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随着WWW(world wide web)、对等网络(peer to peer,P2P)这类以“内容/信息共享”为明显特征的网络应用的快速发展,“内容”在互联网中扮演着越来越重要的角色,以TCP/IP为核心的互联网结构的局限性逐渐暴露出来。为了应对互联网数据流量和用户数量的迅猛增长带来的挑战,拟从根本上解决IP网络诸多问题的未来网络研究成为一个研究热点,如DONA(Data Oriented Network Architecture)、PSIRP(Publish/Subscribe Internet Routing Paradigm)、NDN/CCN(Content Centric Networking/Named Data Networking)等。这些解决方案实现从IP无视内容(content-obhvious)的网络向面向内容(content-oriented)的网络的转变,缓存cache将取代路由器中的buffer,成为未来网络固有基础设施。本论文主要关注内容中心网络网络(Content-Centric Network,CCN)。 CCN的一个重要特征是如何管理缓存节点。虽然缓存技术在Web、P2P、CDN(Content Delivery Network)中已经有大量的研究,但是由于CCN中的缓存具有泛在化、无结构以及线速要求等特点,使得已有的缓存技术不能直接地应用到内容中心网络的缓存应用中。针对内容中心网络缓存技术呈现出与传统缓存研究不同的特点,本课题将研究、探索内容中心网络中不同网络规模和缓存位置的内容协同放置技术,从提高内缓存资源利用率、降低网络内容的获取时延、降低缓存冗余、提高缓存系统的内容多样性等角度出发,同时要求缓存策略简单易行,深入研究缓存优化的关键技术,使得内嵌的缓存基础设施可以更好地为网络的内容分发服务。 本论文根据网络规模和缓存节点所处位置不同对内容协同放置问题进行了以下3方面的研究: 1)探索边缘网络的缓存协同放置策略,针对不同的应用场景,具有不同的优化目标。ISP(Internet Service Provider)域间链路承担着很大的网络流量负载且很容易成为网络的瓶颈,因此当以降低域间流量为目标时,按内容热度从网关向用户接入侧缓存,同时引入连通支配集对网络分解,形成层次化网络结构,簇内无冗余协同放置,提高缓存多样性,同时还创新性地提出了一种全局流行度方式;考虑到用户体验,以降低下载时延为目标时,按热度从用户接入侧向网关缓存,同时建立索引信息,实现内容可见,以内容感知的方式进行多径路由,提高内容分发效率。 2)研究核心网的缓存协同放置,将哈希路由引入到CCN中,内容副本在网络中至多缓存一次,增加缓存内容多样性,通过网络分簇算法来约束哈希路由带来的负面影响,降低了下载时延和域内链路负载,提出了一种启发式算法,实现根据出口流量实时调整簇的大小,网络的整体资源利用率得以提高。考虑到哈希函数不能对不同热度内容区分对待,导致某些节点收到的请求流量很大,本论文还提出了以负载均衡为目标的缓存策略,将内容到节点的映射转化为装箱问题。 3)研究大型网络的缓存协同放置,提出了一种沿路(on-path)缓存和离路(off-path)缓存混合的缓存方案,以实现对最大化缓存命中率和最小化用户获取时延两个目标的均衡。首先采用数据挖掘机制,利用流形学习的办法区分节点重要程度,对重要节点部署LCE(Leave Copy Everywhere)缓存策略,以及一种改进的结合流行度的沿路缓存策略,对于非重要节点,采用基于哈希的协同缓存策略。从而提高网络整体性能。