信息中心网络缓存管理方法及流量工程问题研究

发布时间：2017-07-03 02:11

  本文关键词：信息中心网络缓存管理方法及流量工程问题研究

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【摘要】：信息中心网络(Information-Centric Network,ICN)是一种以“内容”为中心的全新未来互联网络架构,而内容命名网络(Named-Data Network,NDN)则是基于ICN思想的一个典型实现。本文主要研究NDN网络架构下的缓存管理方法及流量工程问题。请求记录表(Pending Interest Table,PIT)是NDN路由器存储待响应请求的缓存,以便记录返回数据的转发端口和实现相同请求的聚合。一方面,支持线速访问存储的PIT由于受到实际成本的限制,其容量将十分有限;另一方面,由于请求报文的数目相当巨大,导致PIT的存储空间需求也非常大。因此,如何让PIT在小容量下仍保持良好的性能成为一个重要问题。本文通过分析理想状态下(PIT容量无限大)的PIT命中率,发现只需要存储少量流行度高的请求就可以获得很好的转发性能。基于这个发现,本文提出了一种基于内容流行度的PIT缓存管理方法。该方法通过对不同流行度的请求采用不同的转发机制,使得PIT在小容量的情况下既能保持高命中率,又能确保NDN数据转发的正常进行。最后仿真验证了该方法的有效性和可行性。内容缓存(Content Store,CS)是NDN提高内容分发性能的关键。与PIT类似,在实际路由器中,CS的容量也是非常有限的。因此,在容量受限的情况下,如何提高CS的效率就显得尤为重要。目前,NDN采用的缓存策略是在内容经过的所有路由器上缓存内容,这种处处缓存的策略既造成了路由器之间存在大量的冗余内容,又使得低流行度的内容可能“污染”CS,造成性能上的损失。本文将PIT研究中按内容流行度缓存的思想迁移到CS缓存管理中,提出了一种基于内容流行度的CS缓存管理方法,将不同流行度的内容缓存到不同层次的CS中去,既避免了冗余缓存的出现,又使得CS在小容量下仍具有有较高的命中率。在此基础上,又综合考虑了CS对PIT的影响,提出了一种基于内容流行度的综合缓存管理方法。最后仿真验证了所提出方法的有效性和可行性。对于流量工程问题,本文以负载均衡作为优化目标,结合NDN网络内建CS的特点,提出了一种基于多拓扑路由的负载均衡方案。从路由策略和CS两个角度来“保护”重载链路,从而达到均衡链路负载的目的。最后在仿真中尝试了多种不同的多拓扑生成方案,验证了该方案的有效性和可行性。
【关键词】：信息中心网络 内容中心网络 缓存 流量工程 负载均衡 多拓扑路由
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP393.0
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-15
• 第一章 绪论15-21
• 1.1 信息中心网概述15-18
• 1.1.1 ICN概述15
• 1.1.2 NDN概述15-17
• 1.1.3 NDN工作流程概述17-18
• 1.2 本文主要研究问题18
• 1.3 国内外研究现状18-20
• 1.3.1 PIT缓存管理方法研究现状18-19
• 1.3.2 CS缓存管理方法研究现状19
• 1.3.3 NDN流量工程研究现状19-20
• 1.4 论文结构及内容安排20-21
• 第二章 基于内容流行度的PIT缓存管理方法21-41
• 2.1 引言21-22
• 2.2 PopPIT设计动机22-26
• 2.2.1 假设及主要使用符号22-24
• 2.2.2 单请求内容的PIT命中率分析24
• 2.2.3 多请求内容的PIT命中率分析24-26
• 2.3 PopPIT缓存管理方法26-30
• 2.3.1 基于Bloom Filter的无状态转发机制26-27
• 2.3.2 流行度统计表（PopTable）27-28
• 2.3.3 PopPIT工作流程28-30
• 2.4 PopPIT仿真及分析30-40
• 2.4.1 仿真环境30
• 2.4.2 性能统计指标30-31
• 2.4.3 仿真对比方案31-32
• 2.4.4 仿真结果及分析32-40
• 2.5 本章总结40-41
• 第三章 基于内容流行度的CS缓存管理方法41-62
• 3.1 引言41-43
• 3.2 PopCS缓存管理方法43-53
• 3.2.1 PopCS可行性分析43-45
• 3.2.2 PopCS工作流程45-47
• 3.2.3 PopCS仿真及分析47-53
• 3.3 PopCache缓存管理方法53-61
• 3.3.1 PopCache工作流程53-55
• 3.3.2 PopCache仿真及分析55-61
• 3.4 本章总结61-62
• 第四章 基于多拓扑路由的NDN负载均衡方案62-80
• 4.1 引言62
• 4.2 多拓扑路由简介62-63
• 4.3 NDN负载均衡方案——MTRLB63-71
• 4.3.1 MTRLB工作流程64-67
• 4.3.2 MTR逻辑拓扑集合的构建67-71
• 4.4 仿真及分析71-79
• 4.4.1 仿真场景设置72
• 4.4.2 统计指标72-73
• 4.4.3 对比方案73
• 4.4.4 仿真结果及分析73-78
• 4.4.5 小结78-79
• 4.5 本章总结79-80
• 第五章 总结与展望80-82
• 5.1 本文主要工作80
• 5.2 对未来工作的展望80-82
• 致谢82-83
• 参考文献83-86
• 个人简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果86-87

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