内容中心网络中基于缓存压力的选择性缓存机制

内置缓存机制是内容中心网络(Content Centric Networking,CCN)研究的关键问题之一.现有的CCN缓存机制在缓存节点的选择时往往缺乏对节点缓存状态和负载情况等动态信息的综合考虑,因此无法准确反映节点间的缓存状态差异,进而影响了缓存决策的合理性.提出了一种基于缓存压力的选择性缓存机制(Cache Pressure Based Selective Caching,CPBSC).该机制利用节点的缓存占用率和缓存替换率评估节点的缓存压力,并结合内容的流行度实现缓存节点的合理选择.同时,根据内容的请求率和兴趣分组的剩余生存时间评估不同内容的缓存价值,以此实现缓存内容的合理替换.仿真结果表明,CPBSC有效地优化了缓存资源利用率,并显著提高了系统的整体缓存性能.     

基于区域集中存储的CCN路由策略

针对在内容中心网络(content-centric networking, CCN)中如何结合缓存资源提高路由效率,优化网络性能的问题,提出一种轻量级的基于区域集中存储的路由策略(regional centralized storage routing strategy, RCSRS)。提出区域集中存储思想,以节点度中心性、紧密中心性、介数中心性和凝聚度为指标,选取区域中心度最高的节点作为核心节点集中缓存内容资源,剩余普通节点仅负责路由转发;并设计基于集中存储的路由机制,路由时快速引导兴趣包至区域核心节点以查找内容。仿真结果表明,与传统路由策略相比,该方案在较低网络开销下,平均命中率、平均请求时延和平均跳数减少率方面有明显提升。     

一种基于区域划分和内容流行度的NDN缓存策略

针对命名网络中路由器缓存能力有限的问题,提出了一种基于区域划分和内容流行度的NDN缓存策略(CCNCP).该策略根据拓扑结构划分区域,并综合衡量节点重要性选出局部中心节点和全局中心节点;引入分类的内容流行度,合理地将不同流行度的内容缓存在不同重要度的节点.首先采用经典的GN算法进行社区划分.定义了度中心性、紧密中心性、介数中心性等中心性度量指标.然后建立了系统模型,给出了缓存策略.最后对Zachary空手道俱乐部网络的社团结构进行改编,并引入真实拓扑GARR,使用Icarus模拟器进行仿真试验.结果表明：CCNCP在2个不同网络结构中表现得最好;当参数S等于0.25时,CCNCP和第2好缓存策略ProbCache的缓存命中率、延迟、路径拉伸比分别为30.9%和26.8%、52.9和56.2 ms、0.584和0.617,前者比后者分别提高4.1%、降低5.9%、降低5.3%,可见CCNCP在3个指标上与现有的典型策略相比都具有显著优势.     

基于SDN具有缓存感知的NDN节点拥塞控制策略

命名数据网(nameddatanetworking,NDN)作为一种新型的互联网架构,旨在应对日益增长的数据流量．然而,随着用户需求进一步增长,拥塞控制对于多路径传输的命名数据网仍然是一个具有挑战性的问题,亟需一种能够快速地检测网络拥塞和有效地管理网络资源的拥塞控制机制．针对这一问题,提出了一种基于软件定义网络技术的、具有缓存感知功能的命名数据网节点拥塞控制策略,称BCMCC．首先,介绍了BCMCC的新型网络架构．利用软件定义网络控制平面与数据平面解耦合技术,该架构将拥塞控制功能集中于SDN控制器中,以实现集中式节点拥塞控制、降低节点运行负荷的目的．其次,基于新型网络架构,研究了BCMCC的缓存感知算法和多路径选择拥塞控制算法．其中,缓存感知算法实现了网络缓存内容的感知以及缓存内容全局流行度的计算,能够利用命名数据网的节点缓存特性,降低缓存内容对拥塞控制的影响;多路径选择拥塞控制算法协同节点更新转发端口信息以实现流量迁移、智能化管理多路径容量,达到提高网络资源利用率、有效避免和缓解网络拥塞的目的．最后,在ndnSIM仿真平台进行BCMCC的性能测试．实验结果表明,BCMCC在丢包量、网...     

内容中心网络碎片化内容访问的统计机制研究

内容中心网络(content centric networking,CCN)通过在路由器中引入缓存,能够显著地提高用户访问内容的速度并减少网络中的流量.但CCN的缓存机制导致了内容以碎片化形式在网络中,只有一部分内容访问请求能够直接到达内容提供商,导致内容提供商无法真实准确地获得内容的访问统计数据,从而增加其制定恰当的内容收费策略的难度.针对这一问题,提出了一种可以保证内容提供商准确获得内容的访问信息的统计机制.在该机制中,中间网络设备中通过新增内容计数器来统计用户请求的内容信息,在满足阈值条件、缓存内容替换或过期时将内容统计信息反馈给内容提供商,提供商据此可以制定合适的内容收费策略和付费缓存策略.实验结果表明,通过本机制网络设备能够准确地统计用户的内容访问统计信息并及时反馈给内容提供商,内容提供商从而可以准确感知其内容的访问统计数据.     

