)立選擇下一個(gè)跳轉(zhuǎn)發(fā)興趣包,NDN的轉(zhuǎn)發(fā)策略是路由器中的決策者--決定接收到的興趣包是否轉(zhuǎn)發(fā),在什么時(shí)間轉(zhuǎn)發(fā),以及向哪個(gè)端口轉(zhuǎn)發(fā)。因此轉(zhuǎn)發(fā)策略的研究對(duì)NDN中自適應(yīng)高效的數(shù)據(jù)傳輸起著非常重要的作用。本文主要工作有如下幾點(diǎn):1、傳統(tǒng)的NDN轉(zhuǎn)發(fā)策略大多都是基于一定的理論模型來設(shè)計(jì),其中存在很多假設(shè)和對(duì)網(wǎng)絡(luò)模型的簡(jiǎn)化,這無法全面的模擬網(wǎng)絡(luò)的真實(shí)環(huán)境�；诖爽F(xiàn)象,本文提出了一種基于深度增強(qiáng)學(xué)習(xí)的動(dòng)態(tài)自適應(yīng)智能轉(zhuǎn)發(fā)策略(DRL-based)。該智能轉(zhuǎn)發(fā)策略將NDN轉(zhuǎn)發(fā)平臺(tái)和深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)算法融合在一起,把轉(zhuǎn)發(fā)平面分為訓(xùn)練階段和轉(zhuǎn)發(fā)階段,以智能算法指導(dǎo)NDN興趣包的轉(zhuǎn)發(fā)。在訓(xùn)練階段,該策略會(huì)搜集網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息和興趣包內(nèi)容信息作為特征進(jìn)行訓(xùn)練,并將其結(jié)果用于轉(zhuǎn)發(fā)階段。2、在NDN中,興趣包是實(shí)時(shí)大規(guī)模轉(zhuǎn)發(fā)的,所以智能轉(zhuǎn)發(fā)算法也應(yīng)該有高速處理轉(zhuǎn)發(fā)的能力。如果單純的使用深度增強(qiáng)學(xué)習(xí)算法,將會(huì)花費(fèi)大量時(shí)間用于獲取轉(zhuǎn)發(fā)決策,這會(huì)影響轉(zhuǎn)發(fā)的效率。所以本文結(jié)合興趣包轉(zhuǎn)發(fā)的特點(diǎn),引入了臨時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)表,對(duì)基礎(chǔ)的智能轉(zhuǎn)發(fā)策略進(jìn)行優(yōu)化,加速了智能轉(zhuǎn)發(fā)策略的決策。改進(jìn)的自適應(yīng)智能轉(zhuǎn)發(fā)策略(DRL-W)能很好的感知網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)和內(nèi)容信息,提高了興趣包轉(zhuǎn)發(fā)效率。3、本文在現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)設(shè)備下搭建了一定規(guī)模的實(shí)際平臺(tái),并在其上成功部署了基于深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)的動(dòng)態(tài)自適應(yīng)轉(zhuǎn)發(fā)策略。同時(shí),為了評(píng)估自適應(yīng)智能轉(zhuǎn)發(fā)策略的性能,本文選取了NDN中4種流行的轉(zhuǎn)發(fā)策略作為對(duì)照策略(Best-Route策略,Multi-cast策略,NCC策略和ASF策略),設(shè)計(jì)并實(shí)施了相應(yīng)的對(duì)比實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,本文提出的基于深度增強(qiáng)學(xué)習(xí)的動(dòng)態(tài)自適應(yīng)智能轉(zhuǎn)發(fā)策略在提高興趣包滿足率和端口吞吐量、降低RTT等發(fā)面具有更好的性能。
【學(xué)位單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TP393.0;TP181
【部分圖文】：

