Phối hợp Content Store giữa các node CCNPhối hợp Content Store giữa các node CCNPhối hợp Content Store giữa các node CCNPhối hợp Content Store giữa các node CCNPhối hợp Content Store giữa các node CCNPhối hợp Content Store giữa các node CCNPhối hợp Content Store giữa các node CCNPhối hợp Content Store giữa các node CCNPhối hợp Content Store giữa các node CCNPhối hợp Content Store giữa các node CCNPhối hợp Content Store giữa các node CCNPhối hợp Content Store giữa các node CCNPhối hợp Content Store giữa các node CCNPhối hợp Content Store giữa các node CCNPhối hợp Content Store giữa các node CCNPhối hợp Content Store giữa các node CCN
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƢU CHÍNH VIỄN THÔNG - ĐẶNG TRẦN PHƢƠNG PHỐI HỢP CONTENT STORE GIỮA CÁC NODE CCN CHUYÊN NGHÀNH: MÃ SỐ: HỆ THỐNG THÔNG TIN 60.48.01.04 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH – 2016 Luận Luận văn hoàn thành tại: tại: văn hoàn thành HỌCHỌC VIỆNVIỆN CÔNG NGHỆ BƢU BƢU CHÍNH VIỄNVIỄN THÔNG CÔNG NGHỆ CHÍNH THÔNG Người hướng dẫn khoa học: Ts Lê Tuấn Anh Người hướng dẫn khoa học: Ts Lê Tuấn Anh Phản biện 1: …………………………………………………………………………… Phản biện 2: ………………………………………………………………………… Phản biện 1: …………………………………………………………………………… Luận bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ Học viện Bưu Phản biệnvăn 2: ………………………………………………………………………… Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ Học viện Công nghệ Bưu Viễn thông Vào lúc: ngày tháng năm Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Thư viện Học viện Công nghệ Bưu Viễn thông MỞ ĐẦU Ngày mạng máy tính ngày phát triển nhanh chóng mạnh mẽ, ngày có nhiều người sử dụng Internet để truy cập tài nguyên mạng trang web, dịch vụ âm thanh, hình ảnh, video… Có nhiều thách thức đặt nhu cầu truyền liệu mạng như: băng thông yêu cầu ngày cao, thời gian truyền liệu có độ trễ lớn chiếm dụng đường truyền lâu người dùng truy cập đến máy chủ cách xa vị trí người dùng, độ tin cậy, khả mở rộng tính bảo mật liệu, Hiện giao thức truyền tải chủ yếu dựa kiến trúc TCP/IP, giao thức đời từ năm 70 kỷ trước trở thành tảng cho mạng máy tính ngày Đây kiến trúc mạng mà đầu cuối kết nối với theo mô hình “Host-to-Host”, kết nối theo giao thức TCP/IP điển hình máy client máy server đòi hỏi báo hiệu trì kết nối liên tục Các gói tin liệu chuyển từ đầu cuối đến đầu cuối khác mạng, gói tin có giá trị cho kết nối hai đầu cuối định giá trị sử dụng lại, gói liệu bị hủy bỏ khỏi nhớ cache router mạng sau chuyển thành công Nếu có người dùng đầu cuối có yêu cầu gói liệu tương tự thiết bị đầu cuối phải thực thiết lập kết nối TCP/IP độc lập với server yêu cầu cung cấp gói liệu Để phù hợp với xu ngày thay kiến trúc mạng TCP/IP ông Van JacobSon [8] giới thiệu kiến trúc mạng Content Centric Networking (CCN) CCN kiến trúc mạng mẻ đánh giá kiến trúc mạng tương lai, thích hợp cho dịch vụ cung cấp nội dung mà điển hình đáng kể đến video, nhiên mạng nên cần phải nghiên cứu cải thiện đánh giá cách cụ thể Chính chọn đề tài “Phối hợp content store node CCN” làm luận văn tốt nghiệp 2 Chƣơng – TỔNG QUAN Nôi dung chương nêu lên vấn đề mạng Internet ngày đối mặt, từ người ta nghiên cứu xậy dựng mạng CCN để thay khắc phục vấn đề mạng