[00538574]内容中心网络路由器高速缓存数据结构研究

　　该项目为中国博士后科学基金资助面上项目（项目编号：2016M590068）。

　　该研究针对内容路由器中高速内容缓存模块的性能瓶颈，通过数学建模、数据结构、系统结构优化，提出一种流量疏导机制，缓解性能瓶颈。主要研究成果如下：

　　1.提出一种面向高性能内容路由器体系结构的数学模型，并基于该模型分别分析了基于流水线（pipeline）和基于并行（run-to-completion）架构的内容路由器FIB、PIT和CS三个核心模块间的相互交互情况。基于排队网络和M/M/c模型的分析证明了在高速流量的冲击下，CS模块最容易成为整个系统的性能瓶颈。该模型从内容路由器系统的角度出发，给出了系统性能瓶颈的定量分析，这将指引研究者更多关注对CS的性能优化。

　　2.提出一种面向内容路由器高速缓存模块（CS）的数据结构设计，其核心思想是利用网络流量中广泛存在的时间局部性和空间局部性信息，优化传统的跳表数据结构。在该数据结构中，每次查询完内容所在索引信息后会将该信息进行记录，当下一次查询请求到来时，根据内容块号判断是否是顺次到达的请求，如果是，则只需要从上一次记录的跳表结点位置开始向后遍历，避免了每次查找都跳表的头结点重新开始遍历，因此大大提高了查找效率。实验结果表明，局部性原理跳表可以在x86处理器上实现1.796Mpps的单线程吞吐率。

　　3.提出一种基于非阻塞访问机制的内容路由器体系结构设计。针对高速流量在CS模块前方队列拥塞的情况，提出了引导堆积流量绕过CS模块，经过相对空闲的PIT和FIB模块直接向上游较空闲路由器转发的设想。在具体实现方面，使用了Linux的libeio库进行非阻塞I/O的实现；最后该项目探索了面向以上非阻塞内容访问机制的新型传输层控制协议。实验结果显示，非阻塞内容缓存机制相可以将端到端时延降低70.1%。