命名数据网的移动性支持方案

社交网络、移动应用程序和媒体流发展导致了互联网运行方式的转变。随着互联网使用的扩大,全球的网络流量和互联网用户的数量呈指数增长,造成互联网所使用的IP地址很快会被耗尽。因此,如何应对这种困境受到人们的广泛关注。在相关的解决方案中,命名数据网络(NamedDataNetwork)以其只关心内容而不关心位置的特性脱颖而出,旨在实现高效的内容分发。其中,移动性支持是重要的研究内容之一。为解决NDN的移动性支持问题,近几年提出了许多消费者和生产者的移动支持方案,笔者首先分析了NDN中移动生产者和消费者提出的问题,进而根据其特点对现有方案进行分类和说明,最后讨论了这些方案的优缺点。     

基于网络终端支持的NDN移动性管理机制

命名数据网（named data networking,NDN）作为一种新型的互联网架构,旨在应对日益增长的数据流量。基于其消费者驱动的内容检索模型,NDN自然地支持消费者移动性。然而生产者移动性仍然是一个具有挑战性的问题,需要额外的机制来提高生产者移动期间的数据可用性。针对该问题,提出一种可扩展的移动管理机制来支持生产者移动性。该机制利用网络终端在基于名称的NDN转发平面上建立了临时转发路径,并设计了缓存与重传机制支持时延容忍和时延敏感的应用数据流。最后在ndnSIM中建立了一个全面的仿真环境,对所提方案与现有解决方案进行了评估和比较。仿真结果表明,该机制能够充分支持生产者移动性。当速度为30 m/s时,丢包率仅为3.0%,平均传输延时为352.1 ms。此外,支持生产者移动性所需的额外消耗于对于方案相比降低了49.18%。     

IMS 重叠网络多路径传输内容分发机制

基于IMS的流媒体业务通常以集中方式为终端客户提供直播、点播等内容服务.然而集中式的服务模式并不能充分利用资源,还会因为流量过于集中而拒绝为更多终端提供服务,甚至会因为媒体服务器的失效而影响业务.提出了一种基于IMS重叠网络支持多路径传输的内容分发机制,在传统IMS网络中通过引入重叠网络实现资源的共享与分发,提高了网络资源利用率、降低了中心媒体服务器负载.实验表明与传统媒体服务器为中心的内容分发机制相比基于IMS重叠网络的内容分发机制具有显著优势.     

NDNlive:命名数据网络下的视频直播系统

命名数据网络(named data networking,NDN)通过将IP网络中以地理位置驱动的信息交互方式转变成为以数据为中心的信息交互模式,为内容分发应用例如视频播放提供了更好的支持。通过利用NDN的命名机制与数据获取模式,设计并实现了基于NDN的视频直播系统(NDNlive),将实时捕捉的视频传输给多用户。与传统的定长切片技术不同,NDNlive将视频流按照应用数据单元(帧)进行切分与获取。同时对于音频、视频和元数据信息,依照其数据属性和生成模式采用不同的数据获取方法。由于帧获取流水线策略提供的灵活性,NDNlive可以容忍小的网络问题。NDNlive被部署在NDN全球测试平台中,实验结果表明,NDNlive可以在全球跨11个时区提供流畅和同步的视频直播流。     

多媒体网络:从内容分发网络到未来互联网

近年来,随着网络技术的飞速发展,互联网流量视频化的趋势日益明显,视频应用使互联网的可扩展性、可演进性、服务质量和网络安全面临诸多挑战.内容分发网络通过在应用与网络间构建覆盖网,为解决网络视频应用面临的分发难题提供了有力的支持,也成为当前网络视频产业中的关键技术.但是随着视频应用在移动性、交互性、异构性以及可扩展性方面需求的不断增长,现有内容分发网络技术面临重大挑战,学术界与工业界都试图从互联网体系架构入手解决网络视频应用中的问题.文中系统总结了内容分发技术面临的挑战以及现有互联网体系结构研究的思路与核心技术,提出了面向未来网络的多媒体网络设计思路.     

面向5G的命名数据网络物联网研究综述

在5G时代,大规模物联网应用对网络架构提出了异构性、可扩展性、移动性和安全性四大挑战。基于TCP/IP的网络架构存在IP标识与位置绑定的二义重载问题,难以应对这四大挑战。命名数据网络(Named Data Networking,NDN)将内容作为第一语义,具有网络层和应用层逻辑拓扑一致性。NDN对这四大挑战的支持分别体现在:网络层命名屏蔽了底层异构细节,端到端解耦及网络层缓存使得NDN天然支持多对多通信和广播,消费者驱动的通信模式为消费者移动性提供原生支持,面向内容的内生安全更轻量可信。文中总结了基于NDN构建物联网亟待解决的问题,并对NDN与边缘计算、软件定义网络和区块链结合来构建边缘存储和计算模型、集中式与分布式结合的控制模型、分布式安全模型提出了展望。     

