이름 기반 네트워크에서 효율적 콘텐츠 탐색을 위한 캐싱, 포워딩 기법
Caching and Forwarding Strategies in a Named Data Network for Efficient Content Retrieval
- 주제(키워드) Named Data Networking , NDN , Caching , Forwarding , Heavy Traffic
- 발행기관 아주대학교
- 지도교수 고영배
- 발행년도 2017
- 학위수여년월 2017. 2
- 학위명 박사
- 학과 및 전공 일반대학원 컴퓨터공학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/ajou/000000024682
- 본문언어 영어
- 저작권 아주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
초록/요약
최근 인터넷 트래픽 및 모바일 트래픽이 급증하면서 트래픽 폭증으로 인한 네트워크 부하가 심각한 문제로 대두되고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 기존의 호스트 중심의 종단간 통신 구조를 탈피한 새로운 통신 기술인 Named Data Networking (NDN)에 대한 연구가 진행되고 있다. NDN은 콘텐츠 중심의 미래 인터넷 통신 기술로서 기존 IP 기반의 종단간 통신 구조를 대체해, 망에 유통되는 대규모 트래픽을 효율적으로 처리하고 네트워크 부하를 감소시킴으로써 사용자에게 보다 향상된 서비스 품질을 제공하고자 한다. 지금까지의 NDN 연구는 주로 차세대 네트워크 서비스 환경에서의 효율적인 데이터 탐색을 지원하기 위한 캐싱 및 라우팅 프로토콜 개발을 중심으로 진행되었다. 그러나 극심한 트래픽 폭증 상황을 고려한 면밀한 연구는 아직 미비한 실정이다. 또한 다양한 서비스 및 애플리케이션의 개발 추이와 현재의 연구동향을 고려했을 때, 기존에 유선 환경에서 중요시 되었던 네트워크 자원 요소와 무선에서 우선시 고려되어야 할 자원 요소가 다르기 때문에 유무선 NDN의 특성에 초점을 맞춘 차별성 있는 기술 연구가 필요하다. 본 논문은 차세대 유무선 통신환경에서의 트래픽 폭증 및 혼잡 환경에서의 효율적인 콘텐츠 탐색을 위한 캐싱 및 포워딩 기법에 대해 연구한다. 유선 통신 환경에서의 전송 효율을 향상시키기 위한 연구로서, 다양한 트래픽 패턴 모델링을 기반으로 기존 NDN 캐싱 알고리즘의 성능을 분석하고, 극심한 트래픽 폭증 상황에서 발생할 수 있는 문제점을 분석한다. 이를 해결하기 위해 트래픽 폭증 상황 감지를 통한 적응적 캐싱 기술 및 탐색 기법을 제시하고, 성능 분석을 통해 해당 기술이 미래의 대규모 데이터 통신 환경에서 서비스 효율을 높일 수 있다는 것을 증명한다. 또한 무선 환경에서 콘텐츠 탐색 오류로 인한 메시지 폭증으로 인한 비효율적인 콘텐트 탐색 상황이 발생하는 문제를 해결하기 위한 메시지 포워딩 기법을 제안한다. 제안 기법은 무선 통신 환경에서의 메시지 스토밍 문제를 완화하고 데이터 전송의 신뢰성을 향상시킴으로써 효율적인 콘텐츠 탐색을 지원할 수 있다. 본 논문의 제안 기법은 향후 IoT 통신, 스마트 디바이스 통신과 같은 5G 네트워크에서의 신뢰성 있는 데이터 전송을 보장함으로써, 네트워크의 다양한 요구 사항에 맞춰 서비스 품질을 향상시킬 수 있을 것으로 기대한다.
more초록/요약
This dissertation focuses on caching and forwarding strategies in a Named Data Networking (NDN) for efficient content retrieval. In recent year, a huge amount of Internet and mobile traffic induce severe data explosion problem in a traditional host-to-host architecture. To improve the network performance, NDN is emerged as a candidate technology for the next-generation technology. The most active research issues in this area have been related to enhancing caching performance for the core Internet backbone. By considering various service types and new networking issues, research on future wired and wireless networks is indispensable. Furthermore, it is necessary to focus on differentiated characteristics of NDN because the factors that are considered important are different compare to the traditional networking issues. This dissertation analyzes the problem of previous caching and forwarding strategies under heavy traffic environments such as a flash crowd and message storming phenomenon. Based on this, new solutions for efficient content retrieval are provided. The proposed methods are analyzed via simulation and implementation to show that the contributions in this dissertation can greatly improve the NDN performance. In particular, this dissertation shows three contributions; 1) Conducting a comprehensive analysis of caching performance under various traffic patterns, 2) Providing efficient caching strategy for a flash crowd, 3) Supporting reliable packet forwarding under message storming in wireless networks. Through the proposed schemes, efficient content retrieval strategies are expected to support the reliability of next generation networking.
more목차
CHAPTER 1 INTRODUCTION １
1.1 Motivation １
1.2 Contributions of this Dissertation ３
1.3 Overview of the Dissertation ４
CHAPTER 2 BACKGROUND AND RELATED WORK ５
2.1 Named Data Networking Architecture ６
2.1.1 Data structure ７
2.1.2 Forwarding process ８
2.1.3 Features and benefits for the future network １０
2.2 Taxonomy of the NDN Technologies １２
2.3 Related Work １５
2.3.1 NDN simulator and traffic modeling １５
2.3.2 Caching strategies for NDN １６
2.3.3 Forwarding strategies for wireless NDN １８
CHAPTER 3 COMPARISON OF CACHING PERFORMANCE ２１
3.1 Introduction ２２
3.2 NDN System Model ２４
3.2.1 Network topology ２４
3.2.2 Caching strategies ２５
3.2.3 Probabilistic traffic patterns ２７
3.2.4 Routing ２８
3.3 Performance Evaluation ２９
3.3.1 Results for Zipf/MZipf distributions ３０
3.3.2 Results for the flash crowd ３５
3.4 Chapter Summary ４０
CHAPTER 4 CACHE-CAPACITY AWARE CACHING UNDER FLASH CROWDS ４１
4.1 Introduction ４２
4.2 Proposed Scheme ４３
4.2.1 Flash crowd detection algorithm ４３
4.2.2 Enhancing selective caching for flash crowd situation ４６
4.3 Performance Evaluation ５１
4.3.1 Simulation environment ５１
4.3.2 Results for flash crowd situation ５２
4.4 Chapter Summary ５９
CHAPTER 5 RELIABLE CONTENT RETRIEVAL UNDER MESSAGE STORMING ６０
5.1 Introduction ６１
5.2 Problem Statement ６１
5.2.1 Error-prone wireless medium ６１
5.2.2 Message storming ６２
5.3 Proposed Scheme ６２
5.3.1 Periodic forwarder information updating ６４
5.3.2 Eligible forwarder selection ６６
5.3.3 Examples ７０
5.4 Performance Evaluation ７８
5.4.1 Experimental environment ７８
5.4.2 Results ７９
5.5 Chapter Summary ８４
CHAPTER 6 CONCLUSION ８５
