内容中心网络的路由转发机制研究

发布时间：2018-11-03 12:44

【摘要】：互联网是人类历史上最重要的发明之一,深深的改变了人们的工作和生活方式。然而,随着网络技术和互联网应用的发展,各种新的业务需求不断出现,人们对网络的要求已经远远高于了互联网最初设计时仅仅保证网络连通性的要求,互联网中的问题也渐渐显现,比如网络的扩展性,管控性,服务质量等等方面问题。为了从根本上解决这些问题,世界各国的研究人员提出了重新设计面向未来的新型网络架构这一研究思路,未来网络技术的相关研究由此展开,涌现出很多研究项目和研究成果。内容中心网络是未来网络中十分重要体系架构之一,其主要思想来源于未来网络体系架构中的以信息为中心的网络架构研究,使互联网从以"where"为中心的架构转化为以用户和应用所关心的"what"为中心的架构。网络中的节点不再单纯提供传输功能,而是同时提供了存储和缓存内容等能力。一方面,内容中心网络的网内缓存技术使得存储能力和网络能力结合,从而减少网络中重复信息的传输；另一方面,内容中心网络以其面向命名的路由方式为用户提供了由端直接到内容的路由寻址,节点本身的位置不再成为路由所关心的问题。从本质上讲,就是使用户尽可能的从中间节点找到所需内容,更快的获得服务。内容中心网络的路由转发策略影响着其体系架构的性能和效率。与传统IP网络不同,内容中心网络架构的在设计之初就改变了IP网络路由的一些问题,本质上就是重新设计了网络层次,摆脱了当前路由对IP地址的依赖,重新设计了基于命名的路由寻址。内容中心网络中,节点的位置不再重要,而且其架构本身对多路径路由是自适应的,可以建立从一端指向拥有相同内容的多个端的多路径路由,区别于IP中端到端的多路径路由。内容中心网络的路由问题也可以看作是在缓存普遍存在的情况下,面向内容的寻址问题。所以,无论路径的终点指向是内容源节点还是缓存节点,都需要新的路由机制来的适应这一转变。内容中心网络需要解决从端到端路由转换到端到命名内容路由时出现的一系列问题,因此,对内容中心网络路由转发机制的研究是具有重要研究意义的。本文主要研究内容中心网络的路由选择策略,多径路由策略以及转发机制等方面的技术。本文基于内容中心网络的基本路由转发模型进行改进,对路由选择算法、多径路由策略,请求转发策略等方面进行探索性研究,为后续研究提供参考。本文的创新工作主要体现在以下几个方面： 1.内容中心网络的单径路由问题主要关注点是如何选择最佳的转发端口来建立用户到所需内容的路由,提高缓存内容对用户请求的贡献率。本文的研究针对现有单径路由策略中网络边缘节点缓存利用率低的情况提出了一种基于请求反向路径的单径路由策略。在该策略中,充分利用请求反向路径将新的请求引导至边缘节点,并提出了一种节点转发端口选择算法。经过仿真验证,该算法有效的提高了边缘节点的缓存利用率。 2.内容中心网络多路径路由是其网络本身特有的属性,而同时利用多个FIB端口的多径路由可以对缓存充分利用,但也会带来冗余的数据传输。针对这些问题,本文提出了一种基于内容轨迹的多径路由策略,利用内容轨迹将兴趣包引导至原有路由表路径外的缓存处,使兴趣包在到达服务器前尽可能精确的搜索更多的潜在可用缓存,提高网内节点缓存使用效率,并将多径路由冗余控制在一定范围内。仿真证明,该策略相对现有策略的网内缓存命中率有明显提升,并减少了一定的冗余传输。 3.当前在内容中心网络路由研究通常为搜索动态缓存或者只使用路径上的缓存,而这种情况导致了网络需要极高的收敛频率来根据缓存的变化收敛路由,而且请求不能利用跨路径的缓存资源,而大量路由到本地网络之外,跨网传输的代价高。本文关注如何利用缓存来指导网络内缓存的内容的路由建立,建立两者之间的一种联合机制,既减少跨网的数据传输又减少系统请求的时延。为了解决这个问题,提出一种基于静态缓存的路由算法,将网内缓存分为静态和动态两部分,在静态缓存区域协作的基础上使请求时延达到最小化,同时降低了网间的传输。而动态缓存可以在网内内容需求度变化时保证一定的缓存命中率。仿真表明,相对于现有策略,网络延时和跨网流量均有所降低。 4.内容中心网络的优势在于网内的相同内容缓存可以形成多个可以提供内容服务的源,而当前的研究主要集中在如何确定最佳的转发端口来实现优化的兴趣包转发,多源的优势并没有很好的体现出来。本文研究了在多内容源场景下,兴趣包如何利用多源优势进行转发。本文在多个内容源的基础上实现基于链路状态的请求序列分配,使用层次分析法建立了目标分析模型,平衡了多条路径间的竞争关系。达到了降低内容下载时延和多源的负载均衡的效果。
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【学位授予单位】：北京邮电大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TP393.02

【参考文献】