互联网以内容为中心的传输特征日趋明显,而当前网络以“端到端”连接为基础的互联方式,使其难以满足逐渐增强的内容传输需求。内容中心网络(Content Centric Networking,CCN)作为一种以内容命名、路由和网内缓存为主要特征的新型网络体系结构,在解决当前网络面临的扩展、安全和移动性支持问题上已显示了其巨大潜力,被认为是满足未来网络传输需求的可能解决方案之一。作为CCN的核心技术,网内缓存机制相关研究受到了学术界的广泛关注。然而,从支撑未来网络体系发展的角度来说,现有网内缓存机制在缓存决策和缓存替换方面缺乏对缓存内容选取、内容流行度信息获取及替换内容选取的研究。论文依托国家重点基础研究发展计划(973计划)项目——“可重构信息通信基础网络体系研究”和“智慧协同网络理论基础研究”,研究可共享内容的界定、流行度获取方法和部署机制、沿路径缓存决策、域内混合缓存决策和缓存替换,使内容缓存和替换更加合理,从而提升缓存系统的效率。论文主要研究成果如下:1.设计了面向可共享内容的流行度监测机制。首先针对现有研究中内容流行度获取方法的不足,提出了将内容分类用于流行度监测的思想;接着界定可共享内容,设计了基于布鲁姆过滤器和哈希表的三级监测机制;最后分别从理论分析和实验验证的角度,证明了三级监测机制的有效性。2.提出了基于流行内容识别和跟踪的沿路径协同缓存决策机制。通过流行度演化过程分析,发现缓存使内容流行度不具备全局分布特性,并分析和论证流行度监测的必要性;然后提出了沿路径流行度协同感知方案,从理论上分析了流行内容门限值和路径长度(跳数)的关系,设计了基于最大介数节点和边缘节点协同调度的缓存决策机制;最后通过仿真实验验证了缓存决策机制的有效性。3.提出了基于两级流行度感知的混合缓存决策机制。根据拓扑特征将网络分层,构造了虚拟核心区域;分析了分层网络的内容流行度感知需求和流行度监测点选取的合理性,提出了两级流行度感知方案,从理论上分析了虚拟核心区域的流行度门限设置依据;最后基于流行度感知信息设计了支持内容多样化和内容有序缓存的混合机制,进行仿真实验评估,并分析了缓存决策机制的不足。4.提出了基于节点动态内容流行度的缓存替换机制。首先将缓存分为两个部分,设计了基于缓存分区的流行内容识别跟踪方法和节点已缓存流行内容的保护机制;分析了主缓存内的内容和缓存命中率的关系,接着从减少缓存操作的角度,改进缓存管理机制;然后从理论上分析了缓存分区依据、流行内容识别的准确度、复杂度和灵敏度,并进行仿真实验验证。