命名数据网络中VIP转发方案的性能优化

命名数据网络(named data networking,NDN)是信息中心网络(information centric network,ICN)的一个典型实例,是未来网络一种可能的架构.为优化NDN的转发性能,要求转发平面能根据不同的网络环境自适应地调整转发策略、选出最优的转发接口.“虚拟兴趣分组”(virtual interest packet,VIP)架构是一种基于NDN的联合动态转发与缓存的网络架构,通过VIP架构对转发方案进行了性能优化.VIP架构的转发方案使用了背压算法,该算法在网络处于轻负载状态时时延较大,为此引入偏差函数进行优化.为检测优化效果,对原始VIP架构和优化后的VIP架构的转发性能进行了仿真实验对比.实验结果显示,优化后的转发方案相比原方案在转发时延上有一定降低.且由于偏差函数的引入不会增加原转发方案的时间复杂度,因此提出的方法可以优化VIP转发方案的性能.     

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.     

基于神经网络算法的 ICN 网络传输控制研究

随着全球数字媒体的深刻变革,互联网用户关注的重点逐渐向如何快速获取信息转移,而不关注信息的存储位置。现在的 TCP／IP 网络协议架构却无法适应当今内容应用需求的迅速发展。为了适应这一互联网的转变,以信息为中心的新型网络架构信息中心网络（information-certric networking,ICN）受到了广泛关注。网络时延的动态变化反映了网络路径的负载特征,对时延的精确预测是实施网络拥塞控制、路由选择的重要依据。在 ICN 中,由于网络缓存机制导致时延的不确定性,为网络传输控制带来了挑战。通过对 ICN 网络的经典架构命名数据网络（named data networking,NDN）网络时延模型进行建模,采用了神经网络算法进行时延预测,设计了基于预测时延的转发策略机制,创新地在 NDN 网络组件转发信息表（forwarding information based,FIB）上新增接口信息 Stat,以实现转发路径的动态选择。仿真结果表明,该设计机制能够有效地提升网络传输控制性能。     

延迟容忍网络中一种基于拥塞程度的端到端确认机制

端到端传输的可靠性是传输层的重要问题之一,但是由于网络连接的间歇性,延迟可容忍网络(DTN)往往缺乏稳定的端到端路径,这使得传统的端到端可靠性方法无法直接应用在这类网络之中。分析DTN中端到端可靠性机制的基本原理以及存在的主要问题,提出一种新的基于拥塞程度自适应的端到端确认机制,即APR(Active-Passive Receipt),采用主动反馈与被动反馈相结合的方式,根据网络的拥塞状态自适应地调整确认消息的传输方式,限制网络的总体开销,同时保证较合理的传播延时,以求达到较好的综合性能。模拟结果表明:该方法有效地平衡网络开销和延迟性能,并获得较高的消息到达率。     

Path-LCE:基于LCE和路径协同的NDN缓存策略

提出了一种内容缓存策略Path-LCE策略,结合传统NDN网络中的LCE缓存策略和路径协同策略两种策略来进行文件内容的缓存.在核心路由节点使用中采用路径协同策略来降低内容冗余,提高缓存空间的利用率;在边缘路由节点使用LCE策略,尽快使内容得到命中.使用ndnSIM的模拟数据显示,在一个混合的网络拓扑中的测试Path-LCE策略、策略较传统的LCE策略在核心路由器命中率上有较大提高,能够较好地利用核心路由缓存能力;同时,由于LCE策略的引入,其较路径协同策略在命中率上也有一定提升.     

基于动态部分缓存共享机制的改进RED算法

为了解决Internet中网络业务流量不断增长而引发的网络拥塞问题,采用部分缓存共享机制对随机早期检测算法进行改进。根据网络节点缓存资源实时使用情况模糊动态调整丢弃阈值,结合采用比例调度算法,提高了网络共享资源的使用效率,保证了不同网络业务的服务质量。仿真试验结果表明,改进RED算法可以提高网络节点的成功转发率,改善关键业务的延迟指标,具有更好的拥塞控制性能。     

延迟容忍网络中基于不同转发行为路由策略研究

在延迟容忍网络(DTN)中,大多数已有的路由算法在整个数据传输过程中采用单一的数据转发行为。本文提出了一种基于人类移动模式设计不同数据转发行为的路由策略。该策略将个体移动划分为两种状态：一种是Normal状态,另外一种为Small状态,在Normal状态时,采用三因素标准来严格选取中继节点,在Small状态时,采用小范围洪泛来降低端到端延迟。仿真结果表明该策略与传统策略相比可有效提高路由效率。     

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.     

