内容中心网络中基于节点内嵌存储的缓存优化技术研究

The content-centric network is new network architecture proposed in order to adapt the needs change of Internet from the end-to-end communication to the content obtaining. The architecture renovation based on the nodes build-in storage and the multipath forwarding facilitates the realization about the flexible and effective caching optimization strategy. The main purpose of this project is to provide the scientific design method about the caching strategy in the new network architecture, considering the new caching characteristics (such as large and arbitrary topology, chunk-level, line speed requirement and multipath); to explore the effect on the objective of caching optimization strategy (high download speed and low latency, high link utilization, high transmission efficiency, low design cost, low traffic between ISP, etc.) imposed by the topology, node capability, cache size, coordinate caching and replacement strategy; to balance the efficiency and the fairness between the multipath forwarding and cache strategy. The scheme outputs about node cache size allocation, content copy placement, the multipath choose with coordinate caching will provide the technique support for the future real network application of the build-in storage router.

内容中心网络是为了适应人类对互联网的主要需求从端到端通信向内容获取这一转变而提出的新型网络体系架构。基于节点内嵌存储和多径转发这两点体系结构的革新为灵活高效的缓存优化策略提供了基础。本课题旨在该体系架构下，根据网络化缓存的新特点（广域性、无结构、chunk-level、线速要求和多径等），研究新的缓存策略设计的科学与方法，着重探索不同的网络拓扑结构、节点能力、缓存大小设计、缓存协作机制和替换算法及其相互关系对缓存优化设计目标（保障用户的资源下载速度和较低延迟，提高链路利用率，优化网络传输效率，降低缓存设计代价，减少ISP域间流量）的作用，平衡多径转发与缓存策略之间的效率与公平，为实现高效能的未来网络缓存优化技术提供科学理论与系统方法。通过理论研究和验证输出诸如节点缓存大小分配、域内副本放置、与缓存协同的多径选择等方案，为将来内嵌存储型路由器节点在实际网络中的应用部署提供有力的技术支撑。

内容中心网络是为了适应人类对互联网的主要需求从端到端通信向内容获取这一转变而提出的新型网络体系架构。基于节点内嵌存储和多径转发这两点体系结构的革新为灵活高效的缓存优化策略提供了基础。本课题在该体系架构下，根据缓存网络化的新特点（广域性、无结构、chunk-level、线速要求和多径等），开展了如下研究：.1、内容中心网络中缓存性能等相关评价指标定义的研究。本项目研究过程中，创新性的考虑流量分布特征和用户访问行为，通过流行学习的数据挖掘方法来评价网络缓存节点的重要性。.2、内容中心网络中面向多维设计选项及其相互关系的缓存优化策略研究。我们借鉴图论中的连通支配集概念，对无结构特征的内嵌缓存网络进行子网分解和节点分类。基于分解的子网，我们不仅通过构建索引标签的方式设计节点间的缓存协作，而且利用非线性整数规划为每个子网建立最小化网络带宽代价的缓存节点协作模型。通过对模型的求解，我们得到了最小化网络带宽代价的内容放置和请求转发策略。.3、内容中心网络中多径转发与缓存策略的竞争性协同研究。本项目提出了一种联合考虑缓存和多径路由的机制，依据内容流行度对内容进行沿路异构放置，以协作方式实现内容感知的动态多径路由，同时兼顾内容下载时延、缓存命中率和方案可行性。.本项目所有研究都按计划进行，按时完成。本项目完成论文13篇（5篇SCI，8篇EI），申请专利6篇。通过理论研究和验证输出的节点缓存大小分配、域内副本放置、与缓存协同的多径选择等方案，为将来内嵌存储型路由器节点在实际网络中的应用部署提供有力的技术支撑。