Internet Tiếp theo nói mục tiêu đề tài nhằm nghiên cứu cần đạt điều gì, cuối nói phương pháp mà sử dụng để nghiên cứu 1.1 Vấn đề mạng Internet ngày - Bị “nghẽn cổ chai” số kết nối tập trung dịch vụ, mô hình kết nối TCP/IP nên bị nghẽn đoạn kết nối làm trễ toàn tuyến Hình 1.1: Mô hình kết nối internet - Các kết nối người dùng khác độc lập với truy xuất nội dung, gây lãng phí tài nguyên mạng - Dữ liệu mạng ngày đa dạng nội dung, tăng trưởng kích thước, liệu video làm vấn đề mạng Internet ngày (như nêu trên) ngày nghiêm trọng - Công nghệ đám mây với xu hướng tập trung tài nguyên xử lý đám mây nên đòi hỏi khắc khe băng thông độ trễ, thách thức lớn cho mạng Internet 3 - Mạng Internet ngày tạo nhằm (và thích hợp) cho việc chia tài nguyên (khi tài nguyên mạng thiết bị tin học đắt đỏ) Ngày thiết bị tin học (và tài nguyên khác) có giá rẻ nhu cầu chia nội dung chủ yếu 1.2 Mục tiêu luận văn Đứng trước vấn đề mà mạng Internet ngày đối mặt, năm 2009 ông Van Jacobson đưa kiến trúc mạng Content Centric Networking (CCN) công trình nghiên cứu Mỗi node mạng CCN có nhớ (Content Store) dùng để cache lại gói tin cần thiết, gói tin cache định sách định (Decision policy) Bởi dung lượng nhớ cache node CCN giới hạn, chiến lược caching như: sách định (Decision policy) sách thay (Replacement policy) đối gói tin liệu node CCN cần có nghiên cứu cải tiến chế hoạt động hiệu Caching thành phần quan trọng hàng đầu kiến trúc mạng CCN nhiều quan tâm nghiên cứu cộng đồng khoa học lĩnh vực mạng giới Nghiên cứu, cải tiến tìm chế caching hiệu mà áp dụng cho mạng CCN nhằm góp phần thúc đẩy hoàn thiện mạng CCN đưa vào thực tiễn ứng dụng để thay cho mạng Internet ngày mục tiêu chung nhiều nhà nghiên cứu cộng đồng khoa học lĩnh vực mạng giới Cũng mục tiêu đó, đề tài này, lựa chọn sách định (Decision policy) làm mục tiêu nghiên cứu nhằm tìm chế hoạt động hiệu LCE, đơn giản mức áp dụng thực tế cho mạng CCN 1.3 Phƣơng pháp nghiên cứu Trong đề tài này, sử dụng phương pháp nghiên cứu Phƣơng pháp thực nghiệm khoa học cách mô thực nghiệm số topoloty mạng CCN áp dụng chế caching khác (LCD, LCD, chế đề xuất), xem xét kết đánh giá hiệu chế qua tiêu đánh giá (như nói đề cập cụ thể chương 4) Phân tích kết đạt tiến hành điều chỉnh chế tiếp tục thực nghiệm mô để kiểm chứng đề xuất 4 Chƣơng – CÁC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN Nội dung chương trình bày cấu trúc gói tin, cấu trúc liệu chế hoạt động mạng CCN, sách caching liên quan CCN, đặc biệt đề cập đến sách định (Decision policy) mà liên quan đến đề tài Cuối nói công trình nghiên cứu liên quan đến lĩnh vực đề tài chọn 2.1 Hoạt động mạng CCN 2.1.1 Giới thiệu Hình 2.1: Mô tả chunk đƣớc sử dụng lại mạng CCN Các gói tin sau qua node mạng cache lại node nhằm tái sử dụng lại gói tin để đáp ứng cho người dùng khác có nhu cầu tương tự Truyền thông mạng CCN điều khiển đầu nhận, gọi người dùng (Receiver) thành phần cần truy cập liệu từ mạng CCN Để nhận liệu cần thiết, Receiver gửi gói tin Interest mạng, gói tin mang định danh liệu cần nhận 5 Khi node mạng CCN nhận yêu cầu từ người sử dụng, gởi gói tin nhớ cache để đáp ứng cho người yêu cầu chuyển tiếp yêu cầu đến node mạng khác gói tin cần tìm nhớ cache 2.1.2 Cấu