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.     

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.     

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.     

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。     

一种基于内容分发请求的Web集群服务器研究

针对Web集群服务器请求内容的分布特点,提出了一种基于关联内容的请求分发(ACARD)算法.该算法首先以缓存大小为限制,采用FP tree方法挖掘用户的Web使用模式,并把它们所对应的文档映射到不同的后端服务器,然后由前端服务器根据请求的内容匹配相应的模式并进行转发.这种文档的自适应分布提高了集群系统的磁盘利用率和缓存命中率.实验表明,基于内核态的请求分发算法的性能远优于基于用户态的算法,而且在内核态下,ACARD相对加权最小连接算法的系统平均吞吐量可提高20 4%.     

基于协作区域的内容中心网络缓存策略

针对现有网络缓存策略所存在的缓存负载分布不均衡、缓存冗余大、网络资源利用率低等问题,提出了一种基于协作区域的内容中心网络缓存策略.该策略利用协作区域中的节点来辅助中心节点进行分组缓存,以实现负载均衡.仿真结果表明,与LCE策略和Betw策略相比,该策略能够有效地提高缓存命中率和资源利用率,并改善负载均衡性.     

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.     

基于边缘横向协作的在线内容缓存与交付方法

传统的网络架构无法满足用户对内容缓存的需求，并且在内容交付中存在低延迟要求和高通信成本之间的冲突.为了解决这些问题，在边缘节点横向协作场景下，提出了一种基于Lyapunov优化和分支定界法的在线内容缓存与交付算法，以平衡交付时延与成本、高效的决策内容缓存与内容交付.提出的算法基于Lyapunov优化理论分解连续问题为单时隙在线优化问题，并利用分支定界算法求解.仿真实验表明，提出的算法能在有限的内容交付成本预算下实现较低的平均内容交付时延、较高的内容命中率，并且能够自适应地平衡内容交付时延与交付成本.     

基于双向跳表的命名数据网内容存储池

针对命名数据网中内容存储池须要快速检索差异化名称数据、高效存储数据信息和有效支持缓存替换策略的设计需求,提出了一种基于双向跳表的命名数据网内容存储池的存储结构学习树-双向跳表(LT-DSL).该存储结构由部署于片上的学习树和部署于片下的双向跳表(DSL)两种数据结构组成.LT-DSL通过重新设计索引数据结构来学习索引内容在存储器中的分布情况,实现了数据的均匀映射,提升了存储效率,降低了存储开销;同时,通过采用全新的名称数据检索算法来快速检索名称数据,LT-DSL有效支持了缓存替换策略,加速了数据处理过程.实验结果表明:相比其他基于跳表的内容存储池方案,LT-DSL在有效支持缓存替换策略和满足网络丢包率低于1%的前提下,进一步提升了数据检索速度,降低了整体存储开销.     

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.     

软件定义下的CCN缓存算法研究

为了解决内容中心网络（CCN）中存在的缓存问题,在内容中心网络和软件定义网络（SDN）的融合架构下,充分利用控制层全局感知和集中控制的优势,提出了一种软件定义下的CCN缓存决策方法。考虑了中介中心度、内容流行度、节点边缘度和缓存节点存储容量的有限性,引入了控制节点和通信节点的概念,通过控制器缓存决策,使得请求内容在不同的节点进行合理缓存。同时,根据控制节点距离缓存节点和服务器的跳数,找到返回用户请求的最短路径,采用ndnSIM进行仿真实验。结果表明,相比ALWAYS,LCD两种传统缓存决策策略,该方案可以明显提高缓存命中率,降低路径延展率和缓存替换数,达到了提高CCN缓存效率的目的,有利于内容中心网络及未来网络的发展。     

Cache-Enabled in Cooperative Cognitive Radio Networks for Transmission Performance

