信息中心网络中内嵌缓存和请求路由动态优化模型研究

Information Centric Networking (ICN) is a new network architecture in which host-to-content communication protocols are introduced. The architecture renovation based on the receiver-driven mechanism and the multipath forwarding leads to highly volatility of content replicas in routers and multi-selective request routing path, and also combines the content placement, content replacement and request routing tightly. The main purpose of this project is to build a dynamic optimization model for the combination problem of in-network caching (including content placement and content replacement) and request routing in the new network architecture, considering the new caching network characteristics of ICN (such as arbitrary topology, receiver-driven mechanism, multipath and line speed requirement); to explore the effects of different network factors (content popularity distribution, correlations between chunk-level requests, cache size and link bandwidth restriction) and their relationships to the proposed model; to solve the model correctly. This project will also establish simulations and experiment platforms used to evaluate the performance of proposed models and algorithms. Achievements of this project will help to improve the utilization of cache resource and reduce the network traffic and the content access latency, providing the technique support for the future real network application of the in-network caching router.

信息中心网络是一种将传统的面向主机的端到端通信模式转变为以内容为中心的通信模式的革命性网络体系结构。接收者驱动机制和多径转发这两点体系结构的革新导致了节点缓存内容的动态性和请求路由的多选择性，并使内嵌缓存放置、替换与请求路由紧耦合的联系在一起。本课题旨在该体系结构下，根据网络化缓存的新特点（任意图拓扑结构、接收者驱动、多径转发以及线速要求）建立内嵌缓存与请求路由紧耦合问题的动态优化模型，在深入理解chunk-level用户请求的特征前提下，探索不同的网络因素（包括内容流行度、chunk-level请求的关联性、缓存空间大小以及链路带宽限制）及其相互关系对模型的影响，并提出模型的解决方案。本项目还将搭建仿真和实验平台对研究成果进行验证。本项目的研究成果将有助于提高缓存资源利用率，降低网络传输流量和用户下载内容时延，为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。

信息中心网络是一种将传统的面向主机的端到端通信模式转变为以内容为中心的通信模式的革命性网络体系结构。接收者驱动机制和多径转发这两点体系结构的革新导致了节点缓存内容的动态性和请求路由的多选择性，并使内嵌缓存放置、替换与请求路由紧耦合的联系在一起。本课题旨在该体系结构下，根据网络化缓存的新特点（任意图拓扑结构、接收者驱动、多径转发以及线速要求），开展了如下研究：.1. ICN内嵌缓存中Chunk-level请求和特征研究。本项目研究ICN网络中Chunk-level请求的特征对缓存放置和替换策略的影响，并根据ICN网络的Chunk-level请求特征改进现有的缓存策略，大大提高网络性能。.2. ICN内嵌缓存和请求路由动态优化模型研究。本课题针对缓存空间中内容的动态性和请求路由多选择性设计内容放置和请求路由紧耦合模型，并求解模型的最优解和近似解，实现在ICN网络中内容的最优放置以及请求路由的最优路径选择。.3. ICN内嵌缓存的渐进式部署方案研究。内嵌缓存和请求路由紧耦合优化方案涉及网络运营的多方实体：内容提供商（Content Provider, CP）和因特网服务提供商（Internet Service Provider, ISP）。ICN作为一个未来网络架构，所提模型如何在线网中部署与实现、以及CP和ISP在模型实现中的开销与收益都是ICN网络应用亟需解决的问题，本课题对此进行深入研究。.本项目所有研究都按计划进行，按时完成。本项目完成论文10篇（第一作者6篇，第二作者2篇），通过理论研究和大规模仿真实验测试所提方案与模型，为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。