信息中心網(wǎng)絡(ICN)作為一種未來網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu),近年來得到了學術界和工業(yè)界的持續(xù)關注。這種網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)為物聯(lián)網(wǎng)、移動自組織網(wǎng)絡和車聯(lián)網(wǎng)等領域提供了全新的設計途徑,有望解決這些網(wǎng)絡在基于TCP/IP協(xié)議體系構(gòu)建通信方案時遇到的難題。雖然ICN被提出已有近十年的時間,但是當前仍處在理論研究和設計規(guī)劃階段,有許多亟待解決的學術和工程問題。緩存機制是ICN的核心機制之一。這種機制通過泛在化的節(jié)點緩存為數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡內(nèi)部節(jié)點提供副本緩存,實現(xiàn)副本的復用和請求的聚合,以此來降低用戶請求時延、提升網(wǎng)絡吞吐量和節(jié)省網(wǎng)絡帶寬。設計高效可用的緩存機制并最大程度的提升緩存效率是ICN體系結(jié)構(gòu)走向成功的關鍵所在,也是利用這種體系結(jié)構(gòu)為移動自組織網(wǎng)絡、物聯(lián)網(wǎng)和車載網(wǎng)等構(gòu)建通信方案的關鍵所在。本文圍繞ICN緩存設計,開展了一些與緩存性能、緩存安全與緩存應用相關的研究工作。主要內(nèi)容和貢獻如下:(1)提出了一種結(jié)合時空特征的多屬性緩存決定策略IFDD。在分析了流行度緩存策略在內(nèi)容請求分布、緩存效率和緩存安全等問題的基礎上,提出了一種結(jié)合流行度和局部性來計算緩存適應度的方法,用來解決當前流行度策略存在的緩存冗余問題和緩存污染攻擊問題;研究設計實現(xiàn)了由節(jié)點獨立實施的內(nèi)容局部性感知和測量方法,從緩存污染攻擊的實施條件和難度等多個方面分析討論了IFDD的性能和抗攻擊能力,并仿真實現(xiàn)了所提出的IFDD策略,驗證了其在減少緩存冗余和抵御緩存污染攻擊方面的有效性。(2)提出了一種基于內(nèi)容特征標簽感知的ICN緩存策略ICDCS。分析了當前ICN設計基于名字感知和利用內(nèi)容特征的困難性,指出傳統(tǒng)的緩存設計在分析內(nèi)容請求/分布特征方面存在的問題;提出了一種基于標簽機制的內(nèi)容特征感知和處理方法,設計了一種基于計數(shù)型布魯姆過濾器的內(nèi)容特征標簽分析方法,并基于該方法設計了路徑緩存策略ICDCS。該策略能夠通過計算和統(tǒng)計內(nèi)容標簽的方式感知內(nèi)容請求的流行趨勢,實現(xiàn)節(jié)點對內(nèi)容請求的預測,進而據(jù)此實施緩存決策;工作對ICDCS策略進行了仿真實現(xiàn),與傳統(tǒng)流行度策略進行了比較,驗證了ICDCS在多應用混合數(shù)據(jù)流的場景下具有比流行度策略更好的緩存性能。(3)提出了一種在信息中心車載網(wǎng)(ICVN)中利用霧計算、元信息和在線數(shù)據(jù)分析技術對內(nèi)容請求分布進行分析的方法(FIAS),并據(jù)此實現(xiàn)了在ICVN內(nèi)對內(nèi)容進行緩存和分發(fā)實施框架DCRV。論文分析了將信息中心設計引入車載網(wǎng)設計時的前提和條件,討論了利用霧計算技術實現(xiàn)元數(shù)據(jù)感知的可行性和必要性;在此基礎上,研究設計了一種能夠為ICVN提供內(nèi)容請求分析支持的基礎服務FIAS,該服務能夠為需要內(nèi)容請求分布特征的相關的機制提供支持,簡化這些機制的設計,并降低其設計復雜度;為了驗證所提出策略的可行性和有效性,研究設計實現(xiàn)了一個基于FIAS的內(nèi)容緩存和分發(fā)框架DCRV;研究結(jié)合交通仿真軟件SUMO和仿真平臺ndnSIM對所提出的DCRV算法進行了實現(xiàn),仿真結(jié)果驗證了FIAS在支持DCRV時的可行性和有效性。本文探索了ICN緩存方案設計,能夠為網(wǎng)絡緩存設計在性能設計與安全方面的融合提供實踐指導;所提出的標簽感知的設計思想有望為當前ICN在名字設計、路由設計和緩存設計等方面存在的困境提供解決思路;所提出基于霧計算的通信解決方案能夠為ICVN通信方案的構(gòu)建帶來設計和實踐上的指導;論文所提出的方案既有針對特定場景的獨特性,也具備一定的通用型,能夠為移動場景下ICN技術、霧計算技術和內(nèi)容感知技術的融合設計提供設計和實現(xiàn)方式上的參考。
【學位單位】：北京交通大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TN929.5
【部分圖文】：

