本文關(guān)鍵詞：內(nèi)容中心網(wǎng)絡(luò)建模與內(nèi)容放置問題研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)成為了現(xiàn)今社會最重要的通信基礎(chǔ)設(shè)施之一,深刻地影響和改變著人們的工作、學(xué)習(xí)和生活。然而,隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的快速增長和多樣化應(yīng)用需求的不斷涌現(xiàn),現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)中存在的固有問題逐漸凸顯,例如可擴(kuò)展性、移動性、可控可管性、綠色節(jié)能等方面。為了從根本上解決這些問題,學(xué)術(shù)界提出了對未來網(wǎng)絡(luò)“從頭再來(clean-slate)"的設(shè)計(jì)思想,希望能夠擺脫現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)約束,重新設(shè)計(jì)面向內(nèi)容的網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)。 內(nèi)容中心網(wǎng)絡(luò)(Content Centric Networking,CCN)或命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)(Named Data Networking,, NDN)是這些面向內(nèi)容的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中最重要的架構(gòu)之一：CCN/NDN采用了以命名數(shù)據(jù)為中心的命名、安全、緩存、路由轉(zhuǎn)發(fā)和傳輸方式,形成了興趣包-數(shù)據(jù)包的基本通信模型,從根本上改變了互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu),使其完成從關(guān)注地址和主機(jī)到關(guān)注內(nèi)容本身的轉(zhuǎn)變。CCN/NDN直接保護(hù)信息而不再是保護(hù)傳輸信息的容器,從而完成了從信任主機(jī)到信任數(shù)據(jù)的設(shè)計(jì)思路轉(zhuǎn)變。CCN/NDN將存儲功能置入到路由器中,利用網(wǎng)內(nèi)緩存改進(jìn)內(nèi)容分發(fā)的傳輸效率。 本課題我們將研究CCN/NDN網(wǎng)絡(luò)建模以及內(nèi)容放置算法。CCN/NDN網(wǎng)絡(luò)建模是指在網(wǎng)絡(luò)請求分布、緩存策略和路由機(jī)制給定的條件下,按照CCN/NDN的數(shù)據(jù)傳輸方式,得到請求在各個路由節(jié)點(diǎn)的緩存命中概率,結(jié)合鏈路帶寬的分配方式或鏈路時延,得到各個節(jié)點(diǎn)獲取內(nèi)容的平均往返時延。在CCN/NDN網(wǎng)絡(luò)建模方面,本課題主要做了如下兩個貢獻(xiàn)： (1)在線型和二叉樹型的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及最近最少使用(Least Recently Used, LRU)緩存策略下,分析請求在節(jié)點(diǎn)未命中的兩種情況,即(a)前一次內(nèi)容k請求到本次內(nèi)容k請求之間有大于緩存容量的內(nèi)容種類的請求；(b)前一次內(nèi)容k請求未命中之后到內(nèi)容k返回之前(即內(nèi)容k的往返時延內(nèi))的內(nèi)容k的請求。然后利用排隊(duì)論和大數(shù)定律的分析方法,通過分析推導(dǎo),得到了各個內(nèi)容在各節(jié)點(diǎn)的未命中率和往返時延的閉式解,并分析性能與資源的數(shù)量關(guān)系。 (2)對于CCN/NDN網(wǎng)絡(luò)的任意拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),提出了帶聚合的多緩存近似(Multi-Cache with Aggregation Approximation,MCAA)算法計(jì)算各內(nèi)容在各個節(jié)點(diǎn)的命中率和分發(fā)時延的近似數(shù)值解。