The proliferation of mobile devices that support the acceleration of data services(especially smartphones)has resulted in a dramatic increase in mobile traffic. Mobile data also increased exponentially, already exceeding the throughput of the backhaul. To improve spectrum utilization and increase mobile network traffic, in combination with content caching, we study the cooperation between primary and secondary networks via content caching. We consider that the secondary base station assists the primary user by pre-caching some popular primary contents.Thus, the secondary base station can obtain more licensed bandwidth to serve its own user. We mainly focus on the time delay from the backhaul link to the secondary base station. First, in terms of the content caching and the transmission strategies, we provide a cooperation scheme to maximize the secondary user's effective data transmission rates under the constraint of the primary users target rate. Then, we investigate the impact of the caching allocation and prove that the formulated problem is a concave problem with regard to the caching capacity allocation for any given power allocation. Furthermore, we obtain the joint caching and power allocation by an effective bisection search algorithm. Finally, our results show that the content caching cooperation scheme can achieve significant performance gain for the primary and secondary systems over the traditional two-hop relay cooperation without caching.     

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.     

An Optimal Content Caching Framework for Utility Maximization

For desirable quality of service, content providers aim at covering content requests by large network caches. Content caching has been considered as a fundamental module in network architecture. There exist few studies on the optimization of content caching. Most existing works focus on the design of content measurement,and the cached content is replaced by a new one based on the given metric. Therefore, the performance for service provision with multiple levels is decreased. This paper investigates the problem of finding optimal timer for each content. According to the given timer, the caching policies determine whether to cache a content and which existing content should be replaced, when a content miss occurs. Aiming to maximize the aggregate utility with capacity constraint, this problem is formalized as an integer optimization problem. A linear programming based approximation algorithm is proposed, and the approximation ratio is proved. Furthermore, the problem of content caching with relaxed constraints is given. A Lagrange multiplier based approximation algorithm with polynomial time complexity is proposed. Experimental results show that the proposed algorithms have better performance.     

基于主动网络的内容分发网络研究

针对内容分发网络(CDN)中复制服务器的动态部署要求,基于主动网络技术设计了一种主动内容分发网络模型(ACDN).将主动节点部署于客户节点与Web服务器之间,并通过插件来提供主动节点的动态可编程能力,从而使网络能根据Web服务器、网络的运行状态或用户自定义的规则,动态、快速地部署复制服务器.结合遗传算法的单亲交叉算子和单亲变异算子,提出了复制服务器的位置优化算法.按请求频度确定兴趣度,以此保证复制服务器与Web服务器的内容一致性.仿真结果表明,ACDN能满足实际Web应用的响应时间的要求,同时为ACDN所设计的3种算法不仅能满足内容分发的性能要求,还能应用于传统的CDN网络.     

新的变码率视频服务器缓存管理策略

提出的 ROC(resist- overload capability)缓存管理策略 ,包括缓存准入策略和替换算法 ,解决了变码率视频服务器间隔缓存的缓存管理问题。 ROC缓存准入策略基于统计缓存准入策略 ,能提供概率的缓存服务质量保证和较高的缓存利用率。实验结果表明 :在典型系统配置下 ,ROC可以提高约 2 5 %的系统吞吐量 ;相对确定性缓存准入策略和STP- L缓存替换算法 ,可以多服务约 17%的视频流 ,平均缓存利用率也要高出约 38%。仿真实验结果证明了 :ROC充分发挥了间隔缓存算法优势 ,是一种非常有效的变码率视频服务器缓存管理策略     

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.     

基于两点流行度的流媒体缓存算法

针对流媒体自身内在流行度变化的特征,提出了一种新的基于两点流行度的缓存算法,根据片段所在的不同区域,分别采用不同的片段流行度计算标准对片段流行度进行估算,进而选择流行度高的片段进行缓存．利用实际用户访问数据,将该算法与等长分段的缓存算法和指数分段的缓存算法进行了比较,仿真结果证明该算法可以在获得与这些算法相近的请求延迟率的条件下,取得最高的字节命中率．     

空间信息网络中安全可追溯的影像分发方案

遥感影像分发是空间信息网络的重要应用.针对现有遥感影像分发方案存在的共谋密钥问题,基于关键数据保护方法,提出了差异化安全分发方案.该方案具有对分发内容的可追溯能力,基于JPEG2000图像压缩方法,将影像内容分为关键部分和公共部分;关键部分通过部署于地面的分发中心实现集中分发,使用无证书公钥密码技术实现安全传输,用户从...