命名数据网络中的移动管理技术综述

介绍了命名数据网络（NDN）移动性管理技术。在NDN网络中,移动管理分为生产者移动管理和消费者移动管理。NDN网络体系结构中有状态的转发机制原生地支持消费者移动,但是,生产者移动并未完全解决。近几年,为解决NDN网络体系结构中的移动性问题,提出了很多生产者和消费者移动管理方案。对解决方案进行了分类,分析了各方案主要的技术特性,比较了它们的优劣,提出了存在的挑战及未来研究方向。     

马尔科夫决策过程在多路径冗余传输调度算法中的应用

传统网络终端设备通常以单路径连接网络,因此在路径发生异常时通常严重影响数据传输质量.随着重叠网络和异构多接入网络的发展,多路径传输逐渐成为可能.多路径传输中数据发送端的多路径调度算法是研究多路径传输的核心问题.本文提出了一种基于马尔科夫决策过程的多路径冗余传输调度算法,通过分阶段采用稳态马尔科夫策略并对关键数据进行冗余传输,实现了实时性要求较高的数据传输,提高了数据传输可靠性.仿真实验表明当路径传输质量发生改变时,该调度算法能够正确感知并将数据更多的调度到传输质量较好的路径上,有效降低路径质量变差时对传输的影响.该算法可应用于音、视频等实时业务中,能够有效提高用户使用体验.     

DCS:一种实现NDN内容缓存的新方法

随着互联网内容分发效能要求的不断提高,内容中心网络研究已成为近年互联网体系结构研究的热点.针对现有路由器扩展支持内容中心网络路由引擎时缓存资源有限以及缓存管理操作困难等问题,提出一种新的内容缓存扩展方案DCS.该方案旨在不改变现有路由器硬件的前提下,利用用户终端空闲内存空间,通过软件升级的方式来支持NDN路由器的缓存功能.详细描述了DCS数据存取的算法流程,还对用户可提供出来作为网络缓存资源的空闲内存空间进行了统计和分析.     

率失真优化的无线多跳网络多路径选择算法

随着无线网络技术的发展,基于无线多跳网的视频通信在智能交通、灾难应急和军事指挥等多个领域得到越来越广泛的应用.但是,如何保证无线视频的传输质量,是亟待解决的一个关键问题.已有多路径视频传输研究忽略了信道变化和路径间干扰.针对该问题,提出一种基于率失真预测的多路径选择优化算法.该算法不仅分析了网络拥塞对传输质量的影响,而...     

命名数据网络研究综述

命名数据网络（NDN）的独特优势使其被认为是下一代新型互联网体系架构的候选者。通过对NDN通信原理的分析以及与传统传输控制协议/网际协议（TCP/IP）体系架构的对比，阐述了该新型体系架构所具有的优势，并在此基础上总结分析了该网络体系架构设计的关键要素。此外，为更好地帮助研究人员了解这一新型网络架构，总结了NDN经过多年发展已取得的成功应用，并紧随主流技术，重点介绍NDN对前沿区块链技术的支持，且依托该支持对基于NDN和区块链技术应用的研究和发展进行了讨论和展望。     

针对层次化名字路由的聚合机制

为了从根本上解决现有互联网存在的可扩展性、移动性和安全性等方面的问题,全新的未来互联网体系结构得到了广泛研究.其中,命名数据网络（named data networking,简称NDN）利用网内缓存和多路转发实现了基于层次化名字的高效数据传输,从根本上解决了现有互联网所面临的问题.内容的层次化名字具有数量庞大、结构复杂等特点,现有的基于IP的路由转发机制无法直接应用于NDN网络,需要有针对性地研究高效的层次化名字路由机制,保证海量网络内容的正常路由转发.路由聚合是缩减网络路由规模的主要措施.不同于现有的面向本地NDN路由表查表过程的优化,路由聚合需要全网协同处理,在不同网络节点上不断对聚合路由进行聚合.这对聚合路由标识和聚合路由可用性评估提出了诸多要求.为此,研究并提出了针对层次化名字路由的聚合机制,包括两个方面的工作：（1）构建了一种全新的计数布隆过滤器——堆叠布隆过滤器,该过滤器支持多过滤器合并,用于压缩表示被聚合路由名字;（2）给出了一种动态路由聚合机制,在保证NDN网络路由转发准确性的同时,缩小全网路由规模,最大程度地优化了路由转发效率.在真实网络拓扑上构建了仿真平台,经过实验验证,该路由聚合机制以可控的少量冗余转发为代价,有效地压缩了全网路由规模,提升了全网路由转发效率,保证了海量在线内容的高效路由转发,为NDN网络投入实际部署提供了前提.     

