一種基于內(nèi)容流行度的ccn緩存分區(qū)置換方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于內(nèi)容流行度的CCN緩存分區(qū)置換方法，屬于網(wǎng)絡(luò)【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明在傳統(tǒng)置換方法LRU的基礎(chǔ)上考慮到達(dá)內(nèi)容的流行度，將不同流行度的內(nèi)容在節(jié)點(diǎn)緩存中分區(qū)存儲(chǔ)與置換。本發(fā)明通過內(nèi)容流行度有高低之分并將高低流行度內(nèi)容分開存儲(chǔ)，避免了低流行度內(nèi)容因?yàn)榈竭_(dá)率較低而很快被高流行度內(nèi)容置換掉的問題，從而提高了低流行度內(nèi)容的命中率，降低了用戶獲取低流行度內(nèi)容的平均命中距離，改善了CCN的網(wǎng)絡(luò)性能。
【專利說明】—種基于內(nèi)容流行度的CCN緩存分區(qū)置換方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于網(wǎng)絡(luò)【技術(shù)領(lǐng)域】，更準(zhǔn)確地說，本發(fā)明涉及一種基于內(nèi)容流行度的CCN緩存分區(qū)置換方法。
【背景技術(shù)】
[0002]自20世紀(jì)60年代互聯(lián)網(wǎng)出現(xiàn)以來，互聯(lián)網(wǎng)得以迅猛發(fā)展，其應(yīng)用主體已然從最初的硬件共享轉(zhuǎn)移到文字、圖片和視頻等信息的共享上。用戶更加關(guān)注內(nèi)容的獲取速度、質(zhì)量與安全性而非從何處獲取到內(nèi)容?，F(xiàn)有的以主機(jī)為中心的網(wǎng)絡(luò)體系已難以滿足互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展需求，雖然出現(xiàn)了 CDN、P2P等改進(jìn)技術(shù)，但仍無法克服其暴露出的諸多不適應(yīng)性問題。因此構(gòu)建新的網(wǎng)絡(luò)體系成為必然,在此背景下以信息為中心的網(wǎng)絡(luò)(ICN =InformationCentric Networking)應(yīng)運(yùn)而生。
[0003]所謂以信息為中心的網(wǎng)絡(luò)，就是將網(wǎng)絡(luò)中的一切看作是內(nèi)容，是一個(gè)內(nèi)容互聯(lián)而非主機(jī)互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò),其核心對(duì)象是內(nèi)容,通過內(nèi)容的名字標(biāo)識(shí)每一個(gè)信息。自2006年起，國外學(xué)術(shù)界開展了多項(xiàng)關(guān)于下一代Internet體系結(jié)構(gòu)的研究項(xiàng)目，包括UC BerkeleyRAD實(shí)驗(yàn)室提出的“面向數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)”(Data-Oriented Network Architecture,DONA)、歐盟FP7的4WARD以及“發(fā)布/訂閱式互聯(lián)網(wǎng)路由范例”(The Publish-SubscribeInternet Routing Paradigm, PSIRP)、Palo Alto Research Center 提出的“內(nèi)容中心網(wǎng)絡(luò)”(Content-Centric Networking, CCN)等,這些研究項(xiàng)目中毫無例外的都采用了以信息為中心的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)思想，其中CCN以其在內(nèi)容分發(fā)效率、網(wǎng)絡(luò)安全和部署方面等具有的顯著地優(yōu)勢(shì)受到研究人員越來越多的關(guān)注，從而成為下一代Internet架構(gòu)的研究熱點(diǎn)。