從CCN/NDN數(shù)據(jù)傳輸特點(diǎn)出發(fā),考慮CCN/NDN路由節(jié)點(diǎn)PIT的聚合功能,用數(shù)學(xué)公式分別表達(dá)外來請求、轉(zhuǎn)發(fā)、未命中、聚合以及時延,將這些表達(dá)式串聯(lián)起來,設(shè)置誤差閾值,先假定各節(jié)點(diǎn)的未命中率為零,通過逐步迭代,以兩次迭代結(jié)果的誤差落入預(yù)先設(shè)定的閾值內(nèi)作為終止條件,最終得到任意拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)下各種內(nèi)容在各個節(jié)點(diǎn)的命中率和分發(fā)時延的近似數(shù)值解。 內(nèi)容放置問題的研究主要包括集中式的內(nèi)容放置和分布式的內(nèi)容放置兩類,集中式的內(nèi)容放置能夠獲得全局信息以做全局優(yōu)化,而分布式的內(nèi)容放置則只能通過局部信息得到次優(yōu)解。鑒于CCN/NDN的分布式架構(gòu),本文主要研究分布式的內(nèi)容放置問題。CCN/NDN內(nèi)容放置問題主要回答如下問題：內(nèi)容是否放置到節(jié)點(diǎn)(或節(jié)點(diǎn)是否緩存內(nèi)容的決定策略)、放置到節(jié)點(diǎn)的內(nèi)容什么時候被替換(緩存內(nèi)容的替換策略)、以及放置多少內(nèi)容到節(jié)點(diǎn)(緩存空間大小分配策略)。本文主要針對網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化目標(biāo),研究了基于時延和能效的內(nèi)容放置策略,具體創(chuàng)新點(diǎn)如下： (3)以用戶獲取內(nèi)容的時延最小化為優(yōu)化目標(biāo),通過提取出刻畫節(jié)點(diǎn)對內(nèi)容競爭力的逗留時間(Sojourn Time, ST),我們設(shè)計(jì)了一種基于ST的合作緩存決定新策略,逗留時間是指內(nèi)容從緩存在節(jié)點(diǎn)到本次被替換出去的這段時間。并且在替換策略采用LRU策略時,理論分析了ST-LRU策略的優(yōu)勢,通過仿真進(jìn)一步證實(shí)了該策略通過減少節(jié)點(diǎn)對內(nèi)容的復(fù)制次數(shù),增加緩存內(nèi)容的多樣性,提高了請求的總命中率,減少了用戶獲取內(nèi)容的總時延。 (4)以網(wǎng)絡(luò)總能量最小化為優(yōu)化目標(biāo),建立網(wǎng)絡(luò)總能量的優(yōu)化模型,我們設(shè)計(jì)了基于往返時延的能效緩存(Energy efficiency cache scheme based on VRTT, EV)策略。該策略分析到達(dá)各個節(jié)點(diǎn)的內(nèi)容緩存與否分別可能產(chǎn)生的能耗做緩存決定策略,在緩存產(chǎn)生的能耗較小的情況下,比較已緩存內(nèi)容節(jié)省的能量與新到達(dá)內(nèi)容將節(jié)省的能量大小,若新到達(dá)內(nèi)容將節(jié)省的能量大于已緩存內(nèi)容中節(jié)能最小的內(nèi)容所節(jié)省的能量,則將該新到內(nèi)容替換節(jié)能最小的內(nèi)容而緩存到節(jié)點(diǎn)中�；舅枷胧菣�(quán)衡內(nèi)容緩存能量與傳輸能量,同時最大化已緩存內(nèi)容的節(jié)能,最終達(dá)到最小化總能量的目的。仿真結(jié)果顯示,EV策略在能耗方面優(yōu)于LRU和基于流行度的策略,在用戶獲取內(nèi)容的平均跳數(shù)方面,EV策略也優(yōu)于LRU策略。
【關(guān)鍵詞】：未來網(wǎng)絡(luò) 內(nèi)容中心網(wǎng)絡(luò) 數(shù)據(jù)傳輸建模 內(nèi)容放置問題 逗留時間 能量效率
【學(xué)位授予單位】：北京郵電大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TP393.02
【目錄】：

