面向天地一体化网络内容分发的网内缓存机制研究

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伴随多媒体数据流的逐年增长,互联网的服务逐渐由面向单用户的端到端通信转换为面向多用户的内容分发。作为互联网的发展趋势之一,天地一体化网络(Space-Ground Integration Network,SGIN)的主要服务也是内容分发。由于内容分发业务需要传输海量数据,SGIN内容分发的关键挑战是网络的带宽资源受限。网内缓存机制利用网络中富余的存储资源置换受限的通信资源,是一种应对上述挑战的有效途径。
  由于主机与IP(Internet Protocol)地址绑定,基于TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol )网络协议的网内缓存机制,如内容分发网络(Content Delivery Network, CDN),不能很好地支持卫星的移动性。作为一种新型网络协议,命名数据网络(Named Data Networking, NDN)将内容与地址解耦,实现传输层功能下沉至网络层,能够为高度动态连接的卫星网络提供无缝移动性支持。
  在此基础上,本文提出了一种卫星内容分发网络(Satellite Content Delivery Network, SCDN),提升SGIN内容分发的服务质量。本文的主要研究内容及贡献如下:
  1、面向SGIN内容分发场景,本文提出了一种SCDN。SCDN将位于太空中的卫星网络,以及位于地面的用户接入节点组成二级CDN服务器,从而为地面用户提供高质量的内容分发服务。
  2、面向SCDN中在卫星处的第一级CDN缓存,针对TCP/IP网络协议对卫星的移动性支持较差,本文研究了基于NDN预缓存的卫星网络内容注入,提出了一种地面网络内容预先放置策略,实现不同轨道上的任意一颗卫星,均能在经过一个星下点轨迹周期后,从地面网络获得所有需要被分发的全局内容。
  3、面向SCDN中在基站处的第二级CDN缓存,针对各基站覆盖范围下内容的局部请求分布不尽相同,本文研究了基于公平的卫星网络内容分发,提出了一种卫星网络内容分发策略,实现任意一颗卫星在一次内容分发的过程中,最大化内容满意度,并保障各基站覆盖范围内用户的服务率。
  仿真实验结果表明,在卫星网络内容注入方面,最优内容放置策略是有效的。另外,在卫星网络内容分发方面,本文分析了基站服务率和内容满意度之间的关系。本文的工作覆盖了卫星网络内容注入和卫星网络内容分发两大部分,为SGIN内容分发提供了一个完整的解决方案。
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