面向ICN的网络级内嵌式缓存构架与配置管理方法研究

In order to solve the inherent shortcomings of nowadays Internet from root, one of the common views of the Internet research community is to construct "information Centric" based next generation Internet architecture, namely Information Centric Network (ICN). One of the promising features of ICN is network wide in-network caching, which can improve the network performance significantly. The goal of this project is to explore the potential utilization efficiency of the network wide in-network caching and reduce the deployment cost of network wide in-network cache in ICN. This project focuses on the network wide in-network caching architecture, cache deployment methods and cache management methods of ICN. The main research problems are as follows.First of all, In ICN, the cache capacity of a cache node is small, and the cache nodes are widely deployed in the network. According to this characteristic of ICN, we investigate the network wide in-network caching architecture, which is suitable for ICN. Secondly,by taking the relationship between traffic volume and cache deployment cost into consideration, we investigate the deloyment methods that can fairly optimize cache deployment cost and netwrok traffic load. Thirdly, ICN has the characteristics of high data chunk forwarding rate,caching verious traffic type, and content comsumer deriving communiation model. According to these characteristics of ICN, we study the efficient cache management methods for ICN.

为了彻底解决当前互联网络暴露的弊端，近年来研究界的主流研究思路之一是建立"以信息为中心"的未来互联网，即信息中心网络（ICN：Information Centric Network）。网络级内嵌式缓存是ICN特有的功能，该功能对提高网络性能有显著作用。充分发挥ICN的网络级内嵌式缓存的利用效率和减小缓存配置代价是本项目追求的目标。为此，本项目针对ICN的固有特点，重点研究网络级内嵌式缓存构架、缓存配置方法和缓存管理方法。主要研究内容包括：根据ICN缓存节点缓存容量小、分布广的特点，研究适用于ICN的网络级内嵌式缓存构架；综合考虑网络流量与缓存配置间的相互影响关系，研究能公平地优化缓存配置代价和网络流量负载的缓存配置方法；针对ICN数据流量大、缓存业务类型多和新的内容获取方式，研究高效的缓存管理方法。

本项目主要针对信息中心网络缓存架构、配置和管理方法进行研究，其目标是提出高效的缓存架构、减小信息中心网络缓存配置代价和优化缓存性能。本项目的主要研究内容如下。首先，研究了信息中心网络缓存架构。信息中心网络没有统一的架构，各种信息中心网络的架构都有所不同，为了实现信息中心网络间缓存的互通和共享，本项目提出了一种通用的异构信息中心网络架构。为了提高缓存的利用效率，本项目还提出了一种基于冗余消除的缓存利用机制，该机制通过利用网络缓存，可以有效消除网络中传输的冗余信息。第二，研究了信息中心网络的缓存配置问题。有效地配置网络缓存可以在网络成本限制下，最大化的实现网络性能优化。本项目提出了最小化能耗和传输时延目标下的网络节点缓存配置方案。此外，针对网络功能虚拟化场景，本项目提出了一种缓存部署优化设计方法。第三，研究了信息中心网络缓存管理方法。针对协同缓存机制协同开销大的特点，提出一种轻量级的分布式是协同缓存管理方法；针对请求缓存表容量受限的问题，提出了一种有效降低请求缓存表容量需求的缓存管理方法；根据信息中心网络特有的通信机制，提出一种基于内容预取的缓存管理方法。第四，研究了信息中心网络路由及缓存管理优化问题。信息中心网络的路由和缓存管理紧密相关，为了实现缓存和路由的联合优化，提出一种缓存知晓的路由策略；为了实现可扩展的路由和内容查找，提出了一种可扩展的信息中心网络路由机制；为了有效的实现网络业务量工程目标，提出了一种基于多拓扑路由和缓存管理相结合的业务量工程方法。最后，本项目还研究了若干与信息中心网络测量相关问题，包括信息中心网络链路性能指标测量、流量测量和网络状态收集机制等。本项目资助共发表期刊论文9篇，会议论文9篇，申请专利2项。期刊论文中，SCI检索论文7篇，包括IEEE JSAC, IEEE Network，International Journal of Communication Systems等高水平期刊。会议论文包括IEEE GLOBECOM，ICCCN，IEEE ICC，ACM SOSR等高水平学术会议。申请ITU国际标准一项，出版专著一本。共培养博士研究生3名，硕士研究生4名。