[0004]內(nèi)容中心網(wǎng)絡(luò)最大的特點(diǎn)之一就是內(nèi)建緩存功能，用戶通過發(fā)送興趣包(Interest Packet, IP)來尋求所需內(nèi)容,找到后返回?cái)?shù)據(jù)包(Data Packet,DP)。興趣包和數(shù)據(jù)包的內(nèi)容如圖1和圖2所示。每個(gè)節(jié)點(diǎn)都包含內(nèi)容存儲(chǔ)器(Content Store, CS)用于存儲(chǔ)途徑當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)包。由于內(nèi)容名字是唯一標(biāo)識(shí)且與內(nèi)容請(qǐng)求者及內(nèi)容提供者不關(guān)聯(lián)，節(jié)點(diǎn)緩存的數(shù)據(jù)包可被其他用戶請(qǐng)求并使用。CCN網(wǎng)絡(luò)的存儲(chǔ)功能增加了網(wǎng)絡(luò)中內(nèi)容的副本，提高用戶在網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)而非源服務(wù)器節(jié)點(diǎn)獲取所需內(nèi)容的概率，從而降低了用戶對(duì)于內(nèi)容請(qǐng)求的時(shí)延，減輕了源服務(wù)器的受訪壓力。因此，緩存設(shè)計(jì)與性能在CCN中占據(jù)重要地位。
[0005]有關(guān)緩存的研究主要集中在兩個(gè)方向:緩存決策策略及緩存置換策略。前者定義了 CCN節(jié)點(diǎn)是否需要緩存當(dāng)前內(nèi)容的規(guī)則；后者定義了 CCN節(jié)點(diǎn)如何存入新內(nèi)容、移除舊內(nèi)容的規(guī)則。在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容遠(yuǎn)大于CCN節(jié)點(diǎn)緩存容量的情況下，合理的決策策略與置換策略協(xié)同工作才能保證CCN性能。
[0006]由于CCN的研究現(xiàn)階段尚處于起步階段，文獻(xiàn)中，緩存決策策略常默認(rèn)使用到達(dá)即存的LCE策略(Leave Copy Everywhere),置換策略則使用原IP網(wǎng)絡(luò)中的置換策略，如文獻(xiàn) I (J.Choi, J.Han, E.Cho, T.T.Kwon, and Y.Choi, “A Surveyon Content-Oriented Networking for Efficient Content Delivery,，，IEEECommunications Magazine, pp.121 - 127, 2011)和文獻(xiàn) 2 (1.Psaras, R.G.Clegg, R.Landa, ff.K.Chai, and G.Pavlou, “Modelling and Evaluation of CCN-CachingTrees, ^IFIP Networking, 2011.)使用最近最少使用策略(Least Recently Used, LRU),文獻(xiàn)3(K.Katsaros, G.Xylomenos, and G.C.Polyzos, “MultiCache:An overlay architecturefor information-centric networking, ”Computer Networks, pp.1 - 11, 2011.)使用最近最多使用策略(Most Recently Used, MRU)及最近最頻繁使用策略(Most FrequentlyUsed, MFU)o
[0007]現(xiàn)有策略多為傳統(tǒng)IP網(wǎng)絡(luò)中的緩存置換策略，沒有充分利用CCN的以內(nèi)容為中心、內(nèi)容流行度有高低之分的特點(diǎn)，從而帶來低流行度內(nèi)容命中率低，用戶獲取低流行度內(nèi)容的平均命中距離過遠(yuǎn)的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的是:針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中緩存置換策略沒有考慮CCN中以內(nèi)容為中心以及內(nèi)容流行度有高低之分的特點(diǎn)、從而帶來低流行度內(nèi)容命中率不高、用戶獲取低流行度內(nèi)容的平均命中距離過遠(yuǎn)的問題，提供一種基于內(nèi)容流行度的CCN緩存分區(qū)置換方法，從而提高低流行度內(nèi)容的命中率、降低用戶獲取低流行度內(nèi)容的平均命中距離，改善CCN的網(wǎng)絡(luò)性能。
[0009]具體地說，本發(fā)明是采用以下的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的，包括以下步驟:
[0010]I)緩存區(qū)間劃分:處于CCN網(wǎng)絡(luò)中第L級(jí)的節(jié)點(diǎn)，將自身緩存分割成兩個(gè)區(qū)域，其中高流行度內(nèi)容占據(jù)緩存大小為C/2W ；
