互聯(lián)網(wǎng)的誕生改變了人們的生產(chǎn)生活方式,它從方方面面影響著人類的進步。然而網(wǎng)絡(luò)中的流量逐年遞增,多媒體數(shù)據(jù)的占比也越來越大,IP網(wǎng)絡(luò)中存在著大量的冗余傳輸,導致網(wǎng)絡(luò)效率降低,逐漸成為了網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的瓶頸。從電話網(wǎng)絡(luò)發(fā)展而來的傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)主要是面向連接的網(wǎng)絡(luò),在兩臺靜態(tài)主機之間資源共享,而現(xiàn)如今已經(jīng)由這種通信方式逐漸向網(wǎng)絡(luò)中共享信息數(shù)據(jù)發(fā)展。信息中心網(wǎng)絡(luò)的提出有效改善了傳統(tǒng)IP網(wǎng)絡(luò)中許多的弊端,它將信息與位置的關(guān)系進行解耦,在網(wǎng)絡(luò)中共享數(shù)據(jù),不關(guān)心數(shù)據(jù)的位置。在信息中心網(wǎng)絡(luò)中,路由器帶有緩存功能,可以對經(jīng)過的數(shù)據(jù)進行緩存,當下一次同名的請求經(jīng)過這個路由器時,由路由器直接進行響應,從而減小網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)拈L度,因此緩存策略直接影響信息中心網(wǎng)絡(luò)的性能。對于緩存策略的研究分為兩個方向,一個方向是緩存替換策略,當緩存隊列被填充滿時,需要通過緩存的替換策略決定是否替換以及替換哪個緩存信息。另一個方向是緩存部署策略,決定緩存信息部署在網(wǎng)絡(luò)中的哪個或者哪些緩存節(jié)點上。本文提出了動態(tài)適應的預過濾隊列緩存替換算法,可以適應不同的網(wǎng)絡(luò)狀況,在此基礎(chǔ)上提出了基于緩存節(jié)點狀態(tài)和位置的緩存部署策略,通過綜合評定狀態(tài)值選取相對適合的節(jié)點進行緩存。首先對FIFO、LRU、RAND、LFU緩存替換策略進行了分析,FIFO緩存替換算法忽略了緩存內(nèi)容流行度對緩存命中率的影響,LRU緩存替換算法對超過緩存隊列長度的周期性訪問內(nèi)容緩存效果不佳,RAND緩存替換算法具有隨機性,網(wǎng)絡(luò)情況復雜時表現(xiàn)很不穩(wěn)定,LFU不能在O(1)的時間復雜度內(nèi)完成緩存替換操作。因此,對于緩存替換算法還有繼續(xù)提升的空間,本文根據(jù)每種緩存替換策略優(yōu)缺點提出了動態(tài)LRU-K緩存替換策略,通過增加預過濾隊列的方式過濾非頻繁訪問的緩存,根據(jù)緩存隊列的命中率和預過濾隊列的填充程度不斷地調(diào)整預過濾隊列的個數(shù),使其總體向提高命中率的方向調(diào)整。仿真實驗表明動態(tài)LRU-K緩存替換策略可以有效提高緩存命中率。緩存部署策略的研究分為三個類別,分別是非協(xié)作緩存、顯式協(xié)作緩存和隱式協(xié)作緩存。顯式協(xié)作緩存一般能體現(xiàn)出最佳的緩存效果,但是需要大量的通信以滿足緩存節(jié)點信息的交換,并且依賴于控制器進行計算。因此,本文提出了一種on-path的隱式協(xié)作緩存部署策略,基于動態(tài)LRU-K緩存替換策略,根據(jù)緩存節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)位置和狀態(tài)進行綜合評定,選取傳輸路徑上狀態(tài)值最佳的節(jié)點進行緩存。每個緩存節(jié)點狀態(tài)值根據(jù)預過濾隊列的個數(shù)K、預過濾隊列的命中位置以及緩存在鏈路上與請求節(jié)點的距離以不同的權(quán)值進行計算。每次的請求都只會在請求路徑上選擇一個或兩個節(jié)點進行緩存,減小了數(shù)據(jù)的冗余度。仿真實驗表明基于緩存節(jié)點狀態(tài)和位置的緩存部署策略可以提高命中率,并小幅度降低平均請求長度。
【學位單位】：哈爾濱工程大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TP393.07
【部分圖文】：

圖 2.1 IP 網(wǎng)絡(luò)請求與響應過程圖 2.2 ICN 請求與響應過程ICN 在最初的時候并沒有引起學術(shù)界足夠的重視，但是現(xiàn)在它已經(jīng)成為了未來網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)研究重要的一個方向。而目前并沒有對 ICN 做出詳盡的規(guī)范，所以沒用共同的框架。世界上很多國家的學者都在研究下一代以信息為中心的計算機網(wǎng)絡(luò)，包括歐洲國家所研究的 PSIRP、SAIL 和美國研究的 DONA、CCN、NDN 以及 NetInf，這些方案的設(shè)

圖 2.2 ICN 請求與響應過程ICN 在最初的時候并沒有引起學術(shù)界足夠的重視，但是現(xiàn)在它已經(jīng)成為了未來網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)研究重要的一個方向。而目前并沒有對 ICN 做出詳盡的規(guī)范，所以沒用共同的框架。世界上很多國家的學者都在研究下一代以信息為中心的計算機網(wǎng)絡(luò)，包括歐洲國家所研究的 PSIRP、SAIL 和美國研究的 DONA、CCN、NDN 以及 NetInf，這些方案的設(shè)計都是為了滿足內(nèi)容的分發(fā)，都采用了發(fā)布/訂閱模式，并且設(shè)置了緩存節(jié)點。CCN 最早由 PARC 在 2009 年提出，并由美國加州大學洛杉磯分校在其基礎(chǔ)上提出NDN，NDN 對 CCN 進行了擴充和延伸[19]。CCN 是 NDN 在獲得美國國家自然基金立項前的簡稱，NDN 的思想都是基于 CCN 的，NDN 減少了收發(fā)數(shù)據(jù)包的時間，同時，解決了興趣包回環(huán)問題。NDN 目前已經(jīng)是最具有發(fā)展?jié)摿Φ?ICN 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)[20]，因此，本文后邊重點介紹 NDN，并以 NDN 作為 ICN 的代表進行敘述，分析緩存策略在 NDN 下實現(xiàn)的方案。2.1.2 命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)

哈爾濱工程大學碩士學位論文置改變時，節(jié)點的存儲地址不被改變，從而使得 HASH 表不會因為隊列節(jié)點的移動而導致失效。當緩存隊列尚未填滿時，所有需要的緩存節(jié)點都會加入到緩存隊列的頭部。需要查詢緩存隊列時，首先根據(jù)數(shù)據(jù)包的名字計算 HASH 表中的 Key 值，通過 Key 值找到緩存隊列中的緩存節(jié)點，并將其移動到隊列頭部。當需要替換緩存節(jié)點時，刪除緩存隊列的尾部節(jié)點，并將新的節(jié)點插入到緩存隊列的頭部。

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本文編號：2829885