基于区域划分的信息中心网络（ICN）网内缓存关键技术研究

Information-Centric Networking (ICN) is an important development direction of future Internet research. In-network caching is an important feature for ICN and has a significant impact on ICN’s transmission performance. Concerning the drawbacks of current studies, focusing on characteristics of “core area” and “edge area”, in terms of cache employment, content discovery and content access, this project proposes an area-division-based ICN in-network caching service method. Contents include: (1) Concerning respective features of both core area and edge area, we plan to build cache deployment models on content placement and capacity allocation and propose cache deployment methods for both core area and edge area. (2) In the core are, we plan to construct the content-announcement-benefit model and the announcement-invalidation-cost model, and propose a cache-announcement-based content discovery method. In the edge area, considering content popularity and access delay, we plan to propose an index-information-based content discovery method. (3) In the core area, we build a content access path selection and flow allocation model, and plan to propose a multi-path-based content access method. In the edge area, we improve the invalid index processing method, and plan to propose a content access method including quick recovery of invalid indexes. The expected achievements of this project are beneficial to improve users’ quality of experience and decrease operational costs of Internet service provider.

信息中心网络（ICN）是未来互联网的重要发展方向。网内缓存是ICN的重要特征，对ICN传输性能具有重要影响。本项目针对现有研究的不足，结合“核心区域”和“边缘区域”的各自特点，围绕缓存部署、内容发现、内容访问三个关键问题，旨在提出一套基于区域划分的ICN网内缓存服务方法，内容包括：（1）结合核心区域和边缘区域各自特点,分别建立涵盖内容放置和容量分配的缓存部署模型，拟提出核心区域和边缘区域的缓存部署方法；（2）在核心区域，建立涵盖宣告收益和失效代价模型，拟提出基于缓存宣告的内容发现机制；在边缘区域，考虑内容热度和访问延迟，拟提出基于索引信息的内容发现机制。（3）在核心区域，建立访问路径选择及其流量分配模型，拟提出基于多路径的内容访问方法；在边缘区域，完善失效索引的处理机制，拟提出涵盖失效索引快速恢复的内容访问方法。本项目的预期成果将有利于改善用户体验，同时降低网络服务提供商的运营成本。

信息中心网络（ICN）是未来互联网的重要发展方向。网内缓存是ICN的重要特征，对ICN传输性能具有重要影响。本项目针对现有研究的不足，结合“核心区域”和“边缘区域”的各自特点，围绕缓存部署、内容发现、内容访问等关键问题，提出一整套基于区域划分的ICN网内缓存服务方法。从多个层面开展研究，深入研究ICN网络建模、不同区域内相关缓存策略以及优化方法，取得一系列创新性研究成果。实验结果表明所提方案在缓存命中率改善、服务器负载降低、网络流量节省等方面均有显著性能提升。课题组首次提出基于“核心区域概率性缓存-边缘区域确定性缓存”的混合式缓存架构，并面向边缘区域和核心区域特性分别提出一系列优化算法。创新性的提出基于边缘节点缓存内容，路由器维护索引信息的缓存设计理念，并提出相关索引维护以及增强鲁棒性的机制。借助缓存间协作机制最大化缓存收益，并基于布隆过滤器和基于报文粒度的缓存对ICN缓存性能进行深度优化。项目在研期间，在Future Generation Computer Systems、IEEE Access、IPCCC、ISCC、HPCC等CCF推荐或领域重要会议及期刊发表论文12篇，其中CCF推荐的论文8篇，SCI期刊2篇，EI论文9篇。项目牵头单位作为核心节点已成功加入到全球性NDN真实网络测试床环境，为未来更好地开展相关研究和验证奠定良好基础。目前正积极探索相关研究成果的应用和落地工作。