基于节点介数与边缘流行度的NDN缓存策略

针对命名数据网络(NDN)架构中多数缓存策略的冗余与低效问题,提出一种基于节点介数与边缘内容流行度的缓存放置策略BEP。结合节点的介数中心性与内容的动态流行度,同时考虑缓存的过滤作用,将最流行的内容放置在最重要的节点上,以高效利用稀缺的缓存资源。仿真结果表明,与经典NDN缓存策略LCE、LCD相比,BEP能有效提高缓存命中率,降低服务器负载。     

基于动态流行度与请求代价的命名数据网络缓存策略

为实现高效的命名数据网络(NDN)缓存替换,设计动态流行度与请求代价相结合的缓存替换策略。使每个节点单独计算缓存内容的动态流行度与请求代价的加权(DPC)值,并基于该值进行缓存内容的替换,保留高流行度与高请求代价的内容。在此基础上,根据内容的DPC值对其分类,执行区分化的缓存决策算法,合理选择节点放置缓存。实验结果表明,相对于典型NDN缓存策略,该策略能有效提高缓存命中率,降低平均跳数。     

基于区域划分的混合式NDN缓存策略

针对NDN(命名数据网络)中确定性缓存和概率性缓存各自特点,提出一种确定性缓存和概率性缓存相结合的混合式NDN缓存策略(HDP)。基于区域划分的思想,在网络边缘采用基于热度的确定性缓存策略,在网络核心采用基于缓存收益和内容热度的概率性缓存策略,从而将两种缓存策略的优势相结合,进一步提高NDN缓存性能。实验表明该策略与现有NDN缓存方法相比,能有效提高缓存服务率和命中率,并有助于降低内容访问延迟,改善用户体验。     

一种基于两级缓存的协同缓存机制

信息中心网络（information-centric networking,简称ICN）将网络通信模式从当前的以地址为中心转变为以信息为中心.泛在化缓存是ICN重要特性之一,它通过赋予网络任意节点缓存的能力来缓和服务器的压力,降低用户访问延迟.然而,由于缺少内容热度的分布感知,现有ICN缓存策略仍存在缓存利用率较低、缓存位置缺乏合理规划等问题.为了解决这些问题,提出一种基于两级缓存的协同缓存机制（a cache coordination scheme based on two-level cache,简称CSTC）.将每个节点的缓存空间分为热度感知和协作分配两部分,为不同热度的内容提供不同的缓存策略.同时,结合提出的热度筛选机制和路由策略,降低了缓存冗余,实现了缓存位置优化.最后,基于真实网络拓扑的仿真实验表明,CSTC在次热门内容缓存数量上提升了2倍,缓存命中率提升了将近50%,且平均往返跳数在多数情况下优于现有On-path缓存方式.     

内容中心移动边缘网络用户移动感知缓存机制

为了提高内容中心移动边缘网络的缓存性能,提出了一种基于用户移动性感知和节点中心性度量的内容中心移动边缘网络缓存机制（user mobility-aware and node centrality based caching,简称UMANCC）.UMANCC机制利用边缘节点计算节点中心性、缓存空闲率以及小区内用户逗留时间.移动边缘网络控制器综合各边缘节点的信息,计算各边缘节点的重要性并进行排序,最后根据排序结果选择内容缓存节点.仿真实验结果表明：与传统缓存机制LCE及Prob相比,UMANCC有效减少用户获取内容的平均跳数高达15.9%,提高边缘节点缓存命中率至少13.7%,减少进入核心网流量高达32.1%,有效地提高了内容中心移动边缘网络的内容分发性能.     

内容中心网络中基于用户偏好的协作缓存策略

针对内容中心网络（CCN）中节点默认缓存所有经过的内容,未能实现对内容选择性缓存与最佳放置的问题,提出一种基于用户偏好的协作缓存策略（CCUP）。首先,考虑用户对内容类型的喜好和内容流行度作为用户本地偏好度指标,实现缓存内容的选择;然后,对需要缓存内容执行差异化缓存策略,全局活跃的内容则缓存在重要的中心节点,非活跃内容则按本地偏好度与节点同用户距离层级匹配缓存;最后,实现用户对本地偏好内容的就近获取和全局活跃内容的快速分发。仿真结果表明,相比典型缓存策略（LCE、Prob（0.6）、Betw）,CCUP在平均缓存命中率和平均请求时延方面有明显优势。     

