5082 浏览边缘网络环境中的NDN转发与缓存策略研究
摘要：随着5G与物联网技术的不断成熟,海量的异构设备连接到边缘网络环境,伴随着出现诸如内容检索延迟高、通信单点失效、IP地址即将用尽等问题。而命名数据网络（NDN）是一种全新的网络架构体系,采用服务推送与订阅的通信机制,且自带名称路由、网内缓存等特性,是解决上述问题的一种有效途径。目前有关NDN的系统架构研究已经初具规模,但它在边缘网络中的应用才刚刚开始研究,本文主要从转发策略与缓存策略两个方面对边缘网络中的NDN架构进行优化。本文所完成的主要工作及创新点主要分为以下几个方面:首先针对目前边缘网络环境中出现的问题,本文对现有的SDN-NDN体系结构进行完善,通过在控制平面增加节点内容流行度信息与通信接口信息的维护内容,实现对网络内节点信息以及链路信息的全局管理,当网络中出现突发情况时,SDN控制器可以根据这些信息进行资源的调度与分配,维持网络内的流量均衡,提升边缘网络的稳定性。其次,针对边缘网络中可能存在的转发表更新延迟以及数据包丢弃等问题,在以上工作的基础上,研究了一种基于SDN的NDN转发策略,并结合遗传算法与变邻域搜索算法,研究出了一种新的适用于边缘网络环境的路由算法,通过优化遗传算法的突变环节,解决了原算法可能出现的局部最大值问题,并在提高了原算法收敛性的基础上,通过流量分类对所计算路径的Qo S参数进行了优化。仿真结果表明,该转发策略在丢包率方面更具优势,且本文所研究的路由算法较其他路由算法而言在时延、能耗等方面均有20%左右的提升。最后,针对NDN自带的网内缓存机制不能适应边缘网络的网络状态变化的问题,研究出了一种基于流量分类的SDN-NDN缓存策略。该策略会对边缘网络中的业务流量进行分类,并使用SDN控制器对网络内的缓存进行统一调度与处理,然后从基于流行度的动态缓存、基于流量分类的缓存替换以及基于内容仓库的关联缓存等三个方面对传统的NDN缓存策略进行优化。仿真结果表明,本策略与其他NDN缓存策略相比在缓存占用率方面有将近20～30%的提升,且该策略在全局命中率方面也较其他缓存策略更具优势。
关键词：边缘网络;命名数据网络;转发策略;缓存策略;软件定义网络;
摘要
Abstract
专用术语注释表
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 主要研究内容
1.3 论文组织结构
第二章 相关技术与研究现状
2.1 传统NDN的转发与缓存流程
2.2 NDN体系结构研究
2.3 NDN转发策略研究
2.3.1 基于地理位置的转发
2.3.2 自适应转发
2.3.3 启发式转发
2.4 NDN缓存策略研究
2.4.1 NDN缓存放置策略研究
2.4.2 NDN缓存替换策略研究
2.5 本章小结
第三章 基于SDN的 NDN路由转发策略
3.1 SDN-NDN体系架构优化
3.1.1 系统架构模型
3.1.2 各功能模块组成结构
3.2 基于SDN的 NDN转发策略
3.2.1 兴趣包转发流程
3.2.2 数据包转发流程
3.3 路由算法设计
3.3.1 数学模型建立
3.3.2 变邻域搜索遗传算法
3.4 仿真实验
3.4.1 ndnSIM仿真平台介绍
3.4.2 转发策略仿真验证
3.4.3 路由算法仿真验证
3.5 本章小结
第四章 基于流量分类的SDN-NDN缓存策略
4.1 基于流量分类的SDN-NDN缓存策略设计
4.1.1 应用组件扩展
4.1.2 基于流行度的动态缓存
4.1.3 基于流量分类的缓存替换
4.1.4 基于内容仓库的关联缓存
4.1.5 缓存策略算法流程
4.2 实验仿真
4.2.1 缓存策略可行性验证
4.2.2 缓存策略性能评估
4.3 本章小结
第五章 总结与展望
5.1 论文工作总结
5.2 未来工作展望
参考文献