命名数据网络中基于数据请求节点的就近缓存算法

为提高命名数据网络(named data networking,NDN)中数据存储节点的缓存效率和存储空间利用率,根据就近缓存思想,提出一种在数据请求节点中根据特定内容兴趣而区分缓存的数据缓存算法.该算法结合缓存节点地理位置差异性和缓存数据内容热度差异性,将热度高的数据内容优先缓存在数据请求节点周围,并根据数据被请求的频次动态设置缓存时间,使热度高的数据内容尽可能长时间地缓存在存储节点中,增大了数据就近响应概率;且节点中被替换的数据内容没有直接删除,而是向上转发并指示上游节点缓存,增加了缓存数据内容的多样性.仿真结果表明,所提算法能有效提高数据搜索命中率,降低网络请求时延以及路由传输跳数.     

无线传感器网络自适应拥塞控制的路由算法分析

无线传感器网络中节点的覆盖范围有限,因而采用多跳路由传输方式.无线自组网中的多跳路由是由普通节点协作完成的,选择不同的转发节点,会对网络的信息传输产生不同的影响.对不同路由(洪泛路由、最短路径等)算法下的网络自适应拥塞控制进行了分析,研究了不同路由算法下的网络性能和拥塞控制效果.根据节点跳数与缓存占用的关系,提出一种基于节点跳数和缓存占用的性能函数的改进最短路径算法,算法选取使性能函数值最小的节点作为转发节点.最后,通过实验比较了最短路径算法与改进路由算法的网络性能,发现改进路由算法相比最短路径算法,具有较好的网络性能和服务质量.     

基于内容流行度的移动CCN缓存策略研究

近年来,为了适应互联网应用由发送者驱动的端到端通信模式向接收者驱动的海量内容获取模式的转变,并从网络体系架构层面提供对可扩展和高效内容获取的原生支持,研究界近年来提出以内容为中心的新型网络(content-centric networking,CCN)体系架构,它能够高效地支持未来互联网上的内容分发.随着移动用户数量的不断增加,未来移动用户也将访问CCN网络,针对内容中心网络中的用户移动性问题,提出了一种基于内容流行度的移动性缓存策略.该策略考虑用户移动性,利用半马尔科夫模型对用户移动性进行建模,同时采用多元线性回归模型对内客流行度进行预测,结合用户移动性与原有内容流行度提出一种移动性缓存策略.仿真实验表明,移动性的加入会对内容的流行度产生较大的影响,该策略能有效地提升缓存命中率.     

内容中心网络概率缓存策略的研究

内容中心网络是一种以内容为中心的新型网络体系结构,路由器内置缓存提高内容分发效率。由于缓存空间大小的限制,选择合适内容缓存使得缓存策略变得尤为重要。现有缓存策略的研究主要以减少网络中内容的冗余量以及提高网内缓存内容的多样性为目的,这些策略在设计过程中忽视了内容的频繁替换以及带宽损耗因素。文章提出一种以获得缓存网络最大效益的概率缓存策略(a Max-Benefits Probabilistic In-network Caching Strategy,MBPIC),缓存策略基于内容流行度、跳数和缓存空间等参数随机选择缓存放置节点,然后建立马尔科夫链推导了内容命中率与缓存概率、内容流行度、缓存空间的关系,最后数值计算和实验仿真结果表明,MBPIC策略在服务器命中率、跳数减少率和内容替换率方面比其他概率策略有明显的提高。     

内容中心网络中基于内容流行度和节点属性的协作缓存策略

网络内置缓存是内容中心网络中的一项重要特性,而现有的缓存策略会使网络中的缓存分布不均,缓存的效率还有较大的提升空间。为了使被缓存的内容对象在空间和时间上分布更合理,提出了一种基于内容流行度和节点属性的协作缓存策略,通过内容的实时流行度和多项节点属性对缓存内容及缓存位置进行选择,能够降低网络冗余,减少内容替换,实现更均匀的内容分布。仿真结果表明,所提缓存策略与其他几种典型的缓存策略相比,可以有效地提高缓存命中率、降低网络负载和总体缓存替换数量。     

基于缓存开销的信息中心网络缓存协作策略

网络化缓存策略影响ICN网络的传输性能,考虑到缓存执行时的开销不仅包含访问缓存节点时的路径代价,还应包含替换旧信息的替换代价,因此提出一种基于路径访问代价和节点替换代价的缓存协作策略(path and node cost based cooperative caching strategy, 简称PNC3S).该策略对两种代价进行整体考虑,将代价总量作为是否进行信息与节点匹配缓存的依据,对提出的策略模型进行优化分析,将最优解作为缓存部署方案.实验结果表明,与CEE,LCD策略相比,PNC3S可以改善网络的信息缓存率、服务器的负载率、网络链路平均利用率,以及访问跳数减少率.     

