基于社会属性的移动内容中心网络缓存技术研究

Internet usage has dramatically transformed from host-centric end-to-end communication to content retrieval. It makes Content Centric Networking (CCN) become the trend of future network development and arise worldwide concern. Content caching scheme is the key technology to improve the efficiency of content retrieval and resource utilization. However, the existing research of CCN focuses on fixed networks environment. With the increasing number of mobile devices and the growing demand for mobile communications, content caching in wireless mobile environments becomes increasingly attractive. This project aims at the investigation of content caching in mobile content centric networks. According to the social characteristics of mobile user behavior, we will construct a multidimensional decision model and propose the social attributes based cache decision scheme and cache replacement scheme, which adaptively selects the cache nodes and migrates or replaces the content objects, thereby improving the performance of content retrieval and caching service. Moreover, this project will also design the effective redundancy elimination scheme to decrease the redundant transmission and caching, so as to further optimize the network resource utilization. Our research will provide useful theory and technique support for the development of caching techniques in content centric mobile network environments.

互联网应用由基于主机的点对点通信向海量内容获取服务的转变使得内容中心网络成为未来网络发展的基本趋势并得到了广泛的关注。内容缓存机制是提高内容中心网络的内容获取效率和网络资源利用率的关键技术。然而，目前内容中心网络的研究主要针对固网环境。随着移动设备和移动通信需求的剧增，移动网络环境下的缓存问题成为了当前内容中心网络的研究热点。本项目将针对移动内容中心网络的缓存机制展开研究，根据移动用户行为的社会特征构建一个多维决策模型，并提出基于社会属性的缓存决策机制和缓存替换机制。通过缓存节点的自适应选择以及缓存内容的动态迁移和替换，实现内容获取和缓存服务性能的提升。同时，还通过设计有效的冗余消除机制，减少冗余数据造成的重复传输和缓存开销，进一步优化网络资源的利用。本项目的研究成果将为移动环境下内容中心网络的缓存技术研究提供有益的理论和技术支撑。

内容中心网络(Content Centric Networking, CCN)是为了适应未来网络通信模式的转变，提供对可扩展和高效内容获取的原生支持而提出一种新型的网络体系架构，内置缓存技术是其核心技术之一。传统的缓存机制已无法适应移动环境下内容缓存的动态化、透明化、泛在化以及细粒度化的要求。这使得移动内容中心网络内置缓存技术成为了当前内容中心网络的研究热点。. 课题组针对移动内容中心网络的缓存决策模型、内容缓存和迁移机制以及动态缓存替换机制等方面开展了深入研究并提出了相应的解决方案。在缓存决策模型的研究方面，我们在深入分析用户相关社会属性对内容缓存性能的影响的基础上，综合了节点接触频率、接触时长和内容流行度等社会特征，构建了一个三维的缓存决策空间模型来实现有效的缓存决策。在缓存放置和动态替换机制的研究方面，我们以优化缓存的协作性、能效性和节点移动性等为目标，主要包括：（1）提出一种基于缓存迁移的协作缓存机制，通过选择合适的邻居节点进行缓存内容的转移，有效地改善了缓存内容在节点上分布的均衡性；（2）提出一种基于内容扩散的主动缓存机制，借鉴分子的扩散原理利用节点间的缓存内容浓度关系来驱动内容副本在网络中的主动推进和迁移，提高了内容的响应概率；（3）提出了一种高能效的协作缓存机制，通过建立能耗模型确定内容缓存的能效判决条件，有效地提升了系统的缓存性能并降低了网络的整体能耗；（4）提出了一种基于缓存压力的选择性缓存机制，有效地优化了缓存资源利用率，提高了系统的整体缓存性能；（5）提出了一种社会感知的机会内容中心网络缓存机制。综合多种社会属性实现合理的缓存决策，在保证较高的内容交付率的同时能有效地降低内容的缓存开销和访问延迟。. 本课题的研究对提高移动环境下内容中心网络的缓存性能和内容获取服务质量有一定的参考价值，将极大地推动内容缓存技术的发展和移动内容中心网络的推广应用。