、。??本論文各章組織結(jié)構(gòu)如圖１－１所示，具體各章節(jié)安排如下：??第一章對信息中心網(wǎng)絡緩存研宄的背景和現(xiàn)狀進行了介紹，闡述了本文研宄??工作的目的、意義以及創(chuàng)新點。??第二章對ＩＣＮ研宄的相關工作、尤其是緩存機制研究做了系統(tǒng)的綜述。論文??首先就ＩＣＮ設計思想、設計項目和解決方案等進行了概要介紹，并以ＣＣＮ／ＮＤＮ??項目為例，闡述ＩＣＮ的工作原理。鑒于本文的研究重點是緩存設計，因此對其做??了較為詳細的闡述，介紹了一些常用的基準方法和一些主流的ＩＣＮ緩存設計，討??論了這些方案的優(yōu)缺點。論文也對當前在相關研究領域關注度較高的一些研宄成??果進行了介紹。同時，論文還介紹了?ＩＣＮ實驗仿真的方法、平臺和性能指標。??第三章提出了一個結(jié)合流行度和局部性的ＩＣＮ多屬性緩存策略ＩＦＤＤ。論文??分析了流行度緩存策略在設計上對內(nèi)容局部性利用不足的問題，討論了由此帶來??的緩存冗余和抗攻擊能力不足的問題。以此為基礎，論文詳細闡述了?ＩＦＤＤ的設??計思想、設計原理和實現(xiàn)機制。論文對ＩＦＤＤ在ｎｄｎＳＩＭ等仿真平臺進行了仿真??實驗，驗證了其在不同場景參數(shù)下性能表現(xiàn)。??

中心的設計思想。在未來網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)研究領域，將具備上述特征的未來網(wǎng)絡體??系結(jié)構(gòu)稱為信息中心網(wǎng)絡（Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ－ｃｅｎｔｒｉｃＮｅｔｗｏｒｋｓ，ＩＣＮ）丨１８，２９，３（）］體系結(jié)構(gòu)。??圖２－２給出了近年來ＩＣＮ項目發(fā)展的歷程［２］。??下面介紹一些比較重要的ＩＣＮ體系結(jié)構(gòu)，重點闡述其設計思想和基本原理，??限于篇幅，對實現(xiàn)細節(jié)不做過多闡述。特別的，由于本文的研究工作是基于??ＣＣＮ／ＮＤＮ［１５，Ｍ項目，并在其所構(gòu)建的實驗平臺進行了實驗仿真，因此將對該項??目做較為詳細的闡述。??１３??

??：：：：：?：?：?Ｓ??圖２－１?ＴＣＰ／ＩＰ協(xié)議體系結(jié)構(gòu)和ＩＣＮ?（ＣＣＮ）體系結(jié)構(gòu)對比１２８１??Ｆｉｇｕｒｅ?２－１?ＴＣＰ／ＩＰ?ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ?ｖｓ．?ＩＣＮ（ＣＣＮ）?ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ１２＾??２．２現(xiàn)有ＩＣＮ研究項目及解決方案??從１９９９年至今，包括美國、歐盟和日本的一些研宄機構(gòu)先后成立了一系列研??究未來網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)的項目。這些項目對未來網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)的設計方法和實現(xiàn)細??節(jié)上有很多不同，但是都有一些共同的研宄內(nèi)容和目標。這些項目的核心設計內(nèi)??容是名字解析、數(shù)據(jù)路由、移動性支持、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)和安全性等機制，認為未來網(wǎng)??絡設計必須具備良好移動性支持和更安全的數(shù)據(jù)保護機制，進而提出了以信息為??中心的設計思想。在未來網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)研究領域，將具備上述特征的未來網(wǎng)絡體??系結(jié)構(gòu)稱為信息中心網(wǎng)絡（Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ－ｃｅｎｔｒｉｃＮｅｔｗｏｒｋｓ，ＩＣＮ）丨１８，２９，３（）］體系結(jié)構(gòu)。??圖２－２給出了近年來ＩＣＮ項目發(fā)展的歷程［２］。??下面介紹一些比較重要的ＩＣＮ體系結(jié)構(gòu)，重點闡述其設計思想和基本原理，??限于篇幅
【參考文獻】

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1 吳超;張堯?qū)W;周悅芝;傅曉明;;信息中心網(wǎng)絡發(fā)展研究綜述[J];計算機學報;2015年03期

2 張子柯;周濤;張翼成;;Tag-Aware Recommender Systems:A State-of-the-Art Survey[J];Journal of Computer Science & Technology;2011年05期

本文編號：2890468