| 论文题目 | 信息中心网络中内容放置和请求路由优化算法研究与实现 | 专业 | 计算机科学与技术 | ||
| 学生姓名 | 学号 | ||||
| 一、选题背景、研究意义及研究现状 | |||||
| 1、选题的背景： 为了提高网络资源的利用率，适应互联网应用向获取海量内容为主的转变，研究界提出了信息中心网络（Information Centric Networking, ICN）新型网络架构，以取代传统的以地址为中心的网络通信模型。信息中心网络的通信模式从传统的主机到主机转变为主机到网络，其转发机制由传统的存储转发转变为缓存转发。ICN通过名字来标识内容，使内容独立于存储位置、请求对象、和传输方式，成为以内容为中心的网络。ICN把网络内容在路由器中进行大量缓存和复制，来实现高效而灵活的内容放置和分发，提高了由接受者驱动的内容获取的传输效率，从而提高网络资源利用率，适合了现在的网络状况和未来网络的发展趋势。 “网络内缓存”是ICN的最重要特征之一，然而ICN“网络内缓存”系统相比传统缓存结构，具有以下新特征： 1）不同于CDN中只有若干网络节点能进行内容缓存，在ICN中每一个路由器都能进行内容的缓存。 2）ICN缓存节点允许随时放置和替换内容，使得节点的缓存内容经常变化，所以如果使用传统的路由算法，会使路由器的发送表（forwarding table）变的非常大。 这些特性使得传统的缓存算法无法直接移植到ICN中来，并且使ICN缓存算法要着重考虑以下两个关键问题：
2、研究意义 ICN作为一种新型的网络体系结构，推翻了原有的以主机为中心的网络体系结构，采用了基于信息名称的体系结构。ICN可以在本地结点缓存内容，因此利用在网络中部署广泛分布式的缓存节点（如在路由器中内嵌缓存模块），可以在这些节点满足用户的请求，减少了内容传输延迟时间，降低了服务器的负载。 然而，ICN网络中有大量内容的交换,以及频繁的内容缓存副本的替换，因此需要解决内容放置和请求路由的问题。其中，内容副本的放置决定了如何转发用户的请求；而请求的转发路径又在一定程度上决定了将在网络的哪些节点放置请求内容的副本。理想地，如果能够提前知道内容的放置信息，可以将请求转发到最靠近用户的内容副本处。 本论文尝试优化现有的综合考虑内容放置和请求路由的算法，在对提出的模型进行严谨的理论分析基础上进行仿真模拟，使内容获取效率的提高，从而提高网络利用率。 3、研究现状 现有的研究成果中，LCE(Leave Copy Everywhere)是ICN默认的缓存决策策略，当请求的内容对象返回时，沿途的所有路由器节点都缓存该对象的副本，这种方式容易造成缓存冗余，降低了缓存系统所能缓存内容的多样性。 Psaras等人提出一种概率隐式协同算法ProbCache 来决定内容的放置。ProbCache 算法根据内容传输链路上所有节点的缓存能力和该节点的缓存能力、该节点距离终端用户的跳数等信息决定内容在该节点缓存的概率。ProbCache 算法较LCE而言提高了缓存资源的利用率，降低了用户的访问时延，但没有将内容的放置和请求转发联合起来考虑。实际上，内容的放置决定了到哪去找这个内容，而请求的转发反过来决定将在哪些节点放置内容。因此内容的位置信息和请求的转发信息是耦合在一起。 现有多数研究普遍存在以下三个问题：（1）大多数隐式协同算法专注于提出减少协作算法开销的方案，却没有给这些方案以严格的理论分析。（2）现有的将内容放置和请求路由综合的算法存在不足之处。实际上，这两个问题在ICN中是紧密相关的，ICN中的路由器在决定在哪里进行内容放置的同时，还需要将申请内容的请求转发到最合适的路由上，而两个问题都需要协作考虑各个路由器之间关系问题。（3）现有的同时考虑内容放置和请求路由的算法只能运用在三层拓扑结构或者内容集中分发网络中，并不适用ICN中以内容为导向的缓存机制。 |
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| 二、研究的基本内容，拟解决的主要问题 | |||||
| 研究内容： 研究节点协作的内容放置和请求路由算法。内嵌缓存被认为是提升网络性能的重要手段，而节点协作的内容放置和请求路由算法则是通过优化内容的放置、请求的路由路径来提高相邻节点的缓存资源共享、降低缓存内容的冗余度，最终实现提升缓存系统整体效用的目的。 拟解决的主要问题： 针对现阶段研究存在的几个问题，本论文拟解决的主要问题是： 1) 对现有的内容放置和请求路由路径算法进行优化，将内容的放置和请求的路由紧耦合考虑，即：节点接收到用户请求后，该如何根据已知信息，动态地决定最佳的请求路由，从而最大地提高ICN的内容获取效率；而节点接收到内容包后，需要根据本地存储资源的情况决定是否放置该内容，使有限的缓存资源能够更大地提高网络缓存效率。 2) 大多数节点协作的算法仅给出了减少协作算法开销的方案，却没有对所提方案进行严格的理论分析与证明。本论文提出了优化的内容放置和请求路由算法，从严格的理论上证明算法的优化性能。 |
