《Data Lifetime Enhancement for Improving QoS in NDN》论文阅读笔记

paper

Abstract

由于Internet的进一步发展，高速和图像相关的服务现在已经占据了大多数网络资源。 因此，下一代网络（NGN）旨在优化ISP网络。 命名数据网络（NDN）项目由美国国家科学基金会（NSF）资助，旨在实现数据的自动缓存并创建基于名称的路由机制，以延长反应时间并降低吞吐量。 为了提出一种适用于NDN架构的QoS机制，本文建议对不同类型的数据进行分类，并引入数据生存期的概念，这意味着应丢弃网络中存在时间过长的IP数据包，以取代该数据包。 传统的内存更新方法，例如“先入先出”（FIFO）算法和“最近最少使用”（LRU）算法。 在我们提出的方案中，必须在源处对数据进行分类，并为不同的数据类型定义不同的生存期，以减少内容存储库（CS）的负载。 在没有额外服务延迟的情况下，我们的方案不仅降低了内存构建成本，而且还降低了低吞吐量情况下NDN的服务延迟。 另外，该方案可以动态调节数据寿命，并根据网络参数优化寿命长度。 仿真结果表明，我们提出的方案在低吞吐量情况下减少了大约15％的服务延迟。

背景

NDN通常会通过增加每个路由器的大缓冲区来提高自身的性能，不仅减少了拥塞时数据提供者的负载，而且减少了路由上的重复重传和整体吞吐量。

问题

CS采用LRU或FIFO算法进行内存更新，缓冲区必须一直是满的。因此，①路由器可能会花费更多的时间来寻找数据，②同时过时的数据可能会在路由器中存在太久。

方法

一种新的存储器更新方案。在CS中增加一列，记录生命周期，不同类型的数据具有不同的生命周期。数据被响应后，请求的数据将存储在CS中，并从其数据类型的最大生存期值开始递减计数。 一旦将值减为0，数据就会从CS中删除。 在剩余生命周期中，如果再次请求数据，则生命周期值将被刷新并从最大值开始递减。

image.png

数据分类

• 第1类是指寿命很短的数据：主要是一次性文件，包括与安全性相关的数据，与金融交易有关的密钥和内容。

• 第2类表示短命数据，包括实时视频流和自动更新网页，这些数据在发布后会被大量要求，但会在短时间内失去及时性。

• 第3类表示一般通信数据包，通常是静态网站，其与等级2相比不会长时间更改并且具有更长的及时性。

• 第4类是指长期有效的数据：稳定，需求量很大且及时性很长，包括视频，音乐和文档。

• 第5类表示寿命很长的数据，这类数据是指经常访问的网站（例如门户网站和搜索引擎）每小时平均请求500次以上。

假设整个NDN网络的请求频率和数据包的出现概率均符合Poisson分布：

其中，λ是每个时间单位随机事件的平均发生率，T是处理时间，k是频率。假设k=0，T=lifetime，我们可以估计每种数据类型在数据生存期结束后被丢弃的概率。

算法流程

实验验证

通过考虑数据的时效性和延长数据寿命，提出了一种LRU CS的存储器更新方案。 为了在每个数据包中添加一个生存时间计时器并定义每种数据类型的生存时间，我们的方案在不降低数据命中率的情况下增加了缓冲区的大小，并减少了搜索时间，从而减少了路由器的负载并降低了服务延迟的影响 。 仿真结果表明，我们提出的“生命周期增强方案”在维持低吞吐量条件下的CS负载和搜索时间，以及在高吞吐量条件下的服务等待时间方面，都具有与LRU相同的性能。

Question

1. 如何传递数据生命周期的标志？
2. 内容的流行程度是否有必要考虑在内？是否会对分类产生影响？