[0011]2)分區(qū)緩存與置換:節(jié)點(diǎn)收到數(shù)據(jù)包后，提取其中內(nèi)容的流行度，若屬于高流行度的內(nèi)容，則將數(shù)據(jù)包中的內(nèi)容存儲(chǔ)在高流行度內(nèi)容的緩存區(qū)間，若此時(shí)該緩存區(qū)間無剩余空間，則將緩存末尾的內(nèi)容移 除后再存儲(chǔ)數(shù)據(jù)包中的內(nèi)容；若屬于低流行度的內(nèi)容，則將數(shù)據(jù)包中的內(nèi)容存儲(chǔ)在低流行度內(nèi)容的緩存區(qū)間，若此時(shí)該緩存區(qū)間無剩余空間，則將緩存末尾的內(nèi)容移除后再存儲(chǔ)數(shù)據(jù)包中的內(nèi)容；上述兩種情況下，節(jié)點(diǎn)完成數(shù)據(jù)包中內(nèi)容的緩存之后，都將數(shù)據(jù)包向下級(jí)節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)，直到傳回請(qǐng)求該數(shù)據(jù)包的用戶處。
[0012]本發(fā)明的進(jìn)一步特征在于:高流行度內(nèi)容的類別范圍是所有內(nèi)容類別的前5%。
[0013]本發(fā)明的進(jìn)一步特征在于:所述CCN網(wǎng)絡(luò)為3層網(wǎng)絡(luò)。
[0014]本發(fā)明的有益效果如下:本發(fā)明在傳統(tǒng)置換方法LRU的基礎(chǔ)上考慮到達(dá)內(nèi)容的流行度，將不同流行度的內(nèi)容在節(jié)點(diǎn)緩存中分區(qū)存儲(chǔ)與置換。本發(fā)明通過內(nèi)容流行度有高低之分并將高低流行度內(nèi)容分開存儲(chǔ)，避免了低流行度內(nèi)容因?yàn)榈竭_(dá)率較低而很快被高流行度內(nèi)容置換掉的問題，從而提高了低流行度內(nèi)容的命中率，降低了用戶獲取低流行度內(nèi)容的平均命中距離，改善了 CCN的網(wǎng)絡(luò)性能。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為CCN網(wǎng)絡(luò)興趣包內(nèi)容示意圖。
[0016]圖2為CCN網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包內(nèi)容示意圖。
[0017]圖3為本發(fā)明方法流程圖。
[0018]圖4為本發(fā)明實(shí)施例的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0019]下面參照附圖并結(jié)合實(shí)例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0020]如圖3所示，本發(fā)明包括以下步驟:
[0021]I)緩存區(qū)間劃分:處于CCN網(wǎng)絡(luò)中第L級(jí)的節(jié)點(diǎn)，將自身緩存分割成兩個(gè)區(qū)域，其中高流行度內(nèi)容占據(jù)緩存大小為C/2W。
[0022]2)分區(qū)緩存與置換:節(jié)點(diǎn)收到數(shù)據(jù)包后，提取其中內(nèi)容的流行度，若屬于高流行度的內(nèi)容，則將數(shù)據(jù)包中的內(nèi)容存儲(chǔ)在高流行度內(nèi)容的緩存區(qū)間，若此時(shí)該緩存區(qū)間無剩余空間，則將緩存末尾的內(nèi)容移除后再存儲(chǔ)數(shù)據(jù)包中的內(nèi)容；若屬于低流行度的內(nèi)容，則將數(shù)據(jù)包中的內(nèi)容存儲(chǔ)在低流行度內(nèi)容的緩存區(qū)間，若此時(shí)該緩存區(qū)間無剩余空間，則將緩存末尾的內(nèi)容移除后再存儲(chǔ)數(shù)據(jù)包中的內(nèi)容；上述兩種情況下，節(jié)點(diǎn)完成數(shù)據(jù)包中內(nèi)容的緩存之后，都將數(shù)據(jù)包向下級(jí)節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)，直到傳回請(qǐng)求該數(shù)據(jù)包的用戶處。
[0023]其中，高流行度內(nèi)容的類別范圍可以是所有內(nèi)容類別的前5%。
[0024]如圖4所示，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)由3層內(nèi)容中心網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)串聯(lián)而成，靠近用戶處節(jié)點(diǎn)為第一級(jí)節(jié)點(diǎn)，靠近源服務(wù)器處為第3級(jí)節(jié)點(diǎn)；在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步設(shè)定內(nèi)容中心網(wǎng)絡(luò)可提供總的內(nèi)容文件數(shù)M = 40000個(gè)，根據(jù)流行度分為K = 400個(gè)類別，每一類包含m= 100個(gè)內(nèi)容文件，每個(gè)內(nèi)容文件被拆分為大小IOkB的數(shù)據(jù)塊(chunk);用戶產(chǎn)生的內(nèi)容請(qǐng)求服從參數(shù)為\ ! = 40content/sec的泊松分布；每個(gè)節(jié)點(diǎn)緩存大小C = 20GB。