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| 三、研究步骤、方法 |
| 1、 研究步骤 1） 查阅资料并在导师指导下了解ICN整体概念及实现方法。 2） 综合比较现有的ICN算法，提出综合考虑内容放置和请求路由的改进算法。 3） 建立模拟平台（初步计划为java平台），加入实际ICN网络拓补图并得到所提出算法的应用结果。 4）根据模拟结果，结合文献资料再次改进算法。 5）反复实验后得到最优算法。 2、 研究方法 1）文献资料法; 2）实验法; 3）定量分析法; 4数学方法。 |
| 四、论文（设计）的工作进度安排 |
| 2021年10月～2011年11月： 利用各种方法，通过各种渠道，了解本课题所涉及的社会、科研、使用等方面的实际情况，收集有关的数据、图表和文献资料，进行分析归纳、整理及研究，英文文献翻译，确定本题目设计方案。 2021年11月～2011年12月： 提交开题报告。 2021年12月～2012年4月： 方案实施阶段。以前期设计的总体方案为基础，进行详细设计，并在系统功能实现的基础上，进行系统测试。 2022年4月～2012年5月： 撰写论文，准备答辩。 |
| 五、参考文献（不少于5篇） |
| [1]张国强, 李杨, 林涛, 唐晖. “信息中心网络中的内置缓存技术研究”，Journal of Software,2014,25(1):154−175[doi:10.13328/j.cnki.jos.004494]http://www.199it.com/archives/187745.html [2]夏春梅，徐明伟. 信息中心网络研究综述，“Journal of Frontiers of Computer Science and Technology”，doi: 10.3778/j.issn.1673-9418.1303025 [3] Claudio Imbrenda, Luca Muscariello, Dario Rossi，“Analyzing Cacheable Traffic in ISP Access Networks for Micro CDN Applications via Content-Centric Networking”, Proceedings of the 1St International Conference on Information-Centric Networking 09/2014; DOI: 10.1145/2660129.2660146 [4] Shoushou Ren, Tao Lin, Wei An, Guoqiang Zhang, Dalei Wu, Laxmi Narayan Bhuyan, and Zhen Xu，“Design and Analysis of Collaborative EPC and RAN Caching for LTE Mobile Networks” , Computer Networks, IEEE,2015. [5] Yuemei XU, Yang LI, Wei AN, Tao LIN, Zihou Wang and Song CI.，“Minimizing Bandwidth Cost of CCN: a Coordinated In-network Caching Approach”，ICCCN2015,IEEE, 2015. [6] Yang Li, Tao Lin, Hui Tang, Peng Sun, “A Chunk Caching Location and Searching Scheme in Content Centric Networking”, IEEE International Conference on Communications, 2012, 11(18):2655 – 2659 [7] R. Chiocchetti, D. Rossi, G. Rossini, “Exploit the known or explore the unknown? Hamlet-like doubts in ICN”, Second Edition of the Icn Workshop on Information-centric Networking2012:7-12 |
| 六、指导教师意见 | ||||||
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| 签字： | 年 | 月 | 日 | |||
| 七、学院院长意见及签字 | ||||||
| （办公室盖章） |
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| 年 | 月 | 日 | ||||
