面向天地一体化内容分发业务的网内缓存机制研究

doi:10.11959/j.issn.2096-8930.20200207

天地一体化信息网络 ›› 2020, Vol. 1 ›› Issue (2): 48-56.doi: 10.11959/j.issn.2096-8930.20200207

所属专题：专题：天地一体化信息网络体系架构

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面向天地一体化内容分发业务的网内缓存机制研究

曹洋¹, 朱玉峰¹, 吕俊锋¹, 江涛¹, 高鹏², 张冬晨²

¹ 华中科技大学，湖北武汉 430074
² 中国移动通信集团设计院有限公司，北京 100080

修回日期:2020-11-11 出版日期:2020-12-20 发布日期:2020-12-01
作者简介:曹洋（1987-），男，华中科技大学副教授，主要研究方向为5G蜂窝网络、物联网以及未来网络等。
朱玉峰（1997-），男，华中科技大学硕士生，主要研究方向为天地一体化信息网络协议。
吕俊锋（1994-），男，华中科技大学硕士研究生，主要研究方向为天地一体化信息网络协议。
江涛（1970-），男，华中科技大学二级教授、博士生导师，教育部“长江学者”特聘教授，国家杰出青年科学基金获得者，国家“万人计划”科技创新领军人才，科技部“创新人才推进计划”中青年科技创新领军人才，长期从事宽带移动通信、天地一体化信息网络、深空与深海探测、信息与网络安全工作。
高鹏（1970-），男，中国移动通信集团设计院副院长。
张冬晨（1981-），男，中国移动通信集团设计院研发技术总监。

Research on In-Network Caching Mechanisms for Space-Integrated-Ground Content Delivery Service

Yang CAO¹, Yufeng ZHU¹, Junfeng LV¹, Tao JIANG¹, Peng GAO², Dongchen ZHANG²

¹ Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, China
² China Mobile Group Design Institute Co.Ltd., Beijing 100080, China

Revised:2020-11-11 Online:2020-12-20 Published:2020-12-01

摘要/Abstract

摘要：

针对卫星移动性以及地面网络资源受限问题，首先提出一种基于命名数据网络的地面网络内容预先放置策略；然后，充分考虑多个基站覆盖范围下内容局部请求分布的差异性，提出一种基于公平的卫星网络内容分发策略。仿真实验结果表明，在卫星网络内容注入方面，所提内容预先放置策略是有效的；在卫星网络内容分发方面，所提出的基于公平的内容分发策略可以实现最大化内容满意度。

关键词: 天地一体化信息网络, 内容分发, 命名数据网络, 网内缓存

Abstract:

In view of the problem of satellite mobility and terrestrial network resource constraints, a pre-placement strategy for terrestrial network content based on named data networking was proposed; Then, local content requests under the coverage of multiple base stations was fully considered.Based on the diff erence in distribution, a content distribution strategy based on fairness in satellite networks was proposed.The numerical results showed that the proposed content pre-placement strategy was eff ective in terms of satellite network content injection.In addition, in terms of satellite network content distribution, the proposed fair-based content distribution strategy could maximized content satisfaction.

Key words: space-integrated-ground information network, content delivery, named data networking, in-network caching

中图分类号:

TN393

曹洋, 朱玉峰, 吕俊锋, 江涛, 高鹏, 张冬晨. 面向天地一体化内容分发业务的网内缓存机制研究[J]. 天地一体化信息网络, 2020, 1(2): 48-56.

Yang CAO, Yufeng ZHU, Junfeng LV, Tao JIANG, Peng GAO, Dongchen ZHANG. Research on In-Network Caching Mechanisms for Space-Integrated-Ground Content Delivery Service[J]. Space-Integrated-Ground Information Networks, 2020, 1(2): 48-56.

图/表 16

图1

图2

图3

图4

图5

表1

最优内容放置策略符号"

符号名	含义
$A ={1, \dots, A}$	地面站集合
$B ={1, \dots, B}$	卫星轨道集合
$C ={1, \dots, C}$	CS集合
$L ={1, \dots, L}$	NDN主干网链路集合
$CL=(1, \dots, I)$	全局内容列表
$Q_{i c} \in ℤ$	内容库c存储内容i的块数
$Q_{c} \in ℤ$	内容库c的容量
$p_{i} \in [0, 1]$	内容i被请求的概率
$m_{i} \in ℤ$	内容i的内容块数
$E_{a b}^{s p e} \in ℤ$	轨道b上的一颗卫星，从地面站a获取到的最大内容块数
$E_{l a b}^{l i n k} \in ℤ$	轨道b上的一颗卫星，从链路l经地面站a获取到的最大内容块数
$g_{l a b} ＞ 1$	轨道b上的一颗卫星，从链路l经地面站a获取到一个内容块的代价
$R_{i b} \in {0, 1}$	轨道b上的卫星是否能够获取到内容i
$U_{a b i} \in ℤ$	轨道b上的一颗卫星，直接从地面站a获取到内容i的块数
$U_{l a b i} \in ℤ$	轨道b上的一颗卫星，从链路l经地面站a获取到内容i的块数

表1

图6

图7

表2

图8

表3

表4

图9

图10

图11

图12

参考文献 9

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卫星参数描述	参数值
卫星轨道数量B/个	6
单轨道卫星数量S_b/颗	12
卫星最大窗口时间W/s	1 056.42
卫星轨道高度H/km	1 000

地面网络参数描述	参数值
地面站数量A/个	8
地面站发送范围的投影半径r/km	3 884.29
地面站发送带宽D^{s p e}/(Mbit·s^-1)	6
内容库数量C/块	14
NDN主干网链路数量L/个	14
NDN主干网链路带宽D^l/(Mbit·s^-1)	20
兴趣包和数据包转发处理时延τ/ms	0.5

内容参数描述	参数值
内容列表长度I/个	50
内容分布系数α	1
CS容量Q_c	1 000
内容i的内容块数m_i/块	1 000
内容块大小s_ck/byte	5 000

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面向天地一体化内容分发业务的网内缓存机制研究

Research on In-Network Caching Mechanisms for Space-Integrated-Ground Content Delivery Service

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