内容中心无线网络的存储和传输协作机制研究

As mobile data traffic is increasing at an unprecedented rate, the wireless networks need to deal with storage and transmissions of massive data. The CCN (content-centric networking) paradigm, relying on content-centric forwarding and in-network data caching, has great potential to solve some of the problems encountered by IP-based protocols in wireless networks. Recently, extensive research efforts have been devoted to the analysis of cache-and-forward strategies in wireless CCN. However, previous works rely on some idealistic assumptions, and cannot well capture some properties of the real networks. Therefore, this project aims to design content placement and retrieval strategies in practical settings, i.e., time-varying content popularity, heterogeneous user mobility and limited battery power. The main contributions are listed as follows. 1) To deal with the time-varying requests of contents, we propose a dynamic placement and retrieval strategy, which adaptively allocate network resources for content placement and retrieval based on the request prediction. 2) By utilizing the potential transmission opportunities in popular locations, we propose an effective location-based placement and retrieval strategy, which accelerate content delivery in popular locations. 3) To solve the limited-power problem of mobile users, we propose an energy-saving placement and retrieval strategy, which leads to an optimal tradeoff between energy consumption and communication resource consumption. Overall, this project tries to provide useful insights on the design and deployment of content-centric wireless networks.

随着无线数据流量的爆发增长，无线网络需要承载海量数据的存储和传输。内容中心网络（CCN）通过以内容为中心的数据传输模式实现高效大规模的内容分发，因此有较大潜力解决无线网络的传输性能瓶颈问题。无线CCN作为新兴的研究领域，目前学术界已经在较为理想的情况下对存储转发设计进行了初步的研究，但对于实际网络的考虑和性能分析还不够深入。本项目拟从内容请求时变、用户移动异构和能量消耗约束三个角度出发，探究这些实际场景中的因素对内容存储和传输机制的影响和作用。具体包括：（1）针对内容的时变需求，自适应地调整内容存储和获取的资源分配，设计匹配的存储转发机制；（2）利用移动用户的区域聚集规律，加速用户密集区域的内容传递，设计高效的分区存储转发机制；（3）针对移动终端能量受限问题，平衡通信资源和能量资源消耗，设计节能的存储转发机制。研究成果将对实际内容中心无线网络的设计提供有效的理论支撑和和技术指导。

内容中心网络 （CCN）通过以内容为中心的数据传输模式实现高效大规模的内容分发，有较大潜力解决无线网络的传输性能瓶颈问题。本课题主要关注内容中心无线网络中的存储传输协作机制设计及性能分析，研究分别从内容请求时变和用户移动异构两个角度出发，探究了这些实际因素对内容存储和传输机制的影响和作用。具体包括：（1）针对用户的时变内容需求，首次提出了任意请求模式下的自适应存储和传输策略。该策略可以根据用户的动态请求自适应地调整内容存储数量和传输范围，实时控制内容存储和传输资源分配，并利用不同时段的带宽差异优化存储和传输的分时调度，使得性能可以达到阶数最优；（2）针对用户的位置关联特征，首次量化了位置流行度对用户移动规律和内容分布规律的影响，提出了基于位置流行度的分区存储和传输策略。该策略按照位置的热门程度进行存储和传输分区，利用移动用户的区域聚集规律和位置偏好性，挖掘用户密集区域的富余传输机会进行存传优化，有效提升了网络资源的利用效率。本课题的研究成果可以对无线CCN不同应用场景的网络布局和调度设计提供有效的理论支撑和技术指导。