信息中心网络缓存管理机制研究

作     者：卢琪 

作者单位：哈尔滨工程大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李江华;李志东

授予年度：2020年

学科分类：0810[工学-信息与通信工程] 08[工学] 081001[工学-通信与信息系统] 

主      题：信息中心网络 命名数据网络 缓存决策 缓存替换 

摘      要：信息中心网络(ICN)作为一种颠覆性的新型通信网络模型,近几年成为未来网络体系结构研究领域中的热点。ICN以信息为中心,直接使用信息名字实现数据的标识、检索和路由转发。信息中心网络将缓存作为内建结构,节点默认存储所有流经的数据,方便后续请求被尽快响应。缓存系统作为信息中心网络体系结构的基本组件,在内容分发服务中扮演重要角色,其效率直接影响网络性能。如何设计高效的缓存管理方法,对网络中的缓存资源进行统一调度管理,是信息中心网络研究中的一个重要内容。如何利用网络中有限的缓存资源,提高缓存利用率,是缓存管理方法研究的主要目标。现有的边缘缓存方法将内容尽可能的部署在网络边缘,使内容尽可能靠近用户,以减少用户的响应时延,但是削弱了缓存内容的共用性,降低了内容响应网络中其他位置节点请求的概率。而核心缓存方法将内容的拷贝部署在网络核心节点,可以响应不同区域节点的请求,但是距离终端用户较远,响应时延较大。如何设计缓存管理方法,改善信息中心网络中的缓存系统性能,本文对此展开了以下研究。针对边缘缓存方法中存在的问题,本文提出了基于信息请求热度的路径缓存决策机制,以提高缓存内容的共用性来提高缓存命中率,即增加缓存内容对其他路径上同一请求的响应概率。针对网络中节点对内容的频繁访问具有时效性的特点,设计了基于访问热度的缓存替换机制,根据节点对内容的访问热度及时感知内容的流行度变化趋势,调整缓存部署。仿真实验验证了这种方法能够以较小的缓存冗余,在不增加响应时延的前提下,提高缓存命中率。节点先后访问的内容之间可能存在某种相关性,为了利用这一特点进而指导缓存决策,本文设计了基于内容关联性的路径缓存方法,通过发现目标内容与节点存储内容之间的相关性,同时考虑节点在路径中的位置,进行缓存决策。通过在多种参数条件下进行仿真实验,验证了该方法的可行性和有效性。