trúc gói tin CCN a Gói tin Interest: b Gói tin Data: 2.1.3 Cấu trúc liệu hoạt động node CCN 2.2 Chính sách caching CCN Caching CCN ông Van Jacobson [8] sử dụng sách thay nhớ cache LRU/LFU (Least Recent Used/Least Frequency Used) sách định LCE (Leave Copy Everywhere) vốn sử dụng phổ biến caching WWW Hình mô tả hoạt động LCE: Hình 2.11: Mô tả hoạt động LCE [10] Thực tế, với khối liệu mạng có độ phổ biến định (theo thời gian), theo [10] khối liệu sử dụng lần (trong khoản thời gian đủ dài định) thường chiếm đến 45% yêu cầu chiếm đến 75% tổng số khối liệu mạng, khối liệu có độ phổ biến thấp Phần 25% lại khối liệu yêu cầu để sử dụng nhiều lần, tức có độ phổ biến cao LCE mang lại hiệu thất vọng liệu mạng có độ phổ biến cao này, việc cache lại tất node kèm với khối liệu khác nhớ cache bị loại bỏ để dành tài nguyên cho khối liệu Việc mà khối liệu có độ phổ biến cao bị loại bỏ để dành không gian nhớ để cache lại khối liệu có độ phổ biến thấp [10] gọi replacement error Vấn đề LCE thường xuyên vướng phải lỗi replacement error việc không xét đến độ phổ biến liệu cache Một hạn chế khác LCE khối liệu cache mạng trùng lặp nhiều node mạng lân cận Chính mà ông Nikolaos Laoutaris đưa sách caching cho WWW gọi LCD (Leave Copy Down) [10] mà mô tả hình bên dưới: Hình 2.12: Mô tả hoạt động LCD [10] Với yêu cầu cho khối liệu mới, yêu cầu chuyển tiếp tìm thấy khối liệu node mạng (sự kiện cache-hit xảy ra), đường ngược lại để trở lại với người sử dụng, khối liệu cache lại node gần với node mà khối liệu tìm thấy (hình 2.1.2) 7 Đối với khối liệu có độ phổ biến thấp sử dụng lần (trong khoản thời gian đủ dài định) lỗi replacement error xảy tối đa lần cho yêu cầu Đối với khối liệu có độ phổ biến cao có nhiều yêu cầu cho trong khoản thời gian ngắn định, sau yêu cầu khối liệu cache lại gần với người sử dụng Kết khối liệu phổ biến cache lại gần người sử dụng Độ phổ biến liệu thay đổi theo thời gian xem nhớ cache node mạng luôn đầy, xét thời gian liên tục LCD cần kết hợp với sách thay (relacement policy) phù hợp LRU Như LCD giải tốt vấn đề LCE theo mục tiêu caching liệu có tính phổ biến: - Hạn chế cache khối liệu có độ phổ biến thấp - Chuyển khối liệu phổ biến biên mạng Thực vậy, với khối liệu phổ biến chưa cache lại yêu cầu cho xuất nhiều lần khoảng thời gian định Như khối liệu chuyển dần biên mạng đến ngày gần với người sử dụng, khác khối liệu không phổ biến có hội Các công trình nghiên cứu liên quan Chúng thực mô chế LCE LCD topology mạng CCN, yêu cầu liệu người dùng theo mô hình phân phối Zipf với tham số Kết cho thấy LCD có tỉ lệ cache-hit trung bình cao có số hop-count trung bình nhỏ LCE, không riêng môi trường World Wide Web mà CCN LCD tốt nhiều so với LCE 8 Hình 2.13: Kết mô với tỉ số cache-hit trung bình Hình 2.14: Kết mô với số Số hop count trung bình Chƣơng - PHỐI HỢP CÁC NODE CCN TRONG CHIẾN THUẬT CACHING Trong chương trình bày đề xuất chế cho sách Decision policy cải tiến dựa chế LCD kết hợp với xác suất cache động Xác suất cache động tính toán node CCN thỏa điều kiện cache theo chế LCD, node CCN biên mạng gởi thông tin cần thiết gói tin Interest để giúp cho node bên mạng tính toán xác suất cache động 3.1 Chia sẻ thông tin node CCN Trong trình