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信息中心网络（Information-Centric Networking，ICN）将信息作为网络体系结构的核心，并给每块信息赋予唯一的名字，网络中的数据请求、应答和存储均以带名字的信息为基本单元。目前，有多种信息中心网络体系结构被提出，例如CCN/NDN、DONA、PURSUIT等，每种体系结构有其自身的设计方法和特征。这些信息中心网络的共同点在于，使用带名字的内容来支持网络内缓存，从而提升网络传输性能，包括降低服务器端负载、减少用户访问延迟等。信息中心网络基于内容的抽象难以支持数据的动态性。网络内缓存既面临着缓存隐私性问题，同时也难以达到理想的缓存性能。本论文针对上述三个问题，在三个系统设计中分别解决，即设计了面向服务的信息中心网络、面向隐私保护的信息中心网络缓存，以及具有自适应性、目标多样性和可扩展性等特征的信息中心网络协同缓存。本文的主要工作和创新性成果包括: (1)面向服务的信息中心网络体系结构。探索了信息中心网络体系结构的设计空间，说明服务比内容是对网络数据动态性支持和数据处理的更合理的抽象。基于此，提出了面向服务的信息中心网络体系结构-SOFIA，其核心思想是将网络内对数据的操作抽象为服务，服务可以是提供文件下载、数据缓存、内容编解码等。SOFIA设计包含3个亮点:首先，使用基于服务名字和网络地址的混合路由机制，能够同时利用网络内服务发现和高效数据传输的优势;其次，提出了服务中继概念，中继节点将服务会话分割成多个子段，并对相邻子段之间的输入输出进行处理，基于服务中继可以实现灵活的网络内服务处理;最后，提出可配置的服务表，SOFIA通过配置服务表可以很方便的实现其他信息中心网络的功能，还可以通过添加新的服务子表或者规则，实现更多有用的服务处理功能。实现了SOFIA原型系统，并开发了若干演示应用，包括SOFIA的HTTP代理网关，基于SOFIA的VoIP应用等。通过网络实验和演示应用，证明了SOFIA体系结构可以有效支持服务多播、多宿主传输、多路径传输和主机移动等特性。 (2)面向隐私保护的信息中心网络缓存机制。网络内缓存在提升网络传输性能的同时，也引入了缓存隐私性问题。分析了缓存性能和缓存隐私性之间的关系，并指出缓存性能的决定因素是缓存内容的多样性，缓存隐私性的决定因素是缓存路径的多样性。可以通过同时提升缓存内容和缓存路径的多样性，来同时提升缓存性能和缓存隐私性，因此两者之间并不存在权衡取舍(tradeoff)。提出了基于网络编码的多路径缓存机制-CodingCache。通过路由器节点的随机再次编码，不同路由器缓存同一内容的不同编码块，客户端在获取内容时，对同一内容的不同数据块请求随机转发到不同路径中，既利用了网络中缓存内容的多样性，又充分利用网络中的多路径特性，因此可以同时提升缓存性能和缓存隐私性。实验结果表明，CodingCache可以显著增加缓存性能（增加120％缓存命中率），以及显著增强了缓存隐私性（匿名集大小由1最多增长到47）。 (3)基于路由器节点协作的信息中心网络缓存策略。设计了基于路由器节点协作的信息中心网络缓存策略-LCache。LCache通过SDN技术提供的网络全局视图，以迭代的方式接收数据输入、计算和下发缓存策略。具体来说，LCache使用Count-Min Sketch收集缓存性能指标和内容访问频率，有效降低了信息收集的代价;使用朴素贝叶斯方法为每个路由器节点计算缓存策略，该方法的时间复杂度正比于网络节点数量和内容数目;将“到缓存内容的转发条目”与“到内容源的转发条目”合并，减少路径外缓存带来的开销。通过仿真实验验证，相比于CCN默认缓存策略，LCache通过合理布置缓存内容以及利用路径外缓存，可以提升4-5倍的缓存命中率，减少30％的访问路径长度。同时，相比于传统缓存策略，LCache同时达到了“自适应性、目标多样性、可扩展性”三个目标。