信息中心网络节点缓存替换方法技术

本发明专利技术公开了一种信息中心网络节点缓存替换方法，包括：节点接收上一级节点发送过来的数据包ck；计算ck在节点的缓存概率pik和已缓存在该节点中的各数据包的丢弃概率；如果节点已保存的数据包中有缓存概率小于所述pik的数据包，节点丢弃缓存价值最低的已保存数据包，缓存所述ck；节点发送所述ck到其下一级节点；更新所述节点的缓存状态。本发明专利技术的技术方案能有效提升节点缓存空间的利用率和网络的传输效率。

Network node cache replacement method for Information Center

The present invention discloses a method of network node cache replacement for Information Center, including: nodes receive the data packet CK sent by the first level node; calculate the cache probability Pik of the node and the discarding probability of each packet that has been cached in the node; if the node has been saved, the cache probability is less than the Pik. Packets, the node discards the saved data packet with the lowest value of the cache, caches the CK; the node sends the CK to its next level node; updates the cache state of the node. The technical proposal of the invention can effectively improve the utilization rate of the node buffer space and the transmission efficiency of the network.

【技术实现步骤摘要】
信息中心网络节点缓存替换方法
本专利技术涉及无线网络虚拟化(简称，WNV)技术与信息中心网络(简称，ICN)结合的新网络环境：无线网络虚拟化的信息中心(简称，ICWNV)网络数据传输技术，特别涉及到一种ICWNV网络中的节点数据缓存替换方法。
技术介绍
WNV作为下一代网络体系架构中最有发展前景的架构之一，即在保留现有互联网的前提下，通过在现有的网络上构建虚拟网络(简称，VN)来满足多样化应用的需求。网络虚拟化是对网络设备的虚拟化，即对传统的路由器、交换机等设备进行增强，使其可以支持大量的可扩展的应用。WNV技术则是解决了当前互联网网络架构所面临的僵化问题，它通过虚拟化技术对共用的底层基础设施进行抽象并提供统一的可编程接口，将多个彼此隔离且具有不同拓扑结构的VN同时映射到共用的基础设施上，为用户提供差异性服务，实现资源共享。ICN网络作为下一代网络体系结构研究的新热点，它采用以信息为中心的通信方式替代了现有的以端为中心的通信方式，直接对内容进行统一标识并基于内容标识进行定位、路由和传输，将网络打造成为信息传输、存储和服务的一体化平台。在ICN中最重要的特征之一就是网内缓存，利用网络节点中的存储空间缓存内容的副本，就近响应用户的请求，可以有效的减少冗余流量，缓解网络带宽压力，降低用户获取内容时间。从而提高了用户获取内容资源的传输效率和网络资源的利用率，降低了网络时延和网络流量，改善了网络性能。在当今网络数据流量爆炸式增长下，用户除了希望网络能提供计算资源、带宽资源等传统服务外，同时他们也需要网络为他们提供更快速获取内容资源的服务。所以研究者们提出无线网络虚拟化的信息中心网络，该网络以ICN作为底层基础设施网络(简称，SN)，VN为任意拓扑网络，在ICN与WNV结合的网络环境下不仅可以在不同的服务提供商之间共享基础设施资源，也可以共享内容资源；不仅可以实现虚拟化带来的增益，同时也可以实现网内缓存带来的收益。如图1所示为在ICWNV网络中的基本网络映射模型。在ICWNV网络中，虚拟节点携带用户所需的内容信息，通过节点映射与链路映射过程，底层物理网络为节点映射和链路映射提供足够的CPU和带宽资源；同时，映射节点会发送用户所需内容的请求，从而SN也需要为该映射中提供所需的内容来完成用户的请求。用户所请求的内容可以从数据中心获取，也可以从中间节点的缓存中获取。从图1中可以知道，通过中间节点获取内容，可以大大减少获取内容的平均跳数，降低用户的响应时间，提高网络的性能。但是节点的缓存空间容量较小，根据节点映射和链路映射的范围，随着用户请求不同内容数量的增加，节点的缓存空间将达到饱和以及稳定状态。此时，如果有新的内容到达节点时，节点则需要判断是否需要替换该节点中已经缓存的内容。节点缓存内容替换的方法主要有三种技术方案：1，最近最少使用方法，在节点中维护一个缓存项队列，队列中的内容按照每项的最后被访问时间排序。缓存空间饱和后，如果接收到新的内容，节点将删除最后一次被访问时间距离当前时刻最久的数据项。2，最近最低频率方法，缓存空间饱和后，如果接收到新的内容，节点将删除缓存中使用频率最小的内容项。3，先入先出方法，缓存空间饱和后，如果接收到新的内容，节点将删除最先缓存的内容项。上述三种替换方法存在的问题是，最近最少使用方法仅考虑了数据的最近使用时间，在进行缓存替换时会造成使用频率较高的内容被删除，而保留下使用频率较低的内容；最近最低频率方法仅考虑了内容使用的频率，如果某内容在过去一段时间内被大量请求，使该内容具有较大的请求频率，即使在最近时间该内容块的请求频率急剧下降，但由于前面的高频率请求使该内容获得了较大的比重，因此该内容即使当前请求频率很低也不能及时地将其替换，从而长期占用内存空间；先入先出方法在节点实现上最为简单，但在进行内容替换时没有考虑节点缓存内容使用情况。现有技术的上述问题在于，同时在进行缓存数据的替换时，仅考虑了单一的影响数据是否缓存或删除的因素，如当前用户访问该数据所需跳数、最近访问时间、访问频率，而没有综合考虑数据在网络中的使用价值，不利于数据在节点中的缓存与提高网络的整体传输效率。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提出了一种信息中心网络节点缓存替换方法，以提高信息中心无线网络虚拟化中数据整体传输效率。为了实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：一种信息中心网络节点缓存替换方法，包括：节点接收上一级节点发送过来的数据包ck；计算ck在所述节点的缓存概率pik和已缓存在所述节点中的各数据包的丢弃概率；如果所述节点已保存的数据包中有缓存概率小于所述pik的数据包，所述节点丢弃缓存价值最低的已保存数据包，缓存所述ck；所述节点发送所述ck到其下一级节点；更新所述节点的缓存状态。进一步的，所述计算ck在所述节点的缓存概率pik和已缓存在所述节点中的各数据包的丢弃概率包括：构建所述节点缓存状态的马尔科夫链稳态概率方程；计算所述节点处于缓存稳态时保存有数据包ck的概率；构建任意节点响应请求任意数据的兴趣包的平均响应跳数的目标函数；根据所述目标函数计算所述的最小值获得所述min)对应的所述ck在所述节点的缓存概率pik和所述节点已缓存的各数据包的丢弃概率。进一步的，所述构建所述节点缓存状态的马尔科夫链稳态概率方程包括：计算所述节点的缓存状态从状态j-1转移到状态j的转移概率Pj-1,j；计算所述节点的缓存状态从状态j转移到状态j的转移概率Pj,j；计算所述节点的缓存状态从状态f转移到状态j的转移概率Pf,j；计算所述节点的缓存状态从状态j转移到状态0的转移概率Pj,0；根据所述Pj-1,j，Pj,j，Pf,j，Pj,0构建所述节点缓存状态的稳态概率方程。进一步的，所述计算所述节点处于缓存稳态时保存有数据包ck的概率包括：根据最近访问时间Tc内所述ck被请求的次数Countk和所述Tc内所有数据包被请求的总次数Counta计算用户请求所述ck的概率Wk；计算所述节点处于状态j时有数据包ck的概率gik(j)；根据所述节点处于各状态时有数据包ck的概率计算节点处于缓存稳态时保存有数据包ck的概率其中，所述βk为所述ck的流行度加权值，βk∈[0,1]。优选的，所述最近访问时间Tc＝15秒。进一步的，所述构建任意节点响应请求任意数据的兴趣包的平均响应跳数的目标函数包括：计算任意节点发送请求数据包ck的兴趣包，并在距离该节点第h跳的节点响应的概率Ghk；计算任意节点请求数据包ck的平均响应跳数构建用户在任意节点请求任意数据包的平均响应跳数的目标函数优选的，所述所述节点丢弃缓存价值最低的已保存数据包包括：所述节点丢弃已保存数据包中缓存概率最小的数据包。优选的，所述所述节点丢弃缓存价值最低的已保存数据包包括：所述节点丢弃已保存数据包中丢弃概率最大的数据包。优选的，所述所述节点丢弃缓存价值最低的已保存数据包包括：计算各已保存数据包的缓存丢弃概率比：所述节点丢弃已保存数据包中缓存丢弃概率比最小的数据包。优选的，所述方法还包括：所述节点丢弃已保存的数据包中的最近一次请求时间间隔大于预设的缓存生存时间阈值ΔT的数据包。本专利技术技术方案中，节点在进行数据包缓存替换时，综合考虑了各数据包在节点的缓存概率以及节点已缓存本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种信息中心网络节点缓存替换方法，其特征在于，包括：节点接收上一级节点发送过来的数据包ck；计算ck在所述节点的缓存概率pik和已缓存在所述节点中的各数据包的丢弃概率；如果所述节点已保存的数据包中有缓存概率小于所述pik的数据包，所述节点丢弃缓存价值最低的已保存数据包，缓存所述ck；所述节点发送所述ck到其下一级节点；更新所述节点的缓存状态。