mô đánh giá chế LCD mạng CCN có kích thước nhớ cache, phát LCD mang lại hiệu caching tốt node CCN biên mạng, node bên mạng có cải thiện đáng kể, chí có số node mà LCD cho hiệu caching cải thiện không đáng kể so với LCE Để cải tiến tỉ lệ cache-hit node core nhằm cải thiện tỉ lệ cache chung mạng CCN, đề xuất cách thức trao đổi thông tin tỉ lệ cache-hit node CCN nhằm mục tiêu để node CCN có tỉ lệ cache-hit thấp sử dụng thông tin định caching nhằm hạn chế lỗi replacement error xảy sau: - Khi node CCN nhận gói tin Interest yêu cầu cho content mà không có, gới tin Interest chuyển tiếp đến cho node CCN hướng nguồn cố định content Thông tin tỉ lệ cache-hit gởi kèm gói tin Interest - Các node CCN chuyển tiếp gói tin Interest không thay đổi nội dung đính kèm chứa thông tin “cache-hit” thêm vào trước - Khi node CCN nhận gới tin Interest yêu cầu content cache content trả gói tin Data tương ứng Thông tin chứa “cache-hit” “copy” từ gói tin Interest trả gói tin Data - Khi node CCN nhận gói tin Data định cache khối liệu gói Data vào nhớ Content Store theo sách LCD sử dụng thông tin “cache-hit” đính kèm gói tin Data yếu tố định caching liệu gói Data Như nói, với chế LCD với yêu cầu cho khối liệu có node lựa chọn để cache khối liệu vào nhớ với xấc suất Với đề xuất xác suất cache khối liệu node lựa chọn với 3.2 Tính xác suất caching Chính sách LCD định node CCN chọn để cache liệu gói tin Data trả về, node đó, thông tin “cache-hit” sử dụng để tính toán xác suất để cache liệu Ta gọi: tỉ lệ cache-hit lấy gói tin Data tỉ lệ cache-hit node biên mạng nơi node CCN nhận gói tin Interest từ người dùng tỉ lệ cache-hit node CCN xem xét để cache liệu theo chế LCD xác suất để cache content lại node CCN xét tính theo công thức: 10 Trong số với Biểu diễn phương thức lưu đồ thuật toán: Hình 3.3: Lƣu đồ thuật toán caching cải tiến Chính sách caching LCD nguyên lựa chọn node CCN để cache lại content với xác suất P = 1, nhiên, đề xuất chúng tôi, xác suất tính toán nhỏ (P [...]... này được sử dụng rộng rãi và phổ biến trong các công trình nghiên cứu về caching, nhất là caching trong mạng CCN Cache-hit được tính theo công thức: Cache-hit = Trong đó: là tổng số request đến một node CCN mà tìm thấy chunk được cache trong node CCN đó là tổng số các request đến một node CCN mà không tìm thấy chunk được cache trong Content Store của node CCN đó Tỉ lệ cache-hit cang cao thì hoạt động... hạn chế sự mất ổn định của các tập dữ liệu người dùng trong các node có tỉ lệ cache-hit thấp nhất bằng cách hạn chế sự thêm mới dữ liệu cache vào bộ nhớ Hạn chế việc caching xãy ra quá thường xuyên ở các node trung tâm bằng cách là caching thực hiện theo một xác suất động, hay nói một cách khác, chúng tôi nâng cao tỉ lệ cache-hit ở các node trung tâm mạng bằng quy tắc: node nào đang có tỉ lệ cache-hit... trú của các khối dữ liệu có tính phổ biến cao trong bộ nhớ cache của các node này sẽ ngắn hơn nhiều và tính ổn định các tập hợp dữ liệu trong bộ nhớ cache sẽ giảm nhanh, điều này cũng dẫn đến các lỗi replacement error sẽ tăng vọt Đó là một nguyên nhân vì sao tại một số node trung tâm mạng thì có tỉ lệ cache-hit thấp hơn nhiều so với các node ở biên Chúng tôi đã giải quyết vấn đề trên