Constructing disjoint paths for failure recovery and multipath routing

Applications such as Voice over IP and video streaming require continuous network service, requiring fast failure recovery mechanisms. Proactive failure recovery schemes have been recently proposed to improve network performance during the failure transients. These proactive failure recovery schemes need extra infrastructural support in the form of routing table entries, extra addresses etc. In this paper, we study if the extra infrastructure support can be exploited to build disjoint paths in those frameworks, while keeping the lengths of the recovery paths close to those of the primary paths. Our evaluations show that it is possible to extend the proactive failure recovery schemes to provide support for nearly-disjoint paths which can be employed in multipath routing for load balancing and QoS.     

Parallel video streaming optimizing network throughput

In the Internet, video streaming services, in which users can enjoy videos at home, are becoming popular. Video streaming with high definition TV (HDTV) or ultra high definition video (UHDV) quality will be also provided and widely demanded in the future. However, the transmission bit-rate of high-quality video streaming is quite large, so generated traffic flows will cause link congestion. In the Internet, routes that packets take are determined using static link weights, so the network productivity, i.e., the maximum achievable throughout by the network, is determined by the capacity of a bottleneck link with the maximum utilization, although utilizations of many links remain low level. Therefore, when providing streaming services of rich content, i.e., videos with HDTV or UHDV quality, it is important to flatten the link utilization, i.e., reduce the maximum link utilization. We propose that ISPs use multiple servers to deliver rich content to balance the link utilization and propose server allocation and server selection methods for parallel delivery. We evaluate the effect of parallel delivery using 23 actual commercial ISP networks.     

实现基于RTCP协议的参考图象法的探讨

目前视频图象在 IP分组网中的传输正被日益广泛地应用 (如 :视频电话、视频会议 ) .但是 ,由于 IP分组网固有的特点 ,致使 IP分组包丢失的现象不可避免 ,并极大地影响了视频传输的服务质量 .由于参考图象选择法RPS(Reference Picture Selection)是一种较好的视频图象差错复原的方法 ,因此 ,为了改善因分组包丢失而对视频传输带来的质量下降问题 ,利用 RTCP协议提供反馈信息和利用参考图象选择法进行视频图象复原 ,实现了一种在 IP分组网中进行视频传输的差错控制机制 .实践证明 ,通过这种方法不仅可减小因分组包丢失而对视频图象信息带来的损害 ,而且可提高视频图象的传输质量 ,此方法适用于基于分组网的视频传输系统 .     

Interest-suppression-based NDN live video broadcasting over wireless LAN

Named data networking (NDN) is a new Internet architecture that replaces today’s focus on where – addresses and hosts with what – the content that users and applications care about. One of NDN’s prominent advantages is scalable and efficient content distribution due to its native support of caching and multicast in the network. However, at the last hop to wireless users, often the WiFi link, current NDN implementation still treats the communication as multiple unicast sessions, which will cause duplicate packets and waste of bandwidth when multiple users request for the same popular content. WiFi’s built-in broadcast mechanism can alleviate this problem, but it suffers from packet loss since there is no MAC-layer acknowledgement as in unicast. In this paper, we develop a new NDN-based cross-layer approach called NLB for efficient and scalable live video streaming over wireless LAN. The core ideas are: using WiFi’s broadcast channel to deliver content from the access point to the users, a leader-based mechanism to suppress duplicate requests from users, and receiver-driven rate control and loss recovery. The design is implemented and evaluated in a physical testbed comprised of one software AP and 20 Raspberry Pi-based WiFi clients. While NDN with multiple unicast sessions or plain broadcast can support no more than ten concurrent viewers of a 1Mbps streaming video, NDN plus NLB supports all 20 viewers, and Received December 29, 2015; accepted April 28, 2016 E-mail: zhxp@tsinghua.edu.cn can likely support much more when present.     

网络层移动性管理协议浅析

随着 IPv6 全面部署的推进以及互联网和电信网的深度融合,基于全 IP 架构的移动互联网正成为下一代互联网最基本的特征之一,而全IP移动互联网的实现必须有高效的 IP 层移动性管理协议支撑。本文回顾了基于 IP 的移动性管理协议在最近 20 年的发展历程及其应用现状,比较了基于主机和基于网络的两种移动性管理协议的特征,并通过分析阐述了下一代移动互联网中移动性管理协议的重要发展方向。     

基于标志的名字空间及其移动性管理研究*

随着Internet的迅速发展,网络名字空间结构及对移动性、安全性的支持面临着新的挑战,IP地址同时用做用户的身份标志和位置标志,语义过载,不能很好地解决主机的移动、多宿主、动态IP地址变化、网络安全。针对此问题,研究者提出了许多方案来改进Internet的名字空间和对移动性、安全性的支持。分析了当前Internet名字空间及其对移动性支持存在的问题,并对目前几种基于身份标志和位置标志相分离的名字空间改进方案对移动性、安全性支持进行了对比研究。