Phối hợp Content Store giữa các node CCN

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 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH – 2016 HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƢU CHÍNH VIỄN THÔNG - ĐẶNG TRẦN PHƢƠNG PHỐI HỢP CONTENT STORE GIỮA CÁC NODE CCN Chuyên ngành: HỆ THỐNG THÔNG TIN Mã số: 60.48.01.04 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS LÊ TUẤN ANH TP HỒ CHÍ MINH – 2016 i LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan công trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chƣa đƣợc công bố công trình khác Tp Hồ Chí Minh, ngày 17, tháng 06, năm 2016 Tác giả luận văn Đặng Trần Phương ii LỜI CẢM ƠN Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS Lê Tuấn Anh hướng dẫn nhiệt tình, tận tâm suốt trình giúp thực luận văn Thầy giúp cho định hướng mục tiêu, phương pháp nghiên cứu tiếp cận, tài liệu bổ ích đặt biệt kinh nghiệm quý giá Tôi xin chân thành cảm ơn TS Võ Thị Lưu Phương cho ý tưởng hữu ích để giúp hoàn thành luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn Học Viện Công Nghệ Bưu Chính Viễn Thông tạo điều kiện đặc biệt gửi lời cám ơn sâu sắc tới Thầy, Cô tận tụy hướng dẫn, giúp đỡ truyền dạy kiến thức quý báu, bổ ích cho suốt khóa học, để áp dụng vào công việc lĩnh vực công nghệ thông tin, hoàn thành luận văn Cảm ơn bạn học viên lớp Cao học Hệ Thống Thông Tin 2014 gắn bó, đoàn kết chia sẻ kinh nghiệm, giúp đỡ trình học tập suốt trình thực luận văn Tp Hồ Chí Minh, ngày 17, tháng 06, năm 2016 Tác giả luận văn Đặng Trần Phương iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ, CHỮ VIẾT TẮT v DANH SÁCH BẢNG vi DANH SÁCH HÌNH VẼ vii MỞ ĐẦU Chƣơng – TỔNG QUAN 1.1 Vấn đề mạng Internet ngày 1.2 Mục tiêu luận văn 1.3 Phƣơng pháp nghiên cứu Chƣơng – CÁC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN 2.1 Hoạt động mạng CCN 2.1.1 Giới thiệu 2.1.2 Cấu trúc gói tin CCN 10 2.1.3 Cấu trúc liệu hoạt động node CCN 11 2.2 Chính sách caching CCN 18 2.3 Các công trình nghiên cứu liên quan 21 Chƣơng - PHỐI HỢP CÁC NODE CCN 26 TRONG CHIẾN THUẬT CACHING 26 3.1 Chia sẻ thông tin node CCN 26 3.2 Tính xác suất caching 30 3.3 Thuật toán LCD-Prob 32 Chƣơng -TRIỂN KHAI MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ 33 iv 4.1 Mô hình cài đặt mô 33 4.2 Kết đạt đƣợc 35 4.3 Tiểu kết chƣơng 38 KẾT LUẬN 39 DANH MỤC CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO 40 v DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ, CHỮ VIẾT TẮT Viết tắt Tiếng Anh CCN Content Centric Networking CDN Content Distribution Newtork CS Content Store FIB Forwading Information Base ICN Information Centric Networks LFU Least Frequency Used LRU Least Recent Used IP Internet Protocol MCD Move Copy Down MRU Most Recent Used PIT Pending Interest Table TCP Transmission Control Protocol WWW World Wide Web vi DANH SÁCH BẢNG Số hiệu bảng Tên bảng Trang 4.1 Tham số mô 31 4.2 So sánh tỉ lệ cache-hit chế cải tiến với LCD 34 4.3 So sánh Hop-count trung bình chế cải tiến với LCD 34 vii DANH SÁCH HÌNH VẼ Số hiệu hình vẽ Tên hình vẽ Trang 1.1 Mô hình kết nối internet 1.2 Dự báo tốc độ tăng trƣởng lƣu lƣợng internet toàn cầu thời gian gần Cisco 2.1 Mô tả chunk đƣớc sử dụng lại mạng CCN 2.2 Cấu trúc Interest packet 10 2.3 Cấu trúc gói tin Data 11 2.4 Cấu trúc bảng Forwarding Information Base 12 2.5 Cấu trúc bảng Pending Interest Table 13 2.6 Cấu trúc Content Store 14 2.7 Bảng trỏ (Index) 15 2.8 Lƣu đồ hoạt động node CCN nhận gói 16 tin Interest 2.9 Hoạt động node CCN nhận gói tin Data 17 2.10 Minh họa khác xử lý gói tin node CCN 18 2.11 Mô tả hoạt động LCE 19 2.12 Mô tả hoạt động LCD 20 2.13 Kết mô với tỉ số cache-hit