基于命名数据网络的文件分发缓存策略研究

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随着互联网和信息技术的高速发展,基于传统媒介的信息内容逐渐以网络作为传播媒介,内容分发的应用和普及也日渐增多,而以TCP/IP协议为核心的体系架构中出现的传输瓶颈、网络安全等问题显得尤为严重。命名数据网络(NDN)的出现为替代主宰互联网半个世纪的TCP/IP协议提供了可能,在其设计上改变了互联网主机-主机通信范例。为了提高内容复用,NDN大规模使用缓存技术,每个路由节点可以缓存经过的内容,实现了可靠和快速的内容传输,但由于缓存空间有限,超过空间上限就需要删除部分内容,而对于内容的缓存与取舍成为当前研究的一个热点。本文基于命名数据网络,结合文件分发场景中的应用特点,提出优化NDN的缓存策略,希望能对NDN的实际应用起到推动作用。本文主要工作如下:(1)针对缓存决策策略,本文根据文件分发场景的特殊性,对现有缓存决策策略进行探究,构建动态规划区域的缓存决策算法,它通过增加表结构获取消费者的动态请求次数,修改包结构以动态规划内容的缓存位置,同时利用标识字段避免缓存内容冗余,使网络拓扑结构中的内容分布更加合理,以达到降低传输延迟和提高缓存利用率的目的。(2)针对缓存替换策略,为了避免热点内容在局部时间被替换,非热点内容在静态环境长期保存的现象,本文构建缓存替换函数,它综合考虑内容的周期流行度、平稳度和数据请求代价三方面因素,为缓存内容构建不同的替换值,当空间超过上限时,通过排序将替换值最小的删除,以达到降低服务器负担和提升内容复用性的目的。(3)本文依据当前IP体系下的文件分发系统架构,参考架构各部分的功能,利用NDN网络作为整个系统的网络层框架。在NDN网络的基础上,为了适应本文提出的缓存策略,本文详细地设计了文件分发系统的网络层,并对网络层的命名机制、缓存机制、路由转发机制和安全机制进行相关阐述,以满足文件分发在NDN网络下的功能需求。本文利用ndnSIM完成缓存策略的仿真实验,分别从网络延迟时间、网络传输流量和缓存命中率等方面与传统缓存策略进行比较,本文提出的缓存策略在路由节点缓存的复杂度和处理能力上有一个折衷的平衡,从而达到降低带宽消耗,提高内容复用的目的。
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