一种减小移动内容中心网络中内容获取时延的解决方法技术

本发明专利技术请求保护一种减小移动内容中心网络中内容获取时延的解决方案，属于通信技术领域。该方案主要包括内容流行度列表的建立、预取列表的建立、拥塞控制、预取具体操作等几个关键步骤。内容流行度列表与预取列表确定了需要预取的内容，缓存节点根据预取触发方式对内容进行预取，同时根据网络状态采用显式拥塞控制对内容预取窗口进行动态调节，结合预取具体操作完成对内容的预取。该方案利用内容中心网络中内容能被进一步分割成多个分块的特点，对给定内容的后续分块进行预取，把后续内容分块逐渐推送到离用户较近的节点，降低用户获取内容的时延。

A Solution to Reduce the Delay of Content Acquisition in Mobile Content Center Network

The invention requests to protect a solution to reduce content acquisition delay in mobile content center network, which belongs to the field of communication technology. This scheme mainly includes several key steps, such as the establishment of content popularity list, the establishment of prefetch list, congestion control, prefetch operation and so on. Content popularity list and prefetch list determine what needs to be prefetched. Cache nodes prefetch content according to prefetch trigger mode. At the same time, explicit congestion control is used to dynamically adjust the content prefetch window according to network state, and prefetch content is completed by specific prefetch operation. The scheme takes advantage of the feature that content can be further divided into multiple blocks in the content-centric network. It prefetches the subsequent blocks of a given content, pushes the subsequent blocks to the nodes nearer to the users gradually, and reduces the delay of users'acquisition of content.

【技术实现步骤摘要】
一种减小移动内容中心网络中内容获取时延的解决方法
本专利技术属于通信
，涉及一种移动内容中心网络中内容目标的预取操作策略。
技术介绍
内容中心网络(Content-CentricNetworks，CCN)是一种以内容为中心的网络，是未来网络架构的重要组成部分。内容中心网络以内容为中心而不再以主机为中心，即整个网络的核心是内容，并且通过命名的方式来对不同的内容进行标识。CCN的主要职责在于对整个网络中的内容进行有效缓存和高效分发，从而快速地将正确的内容返回给用户。CCN网络最主要的特点之一是网络内置缓存，由于对网络中的内容采用基于名字的命名方式，CCN缓存路由器可以识别内容并对其进行标识和转发等操作，因此，部分内容可缓存在网络中具有缓存功能的路由器上，而不仅仅缓存于服务器，这将加快内容分发速度，减轻服务器负载。CCN中内容对象可以被划分为细粒度分块，因此可以基于分块进行数据传输，CCN中存在两种典型包：Interest包(兴趣包)和Data包(数据包)，两种包的类型结构如图1所示。请求者通过发送Interest包来请求内容，节点收到该包时，若缓存中存有相应内容则进行响应，否则将该包转发至下一跳节点。CCN中Interest包和Data包都与位置无关，因此，用户发送的请求能被其他对此内容感兴趣的请求者共享。CCN中缓存节点对Data包的处理与IP中类似，具体地，当Interest包到达路由器端口时，路由器利用Interest包中带有的名字进行最长前缀匹配，根据匹配结果做出相应的操作：返回相应的Data包或继续转发Interest包。移动CCN网络即CCN网络的无线场景模型如图2所示，在该网络模型中，一个区域由一个站点提供内容分发服务。其中，每个站点由多个无线接入点(AccessPoint，AP)覆盖，称缓存流行内容的站点为CH(CH：ClusterHead)。如果站点内的用户请求内容，并且CH已经缓存了相应内容，则CH将通过快速Wi-Fi连接将其发送给用户。否则，请求将被转发到远程服务器(外部互联网)，远程服务器保持有所有内容的副本。移动CCN网络中，站点处的用户由AP接