内容中心网络中一种改进型缓存机制

内容中心网络( CCN)作为一种主要的未来网络架构,以命名的内容作为网内的主要元素之一,在网络研究中受到广泛关注。针对已有的CCN缓存方案内容副本替换严重的问题,提出一种内容热门度与节点中介中心度约束的缓存机制PopBetw。在基于节点中心度的基础上,从内容本身的属性热门度出发,避免非热门内容的不必要缓存,降低每个节点的缓存负荷,提高网络缓存性能。仿真结果表明,通过评估缓存大小和内容热门度对缓存性能的影响,PopBetw缓存策略可取得比LCE,LCPro和EgoBetw方案更高的缓存命中率和更小的路径延展度,明显降低网内缓存替换数量,有效减少网内节点中介中心性较大节点群的缓存替换数,达到整体性能最优化。     

命名数据网络中的邻居缓存路由策略

命名数据网络(named data network,NDN)是一种以数据为中心的新型网络体系结构。现有NDN网络路由策略未能充分利用路由结点缓存导致转发效率不高。为了在路由决策中充分利用NDN网络中的缓存,提出了一种邻居缓存路由(neighbor cache explore routing,NCE)策略,将路由结点缓存因素引入到路由决策中,并设计了相应的报文格式及路由选择算法。模拟实验结果表明,邻居缓存路由策略在减少网络冗余流量的同时提高了整体网络的性能,验证了NCE策略在NDN网络中的有效性。     

内容中心网络中基于节点相似度的协作缓存算法

针对内容中心网络中ALWAYS缓存策略节点存储空间利用率低、内容访问时延大、整体网络缓存性能低下的问题,提出了一种依据节点相似度的协作缓存算法。该算法优先将兴趣包转发至最相似节点,增大相关请求的就近响应概率;同时保证在缓存决策中的同一副本在协作节点间不重复存储,在降低冗余的同时增加了缓存多样性。实验结果表明,与现有算法相比,该算法在减少路由跳数和请求时延的同时提高了缓存命中率。     

基于概念漂移学习的ICN自适应缓存策略

针对如何提高信息中心网络的网内缓存性能,提出了一种基于概念漂移学习（concept drift learning,简称CDL）的自适应缓存策略.考虑到节点数据和内容数据的相互感知对缓存性能的影响,将节点和内容的状态数据流作为网络资源,对提取的多维状态属性数据和缓存匹配数据进行分析挖掘,利用学习到的状态属性与缓存匹配之间的函数映射关系,即概念,对未来时期内的节点与内容间的匹配关系进行预测.为提高匹配算法的准确度,在学习过程中,提出了一种基于信息熵的概念漂移识别算法,当根据状态属性的信息熵变识别出漂移后,利用提出的基于概念重现的缓存算法,重新定义函数映射关系.仿真实验结果表明,该策略与CEE,LCD,prob和OPP策略相比,降低了网络运行成本,提高了用户体验质量.     

命名数据网络中基于内容类型的隔跳概率缓存机制

网络化缓存是命名数据网络实现对信息的高效获取,有效降低互联网骨干网络流量的关键技术.网络化缓存将缓存作为普适的功能添加到每个网络节点.用户需要获取信息时,缓存有该内容的任意网络节点(例如路由器)接收到用户请求后都可直接向用户返回相应内容,提升用户请求响应效率.然而,命名数据网络采用泛在缓存使得内容发布者到用户的传输路径上的各节点对内容进行重复并无差别缓存,造成数据冗余、内容缓存无差别对待问题.为此,提出一种基于内容类型的隔跳概率缓存机制.首先根据业务特征(例如时延要求、带宽占用)将内容划分为4种类型:动态类、实时类、大数据类、以及小数据类;其次构造隔跳待定缓存策略,将数据存储在非连续的传输节点上,从空间上减少冗余缓存;最后针对不同内容提供差异化缓存服务:无缓存、网络边缘概率缓存、网络次边缘概率缓存、以及网络核心概率缓存策略,从而进一步降低冗余数据,同时提高用户获取内容的效率.实验结果表明,该机制能够减少冗余缓存,降低用户请求内容时延.     

命名数据网中基于流行度的网内缓存替换策略

针对命名数据网络中如何高效地对节点内的数据进行替换的问题,对节点内已经缓存的数据块,根据被请求的频率、请求时间间隔,准确判断数据块在当前时间的流行度,提出了一种基于流行度的替换策略Po-Rep。从命中节点返回的数据决定要存储在相应节点时,把节点内流行度低的数据进行剔除替换。该策略使节点的内容保持最大价值,满足后续的用户请求。仿真结果表明,该策略有效提高了网内节点存储的命中率,降低了服务器的负载,提高了网络的整体性能。     

一种低功耗动态可重构cache方案

嵌入式系统中,处理器功耗是十分受关注的,研究表明嵌入式系统中cache存储器的功耗占处理器总功耗的30%～60%。为此提出一种低功耗动态可重构的cache方案Tournament cache,该cache方案通过在传统cache结构的基础上增加三个计数器和一个寄存器,在程序运行的过程中,根据计数器统计的结果动态调整cache的相联度,使得相联度在1、2或4路之间变化,以适应不同程序段的需要,从而降低系统的功耗。实验结果表明,此cache方案对比传统的四路组相联的cache能耗节省超过40%,而且性能的降低几乎可以忽略。     

