以内容为中心的容迟容断网络中缓存放置策略研究

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容迟容断网络(DTN)是专门针对星际通信链路间歇中断和长延时等特征提出的深空通信网络架构。未来的深空探索中会有大量的信息需要分发和共享,而基于传统TCP/IP协议的DTN网络难以支持内容分发。如果采用单播方式逐一分发信息,会造成链路资源的巨大浪费。内容中心网络具有独特的基于内容的命名编址方式和路由机制,很好地支持了多播和内容共享,因此,以内容为中心的DTN网络能够很好地解决深空通信网络中的内容分发和共享难题。以内容为中心的DTN网络架构中每个节点都具有有限的缓存空间,经过节点的数据包都会根据缓存管理策略保存在缓存中,因此研究缓存管理算法在深空通信网络中具有重要意义。现有文献多针对缓存替换策略进行研究,对缓存放置策略的研究相对较少,并且现有的缓存放置策略尚未结合路由展开研究。对此,本文进行该网络架构下的缓存放置策略研究工作。多播是实现内容分发的有效方法,而网络中的多播问题可以建模为Steiner树模型。本文基于Steiner树理论研究结合路由算法的缓存放置策略,首先对快速最小代价多播生成树算法(FMPH)进行改进,加入了节点的缓存空间的约束条件。然后,基于改进算法提出了群播-快速最小代价路径启发式算法(G-FMPH)。最后,将G-FMPH算法应用在以内容为中心的DTN网络的缓存放置策略上。将每个多播组对应的内容放置在Steiner节点的缓存中,不仅能够减小信息传送的链路开销,提高缓存空间利用率,而且很好地应对了链路间歇中断的特点。另外,为了应对网络拓扑动态变化以及多播业务动态增删的情况,在静态算法的基础上进行改进,提出了动态启发式多播算法(DHMA)。使用卫星工具箱STK建立卫星网络拓扑仿真模型,通过链路的实时中断来模拟真实的网络环境。最后,通过选取不同的时间片进行仿真,验证本文算法在卫星时变网络拓扑中的优势。
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