trung bình 24 2.14 Kết mô với số Số hop count 24 trung bình 3.1 Một mô hình topology 26 3.2 Các node core có tỉ lệ cache-hit thấp 27 node biên 3.3 Lƣu đồ thuật toán caching cải tiến 29 4.1 Topology mô mạng CCN theo mô 32 hình Watts-Strogatz 4.2 Đồ thị tỉ lệ cache-hit trung bình 33 4.3 Đồ thị tỉ lệ Hop count trung bình 33 MỞ ĐẦU Ngày mạng máy tính ngày phát triển nhanh chóng mạnh mẽ, ngày có nhiều ngƣời sử dụng Internet để truy cập tài nguyên mạng nhƣ trang web, dịch vụ âm thanh, hình ảnh, video… Có nhiều thách thức đƣợc đặt nhu cầu truyền liệu mạng nhƣ: băng thông yêu cầu ngày cao, thời gian truyền liệu có độ trễ lớn chiếm dụng đƣờng truyền lâu ngƣời dùng truy cập đến máy chủ cách xa vị trí ngƣời 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 trƣớc 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 đƣợc 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 đƣợc chuyển thành công Nếu có ngƣời dùng đầu cuối có yêu cầu gói liệu tƣơng 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 đƣợc đánh giá kiến trúc mạng tƣơng 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 28 Hình 3.2: Các node core có tỉ lệ cache-hit thấp node biên Có thể thấy node có tỉ lệ cache-hit thấp node bên mạng hƣớng trung tâm (node core), nơi có nhiều lƣu lƣợng qua nên việc thay khối liệu diễn thƣờng xuyên node biên Kết lỗi replacement error xuất nhiều node biên (bởi node CCN có kích thƣớc nhớ cache) 29 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 nhƣ sau: - Khi node CCN nhận đƣợc gói tin Interest yêu cầu cho content mà không có, gới tin Interest đƣợc chuyển tiếp đến cho node CCN hƣớng nguồn cố định content Thông tin tỉ lệ cache-hit đƣợc 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” đƣợc thêm vào trƣớc - Khi node CCN nhận đƣợc gới tin Interest yêu cầu content cache content trả gói tin Data tƣơng ứng Thông tin chứa “cache-hit” đƣợc “copy” từ gói tin Interest trả gói tin Data - Khi node CCN nhận đƣợc 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 nhƣ yếu tố định caching liệu gói Data Nhƣ nói, với chế LCD với yêu cầu cho khối liệu có node đƣợc lựa chọn để cache khối liệu vào nhớ với xác suất Với đề xuất xác suất cache khối liệu node đƣợc lựa chọn với 30 3.2 Tính xác suất caching Chính sách LCD định node CCN đƣợc chọn để cache liệu gói tin Data trả về, node đó, thông tin “cache-hit” đƣợc 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 đƣợc gói tin Interest từ ngƣời dùng  tỉ lệ cache-hit node CCN xem xét để cache liệu theo chế LCD  xác suất để cache content lại node CCN xét đƣợc tính theo công thức:  Trong số sử dụng để điều chỉnh biến thiên P theo với Việc lựa chọn k tùy thuộc vào mô hình mạng CCN cụ thể 31 Biểu diễn phƣơng thức lƣu 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 đƣợc tính toán nhỏ (P [...]... tôi sẽ trình bày thuật toán phối hợp Content Store trong chính sách caching giữa các node CCN nhằm nâng cao hiệu suất sử dụng bộ nhớ và hoạt động caching của các node CCN 26 Chƣơng 3 - PHỐI HỢP CÁC NODE CCN TRONG CHIẾN THUẬT CACHING Trong chƣơng này chúng tôi trình bày đề xuất của chúng tôi về cơ chế mới cho chính sách Decision policy là cải tiến dựa trên cơ chế LCD kết hợp với xác suất cache động... liên quan đến lĩnh vực mà đề tài đã chọn 2.1 Hoạt động của mạng CCN 2.1.1 Giới thiệu Trong mạng Content Centric Networking (CCN) , các gói tin (còn gọi là các chunk) đƣợc cache lại trên các node CCN (các Router CCN - Router đƣợc trang bị bộ nhớ cache dung lƣợng lớn) mỗi khi có gói tin đi xuyên qua một node CCN trên đƣờng từ nguồn đến đích, các gói tin này đƣợc cache lại nhằm mục đích đáp ứng cho những... tin Interest đi qua node CCN, node CCN ghi