基于雾计算的命名数据网络性能优化研究

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现有的基于IP地址的网络架构发明于19世纪初期,随着网络数据流量的不断增大和越来越多设备连接到网络,它逐渐不能满足人们对网络的需求。信息中心网络作为下一代通信网络的主流应运而生,与传统的IP网络架构相比较,信息中心网络采用名字对数据进行命名,也因此没有对IP地址数量的限制,能够满足大量设备连入互联网的需求,迎接物联网时代的到来。信息中心网络数据命名、路径缓存的特点,能够实现数据的分发,重复使用,减小收发数据的时延。而命名数据网络作为信息中心网络的一个主流实现框架,引起学术界的广泛关注。尽管命名数据网络相较于传统IP网络有许多优点,但是它仍然存在许多问题。首先,网络设备有限的存储资源使得路径存储的优势不能完全凸显,相比于整个网络中数据的存储量,网络存储的数据缓存命中率很低,不能对网络性能有较大的提升。第二,网络设备有限的计算资源不足以用于杂度的网络控制,包括路由,复杂缓存策略和数据完整性检测。第三,命名中心网络提出的沿路径缓存策略会导致数据冗余和资源浪费,并且对网络性能的提升不高。第四,网络中用户节点的移动性问题,针对命名数据网络,数据移动会导致丢包率上升、网络拥塞和转发表频繁更新。雾计算作为云计算技术的延伸,继承了云计算对资源的动态分配的特点,并且把各类计算存储资源搬移到网络边缘。对于对实时性要求高的应用,雾计算能更好的满足其要求,因为雾节点能在边缘对数据进行处理并且直接返回结果,不需要上传到云端。雾计算的存储和计算资源能有效缓解命名数据网络中网络设备计算存储力不足的问题,并且能够根据需求动态的分配这些资源。边缘特性使得内容的缓存只能发生在网络边缘,能够减少数据的冗余,更有效的利用资源。基于以上的需求和分析,本文提出了基于雾计算的命名数据网络架构,主要包括以下几个方面的工作:1)提出并设计了基于雾计算的命名数据网络的数据分类机制,利用雾节点的内容感知特性,对需要缓存的数据进行分类。2)提出并设计了基于雾计算的网络节点缓存和控制优化,利用雾虚拟化、动态调配的特点,为内容中心网络的中间结点提供动态的存储资源。结合网络功能虚拟化的思想,把原本在节点中的分布式控制整合到雾节点中,利用雾节点对网络对路由,缓存等进行控制。3)提出并设计了基于雾计算的命名数据网络的移动节点管理机制,使用雾计算作为数据的发布者,减少发布者的移动对网络带来的影响。
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