信息为中心的天地一体化网络星间路由机制与缓存管理策略研究

For the properties of Space-Ground Integrated Network (SGIN), such as the rapid change of network topology, large delay on the inter-satellite link, there are many insurmountable challenges confronted by IP-based networking technology deployed on SGIN. This project focuses on the key issues on Information-Centric Networking (ICN) based SGIN, which covers the name-based routing scheme and the cache management strategy by emphasizing the interaction between them. The main works are: (1) Routing scheme combing the meta-routing policy and cache-based routing policy. To further ensure the fast convergence of routing scheme, the region coverage partition is adopted to limit the adverse effects caused by the topology dynamic and request dynamics. (2) Cooperative cache management strategy integrating off-line optimization and on-line caching. Under the request distribution, the optimal cache set is obtained. Depending on the routing scheme and link states information, an online cooperative cache management strategy is scheduled based on pure strategy game according to the revenue model. (3) Simulation test system should be constructed to validate the schemes proposed, which can be improved on the basis of the test results. It is expected that this project will help to promote the development and application of the theories and key technologies for SGIN.

面对拓扑高动态变化，链路时延大等特性，现有基于IP的天地一体化信息网络存在诸多难以克服的组网技术挑战。本项目研究基于“信息为中心（ICN）”的天地一体化网络的组网关键技术问题，包含基于内容名的路由机制和缓存管理策略研究，并着重考虑彼此之间的相互影响。主要工作：(1)设计元路由策略与缓存路由策略相结合的路由机制，并采用地域覆盖范围分区方式，将网络拓扑和请求分布动态性对路由策略的影响限制在小范围内，保证路由快速收敛；(2)研究离线优化与在线合作缓存策略相结合的星间合作缓存管理机制。根据请求分布情况，离线优化区域内节点最优缓存集合；结合网络拓扑和路由信息，根据节点的收益模型，设计基于纯策略博弈的在线合作缓存管理策略。(3)构建仿真试验系统对方案进行测试验证，并根据试验结果进一步优化方案。预期项目研究将有助于推动未来我国在天地一体化信息网络领域的理论与核心技术发展应用。

本项目根据当前网络请求分布情况，结合信息中心网络（ICN）与卫星网络特点，探索适用于现代数据传输环境的新型天地一体化信息中心网络架构（SGI2CN），研究基于“信息为中心（ICN）”的天地一体化网络的组网关键技术问题，即基于内容名的路由机制和缓存管理策略。主要研究内容包括：（1）设计元路由策略与缓存路由策略相结合的路由机制。采用地域覆盖范围分区方式，综合考虑卫星运动规律与地面区域特征，完成虚拟节点与地面区域划分相结合的卫星网络模型，将网络拓扑和请求分布动态性对路由策略的影响限制在小范围内，保证路由快速收敛；实现基于缓存的星间路由转发机制，将请求转发到不同内容源，实现多宿主通信，降低内容源负担，减小时延。（2）SGI2CN缓存管理方案。首先使用离线优化与在线合作缓存策略相结合的星间合作缓存管理机制。根据请求分布情况，离线优化区域内节点最优缓存集合；结合网络拓扑和路由信息，根据节点的收益模型，设计基于纯策略博弈的在线合作缓存管理策略。其次，考虑卫星节点的移动性，覆盖区域变化频繁，实现基于流行度的内容主动推送策略以加速卫星节点的缓存更新进程，进一步降低用户获取内容的时延。③构建仿真试验系统对上述方案进行测试验证。本项目的成果将有助于推动未来我国在天地一体化信息网络领域的理论与核心技术发展应用。