可扩展内容感知路由架构、协议及算法设计

With the rapid development of emerging techniques such as cloud computing and mobile networks, the current Internet is facing great grand challenges, including low content delivery efficiency, poor routing scalability, serious security problems, etc; therefore, the research of future networks is extremely urgent. As a mainstream direction of future networks, data name based content-aware routing makes the routers capable of recognizing and caching the content, by which the content delivery efficiency can be greatly improved. Currently, content-aware routing is in the preliminary exploration stage, with many issues to be handled. First, in the project we will explore the dualistic content naming and routing mechanism, where differentiated routing and forwarding models will be employed for static and dynamic contents; accordingly, we design an scalable content-aware routing architecture with the compatibility with traditional network devices. Second, we will investigate the theory of forwarding correctness and design forwarding model of strict partial order, and then construct the next hop selectable Forwarding Information Base (FIB) and implement the routing compression algorithms, based on which the routing table scale of static data is controlled and the content-aware routing scalability is improved. Finally, we will work over the intra-domain cooperative caching scheme; control the caching content and the caching location by hashing; achieve scalable routing for dynamic data by avoiding cache redundancy and improving router memory utilization with dynamic routing schemes.

云计算、移动互联网等新兴技术的飞速发展给当前互联网带了巨大挑战，主要体现在内容传输效率低、路由扩展性差、安全问题严峻等，因此未来网络研究迫在眉睫。作为未来网络主流方向之一，内容感知网络采用基于内容名字的路由，路由器能识别并缓存内容，从而提升传输效率。内容感知路由目前尚处于初步探索阶段，有许多亟待解决的问题。首先，本项目将研究二元化内容命名及路由机制，对静/动态数据采用差异化的路由及转发模型，基于此设计可扩展的、兼容传统网络设备的内容感知路由架构。其次，本项目将研究转发正确性理论，设计严格偏序转发模型，进而构造可选下一跳转发表并实现路由压缩算法，以控制静态数据的路由表规模，提升内容感知路由扩展性。最后，本项目将研究域内协同缓存机制，通过哈希的方式控制缓存内容和缓存位置间的关系，探索避免冗余缓存、提升路由器空间利用率的动态路由机制，最终实现面向动态数据的可扩展路由。

传统互联网路由器只关心传输内容的目的地，无法识别传输内容，因此，大量的冗余内容在相同路径上重复传输。内容中心网络被提出以解决上述问题。然而，内容感知网络存在诸多挑战，包括高效内容感知路由器设计、传输协议与拥塞控制、内容转发路由表扩展性等问题。.本项目主要针对内容中心网络面临的挑战进行研究。第一，在内容缓存及动态路由算法设计方面，我们进行了优化改进，提出了一种基于选择性缓存的内容中心网络动态路由方法，大幅度提升网络缓存的效率。第二，在高效内容感知路由器设计方面，一方面基于RTT动态设置PIT表项的生存时间，以提高PIT表的空间利用率，降低拥塞发生的可能性，另一方面基于PIT表项的生存时间精确识别并替换无响应表项，降低拥塞造成的损失。第三，设计一种内容中心网络的内容请求及传输协议，通过充分利用内容中心网络的动态缓存路由器及源服务器，实现基于数据块的多点并行传输机制，优化用户数据请求模式，最小化内容传输的完成时间。第四，互联网路由表膨胀的问题，分析内容中心网络的潜在扩展性问题，提出了通用的可选下一跳FIB聚合技术，大幅度提升路由表压缩效率。.在项目执行期间，累计发表国际高水平论文22篇，其中期刊论文10篇（包括Information Science、JNCA等），会议论文12篇（包括IWQoS、ICCCN等），申请相关国家发明专利7项（授权专利3项）。整体而言，项目顺利完成了计划任务，超额完成了预期指标。