基于雾计算的命名数据网络性能优化研究

发布时间：2020-09-23 06:32

　　 现有的基于IP地址的网络架构发明于19世纪初期,随着网络数据流量的不断增大和越来越多设备连接到网络,它逐渐不能满足人们对网络的需求。信息中心网络作为下一代通信网络的主流应运而生,与传统的IP网络架构相比较,信息中心网络采用名字对数据进行命名,也因此没有对IP地址数量的限制,能够满足大量设备连入互联网的需求,迎接物联网时代的到来。信息中心网络数据命名、路径缓存的特点,能够实现数据的分发,重复使用,减小收发数据的时延。而命名数据网络作为信息中心网络的一个主流实现框架,引起学术界的广泛关注。尽管命名数据网络相较于传统IP网络有许多优点,但是它仍然存在许多问题。首先,网络设备有限的存储资源使得路径存储的优势不能完全凸显,相比于整个网络中数据的存储量,网络存储的数据缓存命中率很低,不能对网络性能有较大的提升。第二,网络设备有限的计算资源不足以用于杂度的网络控制,包括路由,复杂缓存策略和数据完整性检测。第三,命名中心网络提出的沿路径缓存策略会导致数据冗余和资源浪费,并且对网络性能的提升不高。第四,网络中用户节点的移动性问题,针对命名数据网络,数据移动会导致丢包率上升、网络拥塞和转发表频繁更新。雾计算作为云计算技术的延伸,继承了云计算对资源的动态分配的特点,并且把各类计算存储资源搬移到网络边缘。对于对实时性要求高的应用,雾计算能更好的满足其要求,因为雾节点能在边缘对数据进行处理并且直接返回结果,不需要上传到云端。雾计算的存储和计算资源能有效缓解命名数据网络中网络设备计算存储力不足的问题,并且能够根据需求动态的分配这些资源。边缘特性使得内容的缓存只能发生在网络边缘,能够减少数据的冗余,更有效的利用资源。基于以上的需求和分析,本文提出了基于雾计算的命名数据网络架构,主要包括以下几个方面的工作:1)提出并设计了基于雾计算的命名数据网络的数据分类机制,利用雾节点的内容感知特性,对需要缓存的数据进行分类。2)提出并设计了基于雾计算的网络节点缓存和控制优化,利用雾虚拟化、动态调配的特点,为内容中心网络的中间结点提供动态的存储资源。结合网络功能虚拟化的思想,把原本在节点中的分布式控制整合到雾节点中,利用雾节点对网络对路由,缓存等进行控制。3)提出并设计了基于雾计算的命名数据网络的移动节点管理机制,使用雾计算作为数据的发布者,减少发布者的移动对网络带来的影响。
【学位单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TP393.04
【部分图文】：

Fig 2 1 The comparison of packet type between IP network and NDN network2.1.1 NDN 网络包结构如图2 1所示，传统的 TCP ／ IP 协议中网络层的 IP 数据包只有一个统一的格式，由一些包信息，目的地址，源地址和数据组成。而在 NDN 协议中，网络层的包分为两种类型，兴趣包（Interest Packet）和数据包（Data Packet）。兴趣包中包含了需要请求的数据的名字，还包含选择器（Selector）和随机数（Nonce）两部分。选择器通常可以包含一些除名字之外的检索信息，例如发布者过滤，可以指明数据包必须由哪些发布者发布— 5 —

Fig 2 2 The forward process of interest packet and data packet in NodePan2016Fast兴趣包和数据包到达节点的处理方式和顺序如图2 2所示。兴趣包到达节点后会先进行 CS 匹配，匹配成功证明数据已经被请求过并且存储在 CS 当中，此时直接返回数据包，转发过程结束。如未匹配成功将对名字进行 PIT 匹配，如匹配成功，证明当前已有兴趣包请求相同的数据，数据包还未返回到当前节点，所以直接在匹配到的名字后加上当前兴趣包到达此节点的端口，转发过程结束。如未匹配成功，添加名字接口对，记录兴趣包名字和到达接口，再进行 FIB 最长前缀匹配

此外，NDN 数据命名也是分层结构，路由信息检索和查找也是通过最长匹配查找的方式。所以 NDN 也可以采用传统适用于 IP 的路由策略，比如（IS － IS 和 OSPF）。这种路由表建立方法的过程如图2 4所示。数据持有者节点 A 通过泛洪的方式向周围邻接节点 C 和节点 D 宣布持有名字为“/parc.com/media/art”的数据，C，D 节点在 FIB 中增加一条记录包含听到的数据名字和听到数据名字的端口。C，D 节点在通过泛洪的方式，把这条消息发布给其他端口，直到整个网络都记录下“/parc.com/media/art”数据的来源。两种转发表填充方式都各有优缺点，泛洪的方式不适用于大型网络，但是能容忍节点的移动性，而发布的方式转发效率更高，但是当发布节点移动的时候，可能造成网络丢包率的上升。— 8 —