适用于语音业务的MANET机会路由机制

传统路由机制需要在源和目的节点之间预先建立端到端路径,当链路质量较差时,频繁地建立路径会影响业务的服务质量。为支持实时语音业务,提出一种机会路由机制,该机制并不预先建立连接,而利用多个路由请求和路由应答消息建立转发列表,表中的节点利用与其他节点的相遇机会对数据包进行转发,并根据转发节点的优先级对转发数据包的数量进行限制。仿真结果表明:机会路由机制能够减小语音业务的端到端时延,提高分组投递率,可以在不稳定的信道为语音业务提供服务质量保证。     

基于数字喷泉码的水下传感器网络可靠传输与分析

水声通信具有低带宽、长时延、高误码率等特性,给水下传感器网络的可靠数据传输带来了巨大挑战。通过分析水下传感器网络的特点及传统可靠传输机制在水下传感器网络的应用局限性,提出一种基于数字喷泉码的、逐跳的可靠传输机制,并对译码成功的概率、端到端时延及能耗等网络性能进行了分析与仿真。结果表明,该机制明显减少了端到端时延和能耗,提高了包传输率。     

基于NDN的高效发布/订阅系统设计与实现

TCP/IP(transmission control protocol/internet protocol)网络下的发布/订阅系统受限于IP与位置的绑定关系,需要复杂的中间件进行发布者与订阅者之间事件的匹配.命名数据网络(named data networking,NDN)以数据命名取代IP的主体地位,由于其具有上下逻辑拓扑一致性、天然支持多播、具有网络层缓存、多路径转发等特点,故NDN在实现发布/订阅系统上更简洁、高效.设计了一个基于NDN的高效发布/订阅通信协议,并且利用NDN的命名机制对传输小块数据的发布/订阅通信协议进行了进一步优化,使得发布过程的网络开销减少一半.在Android平台上实现了分别代表大块数据和小块数据传输的新闻和天气信息发布/订阅系统,功能验证显示系统支持分布式多发布者、多订阅者的发布和订阅活动,而且对用户操作具有一定的容错功能.在ndnSIM上对所设计的2种发布/订阅通信协议进行模拟,实验结果显示优化后的发布/订阅通信协议在系统效率、传输时延2个性能指标上都优于通用情况的发布/订阅通信协议.     

Space-Terrestrial Integrated Mobility Management via Named Data Networking

In Future Space-Terrestrial Integrated Networks(FSTINs), mobility is the norm rather than the exception,the current TCP/IP architecture is not competent. As a promising future network architecture, Named Data Networking(NDN) can support content consumer mobility naturally, but the content producer mobility support remains a challenging problem. Most previous research simply considered this problem in terrestrial scenarios, which involve stable infrastructures to achieve node mobility management. In this paper, we consider the problem in an FSTIN scenario without special handover management infrastructures. Specifically, we propose a tracing-based producer mobility management scheme and an addressing-assisted forwarding method via NDN architecture. We formally describe Multi-Layered Satellite Networks via a Time Varying Graph model and define the foremost path calculating problem to calculate the route of space segment, as well as an algorithm that can function in both dense(connected)and sparse(delay/disruption tolerant) scenarios. Finally, we discuss the acceleration method that can improve the Space-Terrestrial Integrated forwarding efficiency. Performance evaluation demonstrates that the proposed scheme can support fast handover and efficient forwarding in the FSTIN scenario.     

NDN中基于神经网络的兴趣洪泛攻击综合防御方案

命名数据网络(named data networking, NDN)中的请求-应答通信模式及有状态的转发滋生了新的分布式拒绝服务(distributed denial of service, DDoS)攻击方式—兴趣洪泛攻击(interest flooding attack, IFA)。IFA是NDN中主要的拒绝服务威胁,虽然IFA防御方案被广泛研究,但目前缺乏系统的解决方案。针对这一问题,基于粒子群优化的后向传播神经网络算法提出一种新的IFA检测方法,并结合基于基尼不纯度的恶意前缀识别方法和兴趣包回溯方法来缓解攻击危害,形成一种综合的防御方案。通过ndnSIM仿真实验证明,提出的方案不仅可以准确检测和有效防御IFA攻击,而且解决了基于窗口检测方案无法检测连续攻击的问题。     

面向服务定制的未来网络架构

互联网业务的蓬勃发展带动网络技术进步,但是,近几年出现的新业务,例如4K/8K高清视频、增强现实、自动驾驶等技术都对网络提出了新的需求,面对这些新需求,目前的网络架构暴露出诸多问题.因此,提出一种面向服务定制(service-customized networking,SCN)的未来网络架构.SCN基于SDN/NFV(software defined network/network functions virtualization)技术实现网络切片,为业务提供差异化的端到端服务质量保障.SCN通过在网络中差异化部署缓存资源,解决网络中冗余传输的问题.同时,SCN在其架构设计中加入了网络信息感知平面,通过采集底层网络状态并对收集的信息进行大数据处理分析,为更加合理的网络切片以及差异化缓存部署提供依据.     

面向自动驾驶的5G边缘计算业务连续性技术研究

为了提升在5G边缘计算场景下的自动驾驶业务连续性,保障车辆在高速移动下的鲁棒性和实时性,解决由于车载设备与5G边缘计算之间的通讯网络路径发生突变和变长,导致网络连接不可靠和拥塞丢包的问题,提出了增强型随机早期检测算法(stochastic fair-random early detection, SF-RED)和端到端双连接双链路技术保障业务鲁棒性,并提出硬件加速技术保障业务实时性。增强型SF-RED算法通过统一资源定位器(uniform resource locator, URL)识别应用,并基于不同应用来设计数据报文转发路径策略,实现基于多路径的转发和数据缓存以及报文拥塞下的丢弃控制,进一步改善丢包队列的管理。通过自动驾驶应用的实际案例证明,采用增强型SF-RED和端到端双连接双链路技术能够有效提升高速移动的自动驾驶车辆业务可用性,采用的硬件加速技术显著降低其业务时延。     

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。