未来网络资源命名与分发机理研究

发布时间：2019-07-28 15:38

【摘要】：随着互联网的广泛普及与应用,当前互联网体系显现出诸多不足,严重影响互联网的进一步发展。构建未来网络体系旨在从根本上能够解决这些弊端,具有重大的研究意义。目前,世界范围内未来网络体系的相关研究仍处于起步阶段,尚有许多关键机制和机理有待进一步探索分析。其中,资源命名与分发机理作为未来网络体系研究的核心内容首先需要去研究并制定系列标准。为此,本论文重点围绕未来网络的资源命名与分发关键技术进行了深入研究,主要工作体现在资源命名机制和资源分发机理两个方面,包括：(1)资源命名方案；(2)资源名字查找；(3)资源分发模型以及(4)资源协作缓存等四个研究点,形成了一套资源命名与分发机理基础研究体系。具体完成工作如下： (1)在资源命名机制方面,研究了未来网络体系的资源命名结构设计。针对层次化命名以及平面化命名机制的不足,考虑未来网络中信息资源发现需要模糊匹配,提出了支持模糊查找的多属性标签资源命名方案(M-Label)。M-Label资源命名机制具有较强的灵活性和可扩展性,使得网络可以充分利用其携带属性,灵活地满足用户的各种多样化需求,从而实现高效地资源分发。进一步,通过分析层次化命名、平面化命名以及属性化命名三种资源命名结构,通过提炼各种结构的优势和弊端,从结构融合的角度出发,巧妙地提出了基于“分层-平面-属性”三级混合结构的广义资源命名方案(Hybrid Naming, HN)。HN方案实现了一种能够兼容多种命名体系的未来网络资源命名方案,在资源命名层面可以有效提高未来网络的可兼容性,有助于未来异构网络体系的互联互通。 (2)在资源名字查找方面,研究了路由表最长前缀匹配查询效率与可扩展性的平衡问题。为了适应未来网络面向资源的名字路由查找,创新性地提出了基于Bloom Filter和Trie混合结构的名字匹配机制BFT。BFT查找机制较传统的Bloom Filter查找方案,减少了Bloom Filter的插入条目个数,从而降低哈希冲突的可能性；较传统的Trie查找方案,能够很好地解决名字前缀过长引起的内存访问次数过多的问题,提高了查找效率。BFT实现了一种支持自适应平衡调整的名字查找体系。进一步地,针对具有不同流行度的资源名字前缀匹配频率不均的现象,提出了基于流行度的前缀自适应优化机制,创建了基于自适应Bloom Filter的名字前缀查找方法。该方案可以有效提高流行资源的查找匹配速率,从而在一定程度上加快路由器查找匹配的整体速率。 (3)在资源分发机理建模方面,分别从一维移动和二维移动两个角度,针对资源分发与获取过程展开研究,建立完备的基于命中率的资源分发模型。该模型综合考虑了面向资源的未来网络体系的内容分发特征、内容缓存机制以及节点移动性等,通过基于命中概率的数学理论推导,得出移动环境下的网络传输资源的平均吞吐量、平均传输时延等度量的解析表达式。所提出的模型作为一种资源分发机理分析工具,将有助于挖掘未来网络体系的特征和潜力,促进未来网络理论性能评估、优化以及机制改进的研究。 (4)在资源协作缓存方面,通过挖掘网络节点潜在关系,研究了网络节点间通过协同缓存资源来提高资源分发效率。对于静态网络拓扑,探索了基于拓扑位置信息的协同合作,利用最小覆盖理论工具来解决缓存节点优化选择问题。对于动态移动场景,以高速公路车载应用环境为例,研究了基于社会化关系的资源协同缓存机制。通过分析车载节点存在的“伙伴”和“传信”社会化协作关系,分别提出了“基于伙伴节点的协作缓存机制”和“基于传信节点的协作缓存机制”,能够在一定程度上保证移动稀疏环境下资源分发的可靠性。本论文针对未来网络的资源命名和分发机理核心问题,沿着“命名-查找-分发-缓存”四个步骤展开系统研究,并进行有机联系,构成一个整体的研究体系,形成了一些基础研究成果,具有一定的创新性。在研究方法上,本论文采用了内容调研、原理机制设计、统计分析、数学推导、仿真评估等一系列研究方法。在应用场景上,本论文考虑了未来网络的实际应用部署,包括：资源命名机制与现有网络兼容性分析,网络资源名字统计特征分析,资源分发模型的实际应用指导,以及协作缓存在移动车载环境下的应用等。本论文取得的研究成果对未来网络体系的研究与发展具有一定的借鉴意义。
【图文】：

未来网络资源命名与分发机理研究

互联网发展主要阶段U)互联网发展的起点：世界上第一个分组交换试验网ARPANET建立，，

未来网络资源命名与分发机理研究

基于TCP/IP的互联网体系逐渐暴露出许多严重弊端，包括：安全性差、移动性差、可扩展性差、能源消耗高等问题。具体挑战归纳如图1-2所示，下面分别作简单的阐述。(1)安全性方面当前互联网的发展受到安全攻击的严重制约，归其原因在于原有的网络体系在设计之初只为了端到端之间的数据信息通信，认为数据通信是安全的，并没有将安全性设计到互联网体系的建设中。随着互联网的快速发展，当前任何人都可以在任意时间和地点通过多种不同方式接入到互联网，因此现有互联网的通信安全极易受到攻击和安全威胁，如网银被盗、DOS攻击、病毒入侵等。-3-
【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】：TP393.4

【参考文献】