bằng cách hạn... động caching tại các node trung tâm, tại các node này tập trung lưu lượng cao nhất nhưng dung lượng bộ nhớ cache giới hạn (tất cả các node CCN có cùng kích thước bộ nhớ cache theo mô hình chúng tôi đã đưa ra) Xét về mặt tổng thể, sự tập trung một số lượng lớn dữ liệu và sự đa dạng dữ liệu người dùng đi ngang qua một số node trung tâm làm cho dung lượng cố định bộ nhớ cache của các node trung tâm trở... cần phải được cache lại theo cơ chế LCD Mặt khác, do tính chất của LCD mà các dữ liệu phổ biến nhất bị đẩy ra ngoài biên mạng trong khi ở các node trung tâm, nhất là các node gần với các server 15 dữ liệu thì cơ chế LCD hoạt động kém hiệu quả hơn nhiều Kết quả là có sự chênh lệch về lớn về tỉ lệ cache-hit của các node trong mạng CCN (như chúng tôi đã cho thấy ở hình 3.3) Khi mà dung lượng bộ nhớ cache...9 - Khi node CCN nhận được gói tin Interest yêu cầu cho một content mà nó không có, gới tin Interest này sẽ được chuyển tiếp đến cho node CCN kế tiếp hướng về nguồn cố định của content Thông tin về tỉ lệ cache-hit hiện tại của nó được gởi kèm trong gói tin Interest này - Các node CCN kế tiếp khi chuyển tiếp gói tin Interest sẽ không thay đổi nội... lấy trong gói tin Data và nó cũng chính là tỉ lệ cache-hit của node biên mạng nơi node CCN đầu tiên nhận được gói tin Interest từ người dùng là tỉ lệ cache-hit của node CCN đang xem xét để cache dữ liệu theo cơ chế LCD là xác suất để cache content lại tại node CCN đang xét được tính theo công thức: 10 Trong đó là hằng số với Biểu diễn các phương thức trên bằng lưu đồ thuật toán: Hình 3.3: Lƣu đồ... đã được thêm vào trước đó - Khi một node CCN nhận được gới tin Interest yêu cầu một content và nó đang cache content này thì nó sẽ trả về bằng gói tin Data tương ứng Thông tin chứa “cache-hit” cũng được “copy” từ gói tin Interest và trả về trong gói tin Data - Khi node CCN nhận được gói tin Data và quyết định cache khối dữ liệu của gói Data này vào bộ nhớ Content Store của nó theo chính sách LCD thì... Internet Yêu cầu dữ liệu của người dùng trong mạng CCN được mô phỏng theo mô hình phân phối Zipf với tham số Bảng tham số của mô hình mạng CCN mô phỏng: Bảng 4.1: Tham số mô phỏng Paramater CCN Node Server Consummer Replacement policy K Value 44 12 24 LRU 5 Paramater Forwarding policy Decision policy Content Store size Content num Value Shortest Path Routing LCD/LCD-Prob 200 5000 12 Kết quả mô phỏng sẽ... tiến Chính sách caching LCD nguyên bản chỉ lựa chọn một node CCN để cache lại content với xác suất P = 1, tuy nhiên, trong đề xuất này của chúng tôi, nếu xác suất được tính toán là quá nhỏ (P ... CCN Cache-hit tính theo công thức: Cache-hit = Trong đó: tổng số request đến node CCN mà tìm thấy chunk cache node CCN tổng số request đến node CCN mà không tìm thấy chunk cache Content Store. .. thông tin node CCN Trong trình mô đánh giá chế LCD mạng CCN có kích thước nhớ cache, phát LCD mang lại hiệu caching tốt node CCN biên mạng, node bên mạng có cải thiện đáng kể, chí có số node mà... Để cải tiến tỉ lệ cache-hit node core nhằm cải thiện tỉ lệ cache chung mạng CCN, đề xuất cách thức trao đổi thông tin tỉ lệ cache-hit node CCN nhằm mục tiêu để node CCN có tỉ lệ cache-hit thấp