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 周振元;;联通基础数据网络优化分析[J];数字通信世界;2017年05期

2 文辉;RADCOM和DATAKOM携手确保数据网络合法侦听[J];现代电信科技;2000年05期

3 邢志人;莫治斌;;大数据时代数据网络犯罪的应对：以多重思维为视角[J];辽宁大学学报(哲学社会科学版);2019年05期

4 森杰;ATM进入企业数据网络(下)[J];电子技术;1998年03期

5 陈进;公共数据网络[J];中国金融电脑;1996年05期

6 顾田田;;通信过程中数据网络的优化工作分析[J];通信电源技术;2019年05期

7 杨旭;;基于5G的大数据网络架构分析[J];科技资讯;2017年17期

8 ;Comm Works公司为Verizon Wireless公司提供数据网络设备[J];电信技术;2002年03期

9 孟碧波，朱亦兵;一种厂站实时数据网络系统的设计与实现[J];华中电力;1994年05期

10 刘骏业;;关于电力综合数据网络的优化建设[J];信息系统工程;2019年07期

相关会议论文 前10条

1 熊小明;周民立;;电信基础数据网络的现状及发展分析[A];中国通信学会信息通信网络技术委员会2005年年会论文集[C];2005年

2 林勇;;高职院校“数据网络组建与维护”课程标准设计探索[A];《同行》2015年9月（下）[C];2015年

3 赵伟;范开元;;一种实现统一数据网络管理的方法[A];2016电力行业信息化年会论文集[C];2016年

4 刘志刚;;IP数据网络的双出口建设[A];河南省通信学会2005年学术年会论文集[C];2005年

5 马蕴颖;;等级化维护理念在江苏省基础数据网络中的实现[A];江苏省通信学会2004年学术年会论文集[C];2004年

6 杨晓朋;李雄;董栋;常颖;;TRUNK技术在IP数据网络中的应用[A];2009通信理论与技术新发展——第十四届全国青年通信学术会议论文集[C];2009年

7 姚琳;李兆洋;肖青;吴国伟;;命名数据网络缓存污染攻击检测和防御机制综述[A];2018中国信息通信大会论文摘要集[C];2018年

8 胡晓艳;童钟奇;郑少琦;赵丽侠;龚俭;程光;;命名数据网络下视频传输综述[A];2018中国信息通信大会论文摘要集[C];2018年

9 戴南;王月粉;陈竹;;地质科学数据网络的虚拟化技术应用[A];地球物理信息监测与计算技术应用研讨活动论文摘要[C];2015年

10 卢靖;;广西电力业务在通信传输、数据网络上的实现方式[A];广西电机工程学会第七届青年学术交流会论文集[C];2002年

相关重要报纸文章 前10条

1 记者 肖文;打造全国劳动用工大数据网络[N];遵义日报;2019年

2 ;融合的语音和数据网络体系（一）[N];人民邮电;2001年

3 记者 杨怡;重庆移动全面整治数据网络[N];人民邮电;2003年

4 记者 雷洪斌;吉林移动打造精品数据网络见成效[N];人民邮电;2003年

5 单丽 哈锦东;话音数据网络双管齐下[N];人民邮电;2004年

6 陈雪强;重庆移动着力打造电信级数据网络[N];人民邮电;2005年

7 杨怡;重庆移动打造电信级数据网见成效[N];人民邮电;2005年

8 记者 彭芳;Avaya强化数据网络[N];中国计算机报;2001年

9 闫冰;有效管理数据网络[N];网络世界;2009年

10 本报记者 陈翔;差异化,数据网络新方向[N];中国计算机报;2010年

相关博士学位论文 前1条

1 费媛;命名数据网络的形式化建模与验证[D];华东师范大学;2018年

相关硕士学位论文 前10条

1 王蒙;基于雾计算的命名数据网络性能优化研究[D];上海交通大学;2018年

2 何宁;车联网中基于命名数据网络的安全预警系统的设计与实现[D];北京邮电大学;2019年

3 李伟博;基于命名数据网络的车联网数据传输策略研究[D];哈尔滨工业大学;2018年

4 曹晓峻;数据网络与电力网络双网耦合建模与调度研究[D];东南大学;2018年

5 苏君祥;命名数据网络中基于内容和端口状态的转发策略研究[D];中国科学技术大学;2017年

6 郭浩然;一种基于链路差异性的命名数据网络反污染攻击方法[D];中国科学技术大学;2017年

7 隋亚昆;大数据网络时代推进群众路线的原则及对策研究[D];河北农业大学;2015年

8 冯扬文;论中小型企业园区数据网络建设与分析[D];复旦大学;2008年

9 周津扬;命名数据网络中IFA的检测与防御研究[D];北京交通大学;2016年

10 易爱平;基于命名数据网络的分布式推理研究[D];湖南科技大学;2014年

本文编号：2824977