物联网中时间驱动的ICN缓存机制研究

在物联网架构设计中采用信息中心网络(information centric networking,ICN)的思想将非常有利于提高信息与数据的传输效率,但现有的ICN缓存机制难以满足物联网用户对信息准确度的要求,尤其是在时间维度上的严格要求.针对这一问题,利用ICN基于内容名命名的方式和内置缓存的特性,提出了一种新的能应用于物联网的时间驱动的普适性缓存方案,创新地在兴趣包和数据包中添加用于精确匹配的时间戳字段.研究了一种时间匹配算法,目的是向消费者返回满足时间容忍阈值的内容,依据内容流行度和时间请求概率,对到达节点的数据包做出缓存决策,通过仿真验证所提方案的有效性.与用户驱动的信息新鲜度机制相比,时间驱动的普适性缓存方案有效地提高了缓存命中率和信息获取的准确率.     

CCN中一种非混合式蚁群路由优化策略

蚁群优化(ant colony optimization,ACO)近年来在信息中心网络(content centric networking,CCN)路由领域的应用逐渐增多,其中,将ACO与其他机制相混合以改善路由性能的策略得到较多研究,但基于蚁群优化的混合式算法通常存在可扩展性低下,动态性差,网络成本高等问题。为此提出一种高效的非混合式蚁群路由算法(irritant ant framework,IAF)。添加一个新维度—一种动态的、仿生物的信息素分层,将传统单级别信息素上升为多级别信息素,增强蚁群对于路径的探索程度,抑制算法过早收敛;并且考虑了节点状态的动态性,实时改变信息素等级以选择最佳转发路径;此外,首次考虑了节点缓存特性对信息素更新策略的影响,构造出全新的信息素更新公式,,减小算法的收敛时间。实验结果表明,该算法能够有效地降低内容请求时延,提升缓存命中率,以较低的开销获得良好的CCN路由性能。     

内容中心网络中基于熵率的攻击防御方法

兴趣包泛洪攻击通过耗尽路由器中待定兴趣表的资源从而对内容中心网络(content centric networking, CCN)产生严重的影响,目前的攻击防御方法主要是基于待定兴趣表的异常状态统计,但这些方法容易对合法用户产生误判,导致用户体验变差,因此针对内容中心网络中检测和防御兴趣包泛洪攻击的问题,提出基于信息熵和熵率的攻击防御方法。利用CCN中用户请求内容名称的随机性检测兴趣包泛洪攻击,再通过信息熵的差值识别恶意名称前缀,并向相邻节点发送包含恶意名称前缀信息的通知包,从而进行协同防御。仿真结果表明,与传统防御方法相比,在尽早检测出攻击的前提下,该方案能将突发流与攻击流进行区分,并快速抑制恶意兴趣包的转发,有效减少网络攻击造成的影响。     

基于Adaboost学习的lCN自适应缓存算法

针对信息中心网络(ICN)中缓存内容优化放置的问题,提出一种基于Adaboost学习的自适应缓存算法ACAL.该算法首先将提取的节点和内容数据流作为网络资源,然后利用集成学习算法Adaboost对数据流进行分析挖掘,利用挖掘出的状态属性与缓存匹配之间的函数映射关系对未来时间段内的节点与内容间的匹配关系进行预测,该预测结果用于指导缓存的部署.实验结果表明,ACAL在延时、缓存命中率和链路利用率等指标方面,与CEE策略、LCD策略、prob0.5策略和OPP策略相比有显著的优势.     

基于多接口的内容源移动性管理机制

内容中心网络(content-centric networking,CCN)实现了基于内容的信息传输以及泛在的网络缓存功能,但是,CCN中内容名字和位置的绑定使得其应用于移动网络时面临着基于内容名字的路由收敛问题,尤其是当内容源移动时.针对此问题,提出一种基于多接口的内容源移动性管理机制.在网络中部署多接口移动内容路由器,路由器通过内向和外向接口先后执行切换,使得中断间隔时延最小.通过数学建模分析切换性能,并进一步分析切换的中断间隔时间,研究影响切换时延的主要参数.实验结果表明,通过合理配置主要影响参数信道扫描频率及移动内容路由器间距,可以提高切换性能,实现无缝切换.     

A hybrid cache placement scheme for multi-hop wireless service network

In this paper,a hybrid cache placement scheme for multihop wireless service networks is proposed. In this scheme,hot nodes in data transferring path are mined up by means of rout-ing navigation graph,and whole network is covered with network clustering scheme. A hot node has been chosen for cache place-ment in each cluster,and the nodes within a cluster access cache data with no more than two hops. The cache placement scheme reduces data access latency and workload of the server node. It also reduces the average length of data transferring,which means that fewer nodes are involved. The network system energy con-sumption decreased as involved relay nodes reduced. The per-formance analysis shows that the scheme achieves significant system performance improvement in network environment,with a large number of nodes.