lại định danh trong bảng Pending Interest Table (PIT) Bảng này có nhiệm vụ lƣu vết các gói tin Interest đang chờ để đƣợc phục vụ, có nghĩa là đã đƣợc gửi yêu cầu đến các node khác và chờ phản hồi từ chúng Đồng thời bảng PIT cũng lƣu lại cổng Interface mà gói tin Interest đến node CCN Một khi gói tin Data đƣợc gửi trả lại node CCN, node CCN sẽ dựa vào bảng... cứu và cải tiến sao cho các gói tin đƣợc cache lại trên node CCN có giá trị sử dụng lại cao và mỗi node CCN sử dụng bộ nhớ cache của nó hiệu quả Trong mạng CCN, caching đƣợc diễn ra tại mỗi các node CCN Chiến lƣợc caching trong mạng CCN đƣợc ông Van Jacobson giới thiệu bao gồm: - Chính sách quyết định là Leave Copy Everywhere (LCE) sẽ quyết định node CCN luôn luôn cache lại các khối dữ liệu của ngƣời... cache động Xác suất cache động đƣợc tính toán tại mỗi node CCN thỏa điều kiện caching theo cơ chế LCD, các node CCN ở biên mạng sẽ gởi đi các thông tin cần thiết trong gói tin Interest để giúp cho các node bên trong mạng tính toán xác suất cache động này 3.1 Chia sẻ thông tin giữa các node CCN Trong quá trình mô phỏng và đánh giá cơ chế LCD trên mạng CCN có cùng kích thƣớc bộ nhớ cache, chúng tôi phát... hiện kết hợp giữa cơ chế LCD [10], [11] và Co-operation [19] theo một cách thức thích hợp cho mạng CCN thì kết quả thu đƣợc tốt hơn hẳn so với việc mô phỏng độc lập hai ý tƣởng trên Qua đó thấy rằng phối hợp caching giữa các node CCN vẫn còn là một ý tƣởng mới nhƣng triển vọng mà chƣa có nhiều công trình nghiên cứu và tìm hiểu cho đến nay Cơ chế LCE mà ông Van Jacobson [8] đã sử dụng cho CCN là một... nhau Mỗi node CCN có một bộ nhớ (Content Store) dùng để cache lại các gói tin cần thiết, gói tin nào đƣợc cache đƣợc quyết định bởi chính sách quyết định 5 (Decision policy) Bởi vì dung lƣợng bộ nhớ cache của các node CCN là giới hạn, do đó các chiến lƣợc caching nhƣ: chính sách quyết định (Decision policy) và chính sách thay thế (Replacement policy) đối các gói tin dữ liệu trên mỗi node CCN cần đƣợc... khi đi qua node CCN thì có thể sẽ đƣợc lƣu lại ở node CCN trong một khoảng thời gian nhất định (quyết định có lƣu lại gói tin Data hay không phụ thuộc và chính sách quyết định – Decision policy của node CCN) , thời gian này tùy thuộc vào khả năng bộ nhớ của node CCN và đƣợc quyết định bởi chính sách thay thế (Replacement policy) Content Store là bộ nhớ thể hiện là một cấu trúc bảng giúp node CCN quản... trong môi trƣờng CCN Về phối hợp caching, đến nay chỉ có một vài các nghiên cứu đƣa ra các chính sách phối hợp caching một cách rõ ràng (cụ thể) nhƣ [21] cho Web, [6] cho mạng Ad hoc, [19] cho mạng CCN Nhƣng theo nhƣ tác giả của bài báo [17] chỉ ra rằng nó có thể vi phạm đến ràng buộc về tốc độ đƣờng truyền trong môi trƣờng CCN Chúng tôi đã thực hiện mô phỏng ý tƣởng của [19] trên mạng CCN và thấy rằng... tiếp, các công trình [15] và [17] nghiên cứu về mạng CCN trong đó tác giả rất quan tâm và đề cập đến các chính sách thay thế khác nhau (LRU, MRU, ) và các chính sách quyết định (LCE, LCD, …) cho mô hình mạng CCN mà tất cả các node CCN có cùng kích thƣớc bộ nhớ cache Chúng tôi đã thực hiện mô phỏng cơ chế LCE và LCD trên cùng một topology mạng CCN, yêu cầu về dữ liệu ngƣời dùng theo mô hình phân phối ... policy) Content Store nhớ thể cấu trúc bảng giúp node CCN quản lý lƣu trữ danh sách gói tin Data nhớ cache Thực chất nhớ đệm node CCN Khi nhận đƣợc gói tin Interest, node CCN kiểm tra Content Store. .. sách caching CCN 18 2.3 Các công trình nghiên cứu liên quan 21 Chƣơng - PHỐI HỢP CÁC NODE CCN 26 TRONG CHIẾN THUẬT CACHING 26 3.1 Chia sẻ thông tin node CCN ... 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