CCN中协作缓存策略和查找算法的研究

发布时间：2020-09-11 21:57

　　为了解决当前网络暴露出来的诸多问题,对未来网络架构的研究已经形成一个新的领域。而内容中心网络(Content-Centric Network,CCN)则是这个领域中非常重要的研究对象。内容中心网络的提出是网络技术的一次革新,传统IP网络关心数据存储位置,而内容中心网络则只关注数据本身,数据成为网络架构中的核心要素,从根本上解决了IP地址耗尽、安全性和移动性等传统问题,其系统架构及相关支撑技术研究已成为热点。该网络作为一种新型的网络体系架构,通过网内缓存解决海量资源请求的问题,每个节点都具备缓存数据的能力,因此缓存性能对内容中心网络的整体性能具有决定性影响。本文介绍了内容中心网络的系统模型,并对缓存策略和查找算法两个方面进行研究。对现有缓存策略调研发现,网络中的各节点之间缺少协作机制,相邻节点不能互相通信,导致请求查找速度较慢。基于这个问题,本文提出了一种协作缓存策略,该策略将网络划分为多个自治系统,指定各系统的控制节点,协调汇总其余公共节点的缓存情况。在这种协作缓存策略下,请求能利用邻域节点的缓存,以获得更快的请求处理速度。为了结论更具普遍性,在任意的网络拓扑结构上,仿真求解现有策略和协作缓存策略产生的平均跳数、命中率和平均延时三种参数,对比结果表明协作缓存策略使得网络性能更佳。对现有缓存查找算法进行研究发现,在整个请求查找阶段,节点中的FIB(Forwarding Information Base)部分的查找最为耗时。针对这一现象,本文提出了一种FIB查找算法,在该算法中,bloom过滤器、哈希表和平衡二叉树三种数据结构相结合,哈希表的每个散列条目链接至一棵平衡二叉树。一方面,bloom过滤器可以过滤掉部分错误请求,减少整个网络的请求处理时间;另一方面,使用平衡二叉树,可以保证即使在发生哈希冲突时,依旧能控制请求的处理速度,保持在任何情况下,该查找算法的时间复杂度最差为O(log N)。经过仿真实验,与现有几种FIB查找算法对比,在本文所提算法下,FIB表查找时间明显下降,提高了网络的整体请求查找速度。
【学位单位】：南京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TP393.02
【部分图文】：

跳数,参数,缓存策略

对 LCE、LCE 和 P-ASS 三种策略在任意网络拓扑结构下进行仿真试验，对比三种缓存策略所产生的平均跳数、命中率和平均往返时延三个参数，比较几种策略的性能优劣。图 3.5 展示了三种缓存策略形成的平均跳数随着参数的变化，从图中可以看出，LCE、LCD 和 P-ASS 三种缓存策略随着的增大，即用户请求越集中，平均跳数都会越来越小。很明显，无论在何种情况下， P-ASS 策略的平均跳数都是最小的，随着的增大，在平均跳数方面，P-ASS 策略的优越性会比其他两种策略更加明显。即内容的流行度越高，有更多用户请求这些内容

柱状图,命中率,流行度,缓存策略

图 3.5 平均跳数随参数的变化.6 展示了在命中率方面，三种缓存策略随着参数的变化情况，从柱状图可以看CD 和 P-ASS 三种缓存策略随着的增大，命中率会越来越大。当很小时，即并不高的情况下，三种策略的命中率基本没有差距，但是对于内容流行度比较-ASS 策略的命中率会更高。而且随着内容流行度的不断增大，P-ASS 策略在命越性更明显。aaa a

时延,缓存策略,流行度,内容

图 3.7 平均往返时延随参数的变化仿真实验，图 3.7 展示了在不同情况下，三种策略的平均往返时延情况。从看出，随着用户请求内容流行度的不断增加，三种策略的平均往返时延一直在论在哪种内容流行度的情况下，P-ASS 策略相比于现有的两种缓存策略，其平是最好的。以上实验数据，可以看出: 越大，即越多的用户请求相同的内容时，内容流三种缓存策略的性能就越好，而且无论内容流行度如何，P-ASS 策略在平均跳平均往返时延三个方面的性能，都比现有的两种策略更加优越。来，在保证参数一致的情况下，修改网络中节点的缓存大小，仿真验证在不络性能随节点缓存大小的变化情况。对比三种缓存策略所产生的平均跳数、命返时延三个参数，对比性能优劣。3.8 中的数据，展示了三种缓存策略的命中率随着网络节点的缓存大小的变化情节点缓存空间越来越大，能够存储的内容越来越多，三种策略的命中率也会越aaaa

【参考文献】