内容共享网络的非对称性及流量优化理论与策略

Content sharing applications such as WWW and P2P account for a large fraction of internet tracffic. The asymmetry property of such traffic creates contradictions among network architectures, service models and user's requirement for content sharing. That is the reason why the problem of bandwidth waste is serious. Resolving the problems exist in current internet with respect to content sharing is of fatal importance for the development of future Internet. Therefore, this project will focus on the asymmetry of content sharing traffic and develop a series of theories, methods and technologies to solve the traffic optimization problem. First, by modeling the topology of network (both physical and logical) and different types of traffic, this project is going to studying the dynamics of content sharing and deducing corresponding evolution laws. Second, this project will do some research on topology consistency, including exploring the reason of topology mismatch, analyzing its effect on network performance, finding some solutions for increasing consistency based on user interest. Third, this project plans to develop new mechanisms for distributed content caching based on routers and clients, including deploying the caching nodes dynamically, updating the content in cache in accordance with user interest, allocating the bandwidth optimally among multiple caching nodes based on patterns of user behavious and network behavious. Last but not the least, this project will develop a simulation platform to assist aforementioned researches. By exploring the scientific laws with respect to network traffic, topology consistency, distributed caching and user interest, the overall goal of this project is to develop several new theories and methods to improve network performance on content sharing, promoting the evolution of internet towards to content-centric network.

以WWW、P2P为代表的内容共享业务构成当前互联网的主流业务，其非对称性传输特征，是导致网络结构、服务模式产生矛盾因而造成带宽严重浪费的根源，越来越引起学界和业界的重视。如何解决互联网在承载内容共享业务方面存在的问题，成为未来网络研究的重要方向。本课题主要研究内容：从共享业务的非对称性入手，建立网络的物理模型、逻辑模型和流量模型，分析非对称内容共享网络的时空动态演化规律；研究产生拓扑失配的原因，分析拓扑一致性影响网络性能的机理，提出基于动态用户兴趣的拓扑适配方法；探索路由节点缓存和用户缓存的优化配置分布原理，以及缓存内容更新策略，研究分布式缓存机制中网络资源动态共享的规律性；开发针对非对称网络的仿真平台，为各项相关研究提供实验支撑。本课题的总体目标是通过研究网络流量、拓扑失配、分布式内容缓存、用户兴趣等问题中蕴含的科学规律，提出创新的理论与方法，为实现以内容共享为中心的未来网络奠。

以WWW、P2P为代表的内容共享业务构成当前互联网的主流业务，其非对称性传输特征是导致网络结构、服务模式产生矛盾因而造成带宽严重浪费的根源。如何解决互联网在承载内容共享业务方面存在的问题，已成为未来网络研究的重要方向。针对这一问题，本项目从以下四方面开展了研究：.1）从网络流量、用户关系等角度分析了内容共享网络的非对称性。以在线社交网络为对象，考察了影响信息扩散的因素，提出了一种用于描述用户非对称关系的指标Value Strength，并通过仿真实验证实在信息扩散过程中，优先选择Value Strength大的节点作为转发节点可有效提高信息覆盖率。.2）为分析非对称内容共享网络的时空动态演化规律，对网络演化模型进行了研究。鉴于现有的网络演化模型无法准确地刻画网络链接的形成机理，项目组提出了基于效用的网络演化模型。该模型以效用函数刻画用户兴趣相似度、节点资源匹配度、用户关系非对称性等。节点在建立连接关系时，连接关系带来的效用越大，连接的概率就越大。仿真结果表明所提模型相较于传统网络演化模型更符合实际网络的整体统计特征。.3）以优化网络容量为目标研究了内容缓存机制。考虑到节点介数与网络容量之间的关系，项目组提出缓存节点应放置在对介数节点影响大的节点上。在无标度网络上的仿真结果表明，相较于缓存节点均匀分布的策略，这种策略可使网络容量提升近一倍。.4）针对由内容共享引发的隐私安全问题，提出了基于用户角色的分析框架。从个人与数据收集者之间的信息非对称关系入手，提出了基于契约的隐私数据收集机制，并结合仿真结果对所设计的最优契约进行了定性分析，相关分析结果可为数据收集者在数据交易中的决策提供指导。.本项目对内容共享网络中的非对称现象、网络链接的形成、内容缓存对网络容量的影响、用户参与内容共享的动机等问题的深层机理进行了探索，所取得的研究成果可为实现以内容共享为中心的未来网络奠定基础。