内容中心网络数据污染的快速检测机制

内容中心网络通过路由器缓存内容来提高网络的整体性能.为防止被污染的数据在网络中扩散,路由器需要对进入网络的内容进行验证.原始的验证机制需要对内容的数字签名进行非对称密钥解密操作,导致内容验证速度不能满足高速路由器的需求.提出了基于着色的快速内容验证机制,以减少内容验证的计算复杂度,加快内容的检测速度.该机制通过对第1次进入网络的正确内容进行着色操作以保证其正确性.被着色的内容再次进入网络时,路由器可以通过着色信息来快速验证内容的正确性,从而提高路由器的检测速度.     

移动查询缓存处理的研究

客户缓存为提高客户／服务器数据库系统整体性能以及客户方数据可用性提供了有效途径。移动环境下网络资源的贫乏使客户缓存的作用更为重要，语义缓存是基于客户查询语义相关建立的一类缓存，提出一个基于语义缓存的客户缓存机制，给出缓存的内容组织，提出缓存项合并策略；然后讨论了基于语义缓存的查询处理策略；最后，模拟结果表明该客户缓存机制能够提高分布式、特别是移动环境下客户服务器数据库系统的性能。     

ICN中基于节点权重的缓存大小分配方案研究

网内缓存功能是信息中心网络ICN（Information-Centric Networking）最重要的特性之一,大大减小了信息请求的响应时间和网内流量。合理地分配每个路由器的缓存空间大小,对网络性能有较大影响,也可以节约网络成本。为了使路由器的缓存大小配置合理,首先综合考虑路由器的度数权重、紧密度、网络的中心度、请求影响度等度量指标,定义了一个新的度量指标,称为节点权重;然后,提出一种基于节点权重的缓存大小分配方案,将网络所需的容量按比例分配给路由器。仿真结果表明,与均匀分配相比,路由器的缓存空间利用率至少提升了8%,命中率至少提高了6%;与基于请求影响度的分配方案相比,路由器的缓存空间利用率至少提升3%,命中率至少提高了3%。     

一种联合检测命名数据网络中攻击的方法

兴趣泛洪攻击(interest flooding attack,IFA)和合谋兴趣泛洪攻击(conspiracy interest flooding attack,CIFA)是命名数据网络(named data networking,NDN)面临的典型的安全威胁.针对现有检测方法的检测特征单一因此不能有效地辨别攻击种类以及检测率不够高等问题,提出一种基于关联规则算法和决策树算法联合检测NDN中攻击的方法.首先,通过提取NDN路由节点的内容缓存(content cache,CS)中的数据信息挖掘CS中新的检测特征“缓存增长率”,实验发现“CS数据包增长率”是辨别IFA还是CIFA的有利依据.其次,使用关联规则算法将新的检测特征与待定兴趣表(pending interest table,PIT)中多个检测特征联合,寻找各个特征之间的关联性并将其作为决策树的输入.最后,使用决策树算法检测攻击.该方法使用决策树算法和关联规则算法联合检测NDN中的攻击,不仅避免了单一特征检测攻击造成的误判并且丰富了决策树的分类属性.分析仿真结果表明该检测方法可以精确地区分并检测IFA和CIFA并且提高了检测率.     

基于时空局部性的层次化查询结果缓存机制

查询结果缓存可以对查询结果的文档标识符集合或者实际的返回页面进行缓存,以提高用户查询的响应速度,相应的缓存形式可以分别称之为标识符缓存或页面缓存。对于固定大小的内存,标识符缓存可以获得更高的命中率,而页面缓存可以达到更高的响应速度。该文根据用户查询访问的时间局部性和空间局部性,提出了一种新颖的基于时空局部性的层次化结果缓存机制。首先,该机制将固定大小的结果缓存划分为两层:页面缓存和标识符缓存。对于用户提交的查询,该机制会首先使用第一层的页面缓存进行应答,如果未能命中,则继续尝试使用第二层的标识符缓存。实验显示这种层次化的缓存机制较传统的仅依赖于单一缓存形式的机制,在平均查询响应时间上,取得了可观的性能提升:例如,相对单纯的页面缓存,平均达到9%,最好情况下达到11%。其次,该机制在标识符缓存的基础上,设计了一种启发式的预取策略,对用户查询检索的空间局部性进行挖掘。实验显示,这种预取策略的融合,能进一步促进检索系统性能的有效提升,从而最终建立起一套时空完备的、有效的结果缓存机制。