不依赖网络的内容之特征及其网络功能抽象

Content-centric networking is the core of future network. Current network is established on the inter-connection of host, in which the bottom transmission units could not denote semantics of upper content. The NDN which is the research frontier in American FIA project has not given a detailed transmission mode for content semantics. We would conclude the content characteristics for various applications, construct the network transmission structure which is named parametric self-adapting content pipeline for content characteristics, and establish the mapping between content characteristics and the pipeline. All content characteristics would be normalized by pipeline parameters, and therefore establish the self-adapting transmission channel driven by content characteristics. In detail, 1) Researches on the resolution of content characteristics including content structure, time-varied transmission requirements, and the correlative characteristics of content composition. 2) Researches on the structure of content pipeline including switching mode, parameter sets, and the self-adapting regulation mechanism for specifications. 3) Researches on the automatic matching between pipeline and content characteristics, including the self-matching between content characteristics and pipeline specifications, self-adjustment of time-varied requirements and pipeline parameters, and the self-adapting of correlative characteristics and pipeline parameters. This would realize the dynamic extraction, real-time computing of pipeline parameters and the corresponding adjustment of pipeline specifications. We aimed at exploring the network self-adaption of time-varied content characteristics, which could provide foundation for inherent mechanism and core structure to construct content-centric networking.

以内容为中心是未来网络的发展方向。当前网络以实现主机互连为核心，其下层传送单元无法表征上层内容的语义。美国FIA计划的NDN项目代表了内容中心网络的研究前沿，但至今未给出针对内容语义的具体传送模式。本项目拟归纳各类应用的内容特征，构造针对内容特征的网络传送结构-参数化自适应内容管线，构建内容特征到管线的映射，将内容特征归一化为管线参数，建立内容特征驱动的自适应传递通道。主要研究：1)内容特征解析，包括内容结构特征、传递需求及其时变性、内容成份的关联特征；2)内容管线结构，包括交换模式、参数集、规格自适应调整机制；3)管线对内容特征自动匹配，包括内容特征和管线规格自匹配，时变需求和管线参数自调整，关联特征和管线参数的自适应。其结果实现变化特征动态提取，管道参数实时计算，管道规格跟随调整。本项目旨在探索跟随时变应用内容特征的网络自适应性，为构建内容中心网络的内在机理与核心结构奠定基础。

当前网络以实现主机互连为核心，其下层传送单元无法表征上层内容的语义。项目直接对内容进行统一标识并基于内容标识进行定位、路由和传输，使用网内缓存系统加速内容分发，将网络打造成为信息传输、存储和服务的一体化平台。项目主要研究包括：1)设计了面向可共享内容的流行度监测机制，将内容分类用于流行度监测，设计了分类、识别与过滤、统计的三级监测机制，并从理论分析和实验验证的角度，证明了三级监测机制的有效性。2)提出了一种热区控制及内容调度缓存算法，依据拓扑结构与节点实时状态定义了网络热区的评判标准，将拥塞控制问题转化为控制缓存副本放置位置与保留时间的问题，通过限制调度数量保证重要节点周围流行内容的缓存多样性。3)提出了基于流行内容识别和跟踪的沿路径协同缓存策略。分析了流行度演化过程，指出缓存使内容流行度不具备全局分布特性，分析了流行度监测的必要性；确定了传输路径上的流行度协同感知方案，对流行内容阈值和路径长度（跳数）的关系进行理论分析，提出了基于最大介数节点和边缘节点协同调度的缓存策略。4)提出了基于两级流行度感知的混合缓存策略。根据拓扑特征将网络分层，构造了虚拟核心区域；分析了网络分层后的内容流行度感知需求，选取流行度监测点，从理论上讨论了虚拟核心区域的流行度门限设置依据，确定了两级流行度感知方案；最后基于流行度感知信息设计了支持内容多样化和内容有序缓存的混合策略，进行了仿真实验评估，并分析了算法的不足。5)面向不同业务类型的差异化服务，提出了一种元模块承载的差异化服务模型。定义了基础网络控制功能单元——元模块，通过匹配不同的元模块组合串实例来承载不同特征需求的业务类型；并将元模块组合过程视为“业务策略→实例组合串→业务承载路径”的二级映射问题。