CCN中协作缓存策略和查找算法的研究

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为了解决当前网络暴露出来的诸多问题,对未来网络架构的研究已经形成一个新的领域。而内容中心网络(Content-Centric Network,CCN)则是这个领域中非常重要的研究对象。内容中心网络的提出是网络技术的一次革新,传统IP网络关心数据存储位置,而内容中心网络则只关注数据本身,数据成为网络架构中的核心要素,从根本上解决了IP地址耗尽、安全性和移动性等传统问题,其系统架构及相关支撑技术研究已成为热点。该网络作为一种新型的网络体系架构,通过网内缓存解决海量资源请求的问题,每个节点都具备缓存数据的能力,因此缓存性能对内容中心网络的整体性能具有决定性影响。本文介绍了内容中心网络的系统模型,并对缓存策略和查找算法两个方面进行研究。对现有缓存策略调研发现,网络中的各节点之间缺少协作机制,相邻节点不能互相通信,导致请求查找速度较慢。基于这个问题,本文提出了一种协作缓存策略,该策略将网络划分为多个自治系统,指定各系统的控制节点,协调汇总其余公共节点的缓存情况。在这种协作缓存策略下,请求能利用邻域节点的缓存,以获得更快的请求处理速度。为了结论更具普遍性,在任意的网络拓扑结构上,仿真求解现有策略和协作缓存策略产生的平均跳数、命中率和平均延时三种参数,对比结果表明协作缓存策略使得网络性能更佳。对现有缓存查找算法进行研究发现,在整个请求查找阶段,节点中的FIB(Forwarding Information Base)部分的查找最为耗时。针对这一现象,本文提出了一种FIB查找算法,在该算法中,bloom过滤器、哈希表和平衡二叉树三种数据结构相结合,哈希表的每个散列条目链接至一棵平衡二叉树。一方面,bloom过滤器可以过滤掉部分错误请求,减少整个网络的请求处理时间;另一方面,使用平衡二叉树,可以保证即使在发生哈希冲突时,依旧能控制请求的处理速度,保持在任何情况下,该查找算法的时间复杂度最差为O(log N)。经过仿真实验,与现有几种FIB查找算法对比,在本文所提算法下,FIB表查找时间明显下降,提高了网络的整体请求查找速度。
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