[论文解读] Content Based Traffic Engineering in Software Defined Information Centric Networks

Abhishek Chanda, Cédric Westphal+1 more|arXiv (Cornell University)|Jan 31, 2013

Caching and Content Delivery参考文献 2被引用 7

一句话总结

本文提出一种软件定义的、基于内容元数据的流量工程架构，用于信息中心网络（ICN），通过在网络层提取内容大小和类型信息来优化资源分配。利用对内容大小的先验知识，该方案在高负载下可将链路队列减少高达40%，提升网络利用率，并实现无需终端主机修改的智能、应用无关服务（如流量工程和内容防火墙）。

ABSTRACT

This paper describes a content centric network architecture which uses software defined networking principles to implement efficient metadata driven services by extracting content metadata at the network layer. The ability to access content metadata transparently enables a number of new services in the network. Specific examples discussed here include: a metadata driven traffic engineering scheme which uses prior knowledge of content length to optimize content delivery, a metadata driven content firewall which is more resilient than traditional firewalls and differentiated treatment of content based on the type of content being accessed. A detailed outline of an implementation of the proposed architecture is presented along with some basic evaluation.

研究动机与目标

• 通过利用在网络层提取的内容元数据，实现在ICN中高效、可扩展的流量工程。
• 消除以往方法中为识别高带宽内容流而必须对终端主机进行监控的需要。
• 利用内容固有的语义信息，支持新型网络服务（如内容防火墙和缓存管理）。
• 证明对内容大小的先验知识可显著提升链路利用率并减少队列积压。
• 提供模块化、符合SDN标准的架构，使优化标准可外部编程且可插拔。

提出的方法

• 使用深度包检测（DPI）或网络内流观测，在入口节点处提取内容元数据（特别是大小）。
• 在SDN控制器中增加内容管理模块，以跟踪内容元数据并做出集中决策。
• 将流量工程建模为优化问题，目标是最小化最大链路利用率：min max ∑(p∈P) ∑(e∈p) (b_e + F)/c_e，约束条件为 b_e ≤ c_e。
• 利用内容大小感知能力，将内容路由至队列最轻的链路，实现动态负载均衡。
• 将内容获取延迟建模为 F/r_e，以最小化用户感知延迟，从而支持基于内容类型或大小的优先级调度。
• 通过内容管理模块中的可配置策略，支持可插拔的优化目标（如链路利用率、磁盘I/O、缓存效率）。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否通过在网络层提取的内容元数据实现在ICN中无需终端主机参与的高效、应用无关的流量工程？
• RQ2 在多路径ICN环境中，对内容大小的先验知识如何影响链路队列积压和网络利用率？
• RQ3 与随机或非大小感知路由相比，基于元数据的路由能在多大程度上降低最大链路利用率？
• RQ4 相同的元数据基础设施在多大程度上可同时支持多种服务（如内容防火墙和缓存管理）？
• RQ5 在不同内容大小分布和负载条件下，大小感知路由的性能扩展性如何？

主要发现

• 在高负载（负载/容量 = 0.95）条件下，与非大小感知路由（策略1）相比，大小感知路由策略（策略2）可将平均队列积压减少高达40%。
• 在高负载下，大小感知与非大小感知策略之间的性能差距最为显著，平均队列积压减少达26%。
• 在低负载条件下，两种策略表现相近，因为资源竞争较少，优化带来的收益有限。
• 所提出的架构仅依赖网络层元数据即可实现高效的流量工程，无需终端主机监控。
• 优化框架具有可扩展性，可通过用户可编程策略支持多种目标（如链路利用率或磁盘I/O）。
• 内容元数据提取作为ICN本征内容语义的副产品是可行的，可在不增加信令或应用变更的前提下支持新型服务。