• 摘要4-7
• ABSTRACT7-13
• 第一章 緒論13-32
• 1.1 課題研究背景13-28
• 1.1.1 互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展及其面臨的問題13-15
• 1.1.2 信息中心網(wǎng)絡(luò)15-17
• 1.1.3 內(nèi)容中心網(wǎng)絡(luò)17-28
• 1.2 課題來源及研究意義28-30
• 1.2.1 課題來源28-29
• 1.2.2 研究意義29-30
• 1.3 本文主要貢獻(xiàn)30
• 1.4 本文組織結(jié)構(gòu)30-32
• 第二章 CCN網(wǎng)絡(luò)建模與內(nèi)容放置問題概述32-48
• 2.1 引言32
• 2.2 CCN網(wǎng)絡(luò)建模問題概述32-41
• 2.2.1 CCN網(wǎng)絡(luò)建模的研究意義32-33
• 2.2.2 CCN網(wǎng)絡(luò)建模的研究現(xiàn)狀33-41
• 2.3 CCN網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容放置問題概述41-48
• 2.3.1 CCN網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容放置問題的研究意義41-42
• 2.3.2 CCN網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容放置問題的研究現(xiàn)狀42-48
• 第三章 基于分析方法的CCN數(shù)據(jù)傳輸建模48-62
• 3.1 引言48
• 3.2 研究思路48-49
• 3.3 模型描述和符號49-50
• 3.4 算法分析50-56
• 3.4.1 單節(jié)點(diǎn)模型50-52
• 3.4.2 線型52-54
• 3.4.3 二叉樹型54-56
• 3.6 仿真與分析56-61
• 3.6.1 仿真環(huán)境和參數(shù)設(shè)置56
• 3.6.2 仿真結(jié)果和分析56-61
• 3.7 本章小結(jié)61-62
• 第四章 基于迭代方法的CCN數(shù)據(jù)傳輸建模62-73
• 4.1 引言62
• 4.2 研究思路62
• 4.3 模型描述和符號62-64
• 4.4 MCAA算法分析64-67
• 4.5 仿真與分析67-72
• 4.5.1 仿真環(huán)境和參數(shù)設(shè)置67-68
• 4.5.2 仿真結(jié)果和分析68-72
• 4.6 本章小結(jié)72-73
• 第五章 基于時延優(yōu)化的內(nèi)容放置策略73-91
• 5.1 引言73
• 5.2 研究思路73-74
• 5.3 基于逗留時間的內(nèi)容放置算法74-79
• 5.3.1 系統(tǒng)模型描述74-75
• 5.3.2 ST策略在CCN中的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)75-77
• 5.3.3 ST-LRU策略舉例77-79
• 5.4 ST-LRU策略的性能分析79-83
• 5.4.1 CCN數(shù)學(xué)模型及假設(shè)79-80
• 5.4.2 平均逗留時間的計(jì)算公式80-82
• 5.4.3 ST-LRU策略的定性分析82-83
• 5.5 仿真結(jié)果與分析83-90
• 5.5.1 仿真環(huán)境設(shè)置83-85
• 5.5.2 仿真結(jié)果分析85-90
• 5.5.2.1 ST-LRU與ALWAYS-LRU機(jī)制的比較85-88
• 5.5.2.2 平均逗留時間計(jì)算公式的有效性分析88-90
• 5.6 本章小結(jié)90-91
• 第六章 基于能效優(yōu)化的內(nèi)容放置策略91-101
• 6.1 引言91
• 6.2 研究思路91-92
• 6.3 基于往返時延的內(nèi)容放置算法92-94
• 6.3.1 模型符號和假設(shè)92
• 6.3.2 EV策略在CCN中的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)92-94
• 6.4 EV策略的理論分析94-96
• 6.4.1 CCN能量優(yōu)化模型94-95
• 6.4.2 EV算法理論分析95-96
• 6.5 仿真與分析96-99
• 6.5.1 仿真環(huán)境和參數(shù)設(shè)置96
• 6.5.2 仿真結(jié)果和分析96-99
• 6.6 本章小結(jié)99-101
• 第七章 結(jié)束語101-104
• 7.1 論文工作總結(jié)101-102
• 7.2 未來工作展望102-104
• 參考文獻(xiàn)104-113
• 縮略語索引113-116
• 致謝116-117
• 攻讀博士學(xué)位期間相關(guān)論文及專利117

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前4條

1 何寶宏;;下一代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)演進(jìn)路線研究[J];電信網(wǎng)技術(shù);2009年10期

2 吳建平;林嵩;徐恪;劉瑩;朱敏;;可演進(jìn)的新一代互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)研究進(jìn)展[J];計(jì)算機(jī)學(xué)報;2012年06期

3 謝高崗;張玉軍;李振宇;孫毅;謝應(yīng)科;李忠誠;劉韻潔;;未來互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)研究綜述[J];計(jì)算機(jī)學(xué)報;2012年06期

4 任勇;徐蕾;葉王毅;彭兆盟;孫權(quán);楊超群;桂琨智;;未來網(wǎng)絡(luò)的研究進(jìn)展和發(fā)展趨勢[J];中國科技論文在線;2011年04期

  本文關(guān)鍵詞：內(nèi)容中心網(wǎng)絡(luò)建模與內(nèi)容放置問題研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：296904