當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展和成功很大程度上依靠于其沙漏模型，因?yàn)樗薪又舷聦訁f(xié)??議的技術(shù)。所以和ＩＰ網(wǎng)絡(luò)相同，命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)保持了沙漏模型，并同樣采用七層結(jié)??構(gòu)。如圖２．１所示，上三層協(xié)議可以應(yīng)對(duì)相應(yīng)的命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序，下三層協(xié)議??設(shè)計(jì)則是針對(duì)物理鏈路和通信�？梢钥闯�，和ＴＣＰ／ＩＰ協(xié)議最大的不同就是命名數(shù)據(jù)??網(wǎng)絡(luò)用內(nèi)容塊代替了?１Ｐ包。??ｆ?郵件萬維網(wǎng)電話…?？（瀏覽Ｓ艦…??＼?ＳＭＴＰ?ＨＴＴＰ?ＲＴＰ?ｊ?＾＂＂文件澡媒體＾??＼?ＴＣＰ?ＵＤＰ?／?＼?／??Ｘ?Ｘ?單獨(dú)的應(yīng)用程序?＼?Ｘ??）ｌＰ?（?中識(shí)?）名字??＾／Ｅｔｈｅｒｎｅｔ?ＰＰｐ＼＾?｜?單獨(dú)的鏈路｜?，?策鵰??／?ＣＳＰｓ４Ａａｓｙｎｅｓｄｆｉ＃簦??牐??｜?／?ＩＰ?ＵＤＰＰ２Ｆ?Ｂｅａｓｔ．．．?＼??Ｉ?Ｃｏｐｐｅｒ?ｆｉｂｅｒ?ｒａｄｉｏ，．，?Ｉ?？?＊?１?Ｃｏｐｐｅｒ?ｆｉｂｅｒ?ｒａｄｉａ，．??．．．．．．．?－）?士?Ｓ??圖２．１?ＴＣＰ／ＩＰ網(wǎng)絡(luò)和命名數(shù)據(jù)網(wǎng)路沙漏模型對(duì)比圖??命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的設(shè)計(jì)遵循著其獨(dú)特的安全性原則，即將安全性融入數(shù)據(jù)本??身。ｉｐ網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)之初并沒有涉及安全性，而是隨著網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，用戶對(duì)安全性??有了需求，安全性這一概念再添加進(jìn)來的。而命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)在設(shè)計(jì)之初就考慮到了??安全性

３）本方案需要做到基于內(nèi)容和網(wǎng)絡(luò)端口狀態(tài)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，轉(zhuǎn)發(fā)需要算法的決策??能力，而且端口狀態(tài)和內(nèi)容分布需要算法的感知能力。相應(yīng)的，深度強(qiáng)化學(xué)??習(xí)算法融合了深度學(xué)習(xí)和強(qiáng)化學(xué)習(xí)的特點(diǎn)，既有很強(qiáng)的感知能力又有很強(qiáng)??的決策能力，其感知能力可以感知端口狀態(tài)和內(nèi)容分布，決策能力則用來??針對(duì)感知結(jié)果獲取行動(dòng)決策，指導(dǎo)興趣包的轉(zhuǎn)發(fā)。??４）如果在轉(zhuǎn)發(fā)策略中引入深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)算法，將會(huì)需要大量的數(shù)據(jù)，支持神??經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練。而ＮＤＮ功能強(qiáng)大的轉(zhuǎn)發(fā)平臺(tái)可以提供豐富的內(nèi)容信息、端??口狀態(tài)信息和其他網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息。??由此可見，深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)算法的特點(diǎn)能很好的適應(yīng)本方案對(duì)轉(zhuǎn)發(fā)策略設(shè)計(jì)的要??求，而ＮＤＮ興趣包轉(zhuǎn)發(fā)的場(chǎng)景符合深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)使用要求的場(chǎng)景。??３．２基于ＤＲＬ算法的轉(zhuǎn)發(fā)策略的架構(gòu)設(shè)計(jì)??結(jié)合深度增強(qiáng)學(xué)習(xí)算法和命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)流程的特點(diǎn)，在命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)路由??器上部署智能算法，并將基于ＤＲＬ的轉(zhuǎn)發(fā)策略分為兩個(gè)階段：訓(xùn)練階段（包含策略??的更新）和轉(zhuǎn)發(fā)階段。整體架構(gòu)如圖３．１：??

第一階段是訓(xùn)練階段（包含策略的更新），其主要工作就是完成興趣包完整的處??理流程（即的將興趣包轉(zhuǎn)發(fā)出去，并獲取相應(yīng)的數(shù)據(jù)包或者ＮＡＣＫ包），同時(shí)獲取??訓(xùn)練所用的各種信息，并訓(xùn)練得到所需網(wǎng)絡(luò)，具體流程如圖３．２：??１、
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