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随着网络中内容分发需求的日益增长,传统TCP/IP网络在以内容分发为主的网络环境中的弊端日益突显,因此信息中心网络(Information-Centric Networking,ICN)得以提出和发展。ICN实现了从以主机为中心的IP架构到以内容数据为中心的架构演变,通过网内缓存机制使得中间路由节点可以缓存和提供内容副本,从而提高了内容分发效率。此外,ICN基于内容名路由,以无连接的方式来进行通信,天然的支持移动性。然而,目前基于ICN的网络架构方案都是完全替代IP网络式的方案,这存在两个方面的问题:一是全局网络问题,即路由性能、IP兼容性等方面的问题导致架构可行性不足,在可预见时间内难以部署实施,但是对于以内容分发为主的网络环境,TCP/IP网络存在较大的弊端;二是边缘网络移动性问题,即ICN移动性方案要求用户在切换后重新发送请求,导致切换中断时延较大。同时,由于ICN节点缓存空间有限,需要部署高效的缓存机制来优化架构的缓存性能。然而现有的反应式缓存方案存在缓存冗余性等问题,导致缓存命中率较低,并且无法解决移动用户重传请求产生的切换等待时延问题。因此,本文针对上述网络架构和缓存机制存在的问题,提出了新型架构方案和对应架构场景的缓存机制。本文主要贡献如下:(1)针对目前ICN架构研究中的全局可行性问题,本文提出和实现了一种基于IP网络的网内缓存架构方案CAIP(Caching Anywhere in IP networks)。CAIP方案通过定义携带内容标识的IP选项和新型路由节点,在IP网络中实现了网内缓存机制。该方案提出了 IP路由和缓存索引查找相结合的路由方案,以及逐跳确认和转发分离的新型可靠传输方案,从而一方面可以兼容TCP/IP协议,另一方面高效可靠得实现了网内缓存。最后,基于Linux内核开发的系统平台,验证了 CAIP架构可以有效提高内容分发效率。(2)针对CAIP架构存在的缓存性能问题,本文设计了一种反应式协同缓存方案。该方案通过让路由节点与其邻居节点之间交互缓存信息,减少了缓存冗余性。当节点缓存空间不足时,首先以最大化本地缓存内容价值为目标进行本地内容更新;其次结合邻居节点的缓存空间因素、邻居节点路径因素和内容价值因素,将本地替换出的内容分配至邻居节点,充分利用了节点的缓存资源。最后,通过仿真验证了该缓存方案可以有效提升缓存性能和减少内容获取时延。(3)针对CAIP架构存在的边缘移动性问题,本文提出了一种CAIP与SDN技术结合的无线缓存网络架构,即利用SDN技术对CAIP架构的边缘无线局域网进行集中化管理。SDN控制器维护了无线接入点的内容缓存和用户的二层信息,从而实现了 CAIP架构对边缘移动性的支持。同时,基于CAIP-SDN架构提出了一种主动式移动增强型缓存方案,该方案预先缓存用户的二层流表信息和获取的内容数据。最后,仿真验证了基于CAIP-SDN架构的主动式缓存方案可以明显减少移动用户的切换时延。