[0025]方法具體實(shí)施步驟如下:
[0026]步驟1:緩存區(qū)間劃分，具體步驟如下:
[0027]處于CCN網(wǎng)絡(luò)中第L=I級(jí)的節(jié)點(diǎn)，將自身緩存分割成兩個(gè)區(qū)域，其中高流行度內(nèi)容占據(jù)緩存大小為C/2H=20GB，第L=2級(jí)的節(jié)點(diǎn)，高流行度內(nèi)容占據(jù)緩存大小為C/2h=10GB，第L=3級(jí)的節(jié)點(diǎn)，高流行度內(nèi)容占據(jù)緩存大小為C/2h=5GB ；
[0028]步驟2:分區(qū)緩存與置換，具體步驟如下:
[0029]Stepl:第2級(jí)節(jié)點(diǎn)收到數(shù)據(jù)包后，提取其中內(nèi)容A的流行度且發(fā)現(xiàn)A為低流行度內(nèi)容；
[0030]Step2:存儲(chǔ)低流行度內(nèi)容的緩存區(qū)域已滿，因此移除緩存隊(duì)列末尾的內(nèi)容Z且將余下內(nèi)容依次后移；
[0031]Step3:將內(nèi)容A存儲(chǔ)于低流行度內(nèi)容緩存隊(duì)列的頭部；
[0032]Step4:將數(shù)據(jù)包繼續(xù)向第I級(jí)節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)至用戶。
[0033]雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例公開如上，但實(shí)施例并不是用來限定本發(fā)明的。在不脫離本發(fā)明之精神和范圍內(nèi)，所做的任何等效變化或潤(rùn)飾，同樣屬于本發(fā)明之保護(hù)范圍。因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以本申請(qǐng)的權(quán)利要求所界定的內(nèi)容為標(biāo)準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于內(nèi)容流行度的CCN緩存分區(qū)置換方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)緩存區(qū)間劃分:處于CCN網(wǎng)絡(luò)中第L級(jí)的節(jié)點(diǎn)，將自身緩存分割成兩個(gè)區(qū)域，其中高流行度內(nèi)容占據(jù)緩存大小為C/2W ； 2)分區(qū)緩存與置換:節(jié)點(diǎn)收到數(shù)據(jù)包后，提取其中內(nèi)容的流行度，若屬于高流行度的內(nèi)容，則將數(shù)據(jù)包中的內(nèi)容存儲(chǔ)在高流行度內(nèi)容的緩存區(qū)間，若此時(shí)該緩存區(qū)間無剩余空間，則將緩存末尾的內(nèi)容移除后再存儲(chǔ)數(shù)據(jù)包中的內(nèi)容；若屬于低流行度的內(nèi)容，則將數(shù)據(jù)包中的內(nèi)容存儲(chǔ)在低流行度內(nèi)容的緩存區(qū)間，若此時(shí)該緩存區(qū)間無剩余空間，則將緩存末尾的內(nèi)容移除后再存儲(chǔ)數(shù)據(jù)包中的內(nèi)容；上述兩種情況下，節(jié)點(diǎn)完成數(shù)據(jù)包中內(nèi)容的緩存之后，都將數(shù)據(jù)包向下級(jí)節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)，直到傳回請(qǐng)求該數(shù)據(jù)包的用戶處。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于內(nèi)容流行度的CCN緩存分區(qū)置換方法，其特征在于:高流行度內(nèi)容的類別范圍是所有內(nèi)容類別的前5%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于內(nèi)容流行度的CCN緩存分區(qū)置換方法，其特征在于:所述CCN網(wǎng)絡(luò)為3層網(wǎng)絡(luò)。
【文檔編號(hào)】H04L12/861GK103634231SQ201310634622
【公開日】2014年3月12日 申請(qǐng)日期:2013年12月2日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月2日
【發(fā)明者】朱軼, 倪亞楠, 石振波 申請(qǐng)人:江蘇大學(xué)