【技术特征摘要】
1.一种信息中心网络节点缓存替换方法，其特征在于，包括：节点接收上一级节点发送过来的数据包ck；计算ck在所述节点的缓存概率pik和已缓存在所述节点中的各数据包的丢弃概率；如果所述节点已保存的数据包中有缓存概率小于所述pik的数据包，所述节点丢弃缓存价值最低的已保存数据包，缓存所述ck；所述节点发送所述ck到其下一级节点；更新所述节点的缓存状态。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算ck在所述节点的缓存概率pik和已缓存在所述节点中的各数据包的丢弃概率包括：构建所述节点缓存状态的马尔科夫链稳态概率方程；计算所述节点处于缓存稳态时保存有数据包ck的概率；构建任意节点响应请求任意数据的兴趣包的平均响应跳数的目标函数；根据所述目标函数计算所述的最小值获得所述对应的所述ck在所述节点的缓存概率pik和所述节点已缓存的各数据包的丢弃概率。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述构建所述节点缓存状态的马尔科夫链稳态概率方程包括：计算所述节点的缓存状态从状态j-1转移到状态j的转移概率Pj-1,j；计算所述节点的缓存状态从状态j转移到状态j的转移概率Pj,j；计算所述节点的缓存状态从状态f转移到状态j的转移概率Pf,j；计算所述节点的缓存状态从状态j转移到状态0的转移概率Pj,0；根据所述Pj-1,j，Pj,j，Pf,j，Pj,0构建所述节点缓存状态的稳态概率方程。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述计算所述节点处于缓存稳态时保存有数据包ck的概率包括：根据最近访问时间Tc内所述ck被...

【专利技术属性】
技术研发人员：李铮，蒋文豪，刘期烈，诸葛丽强，曹傧，李建雄，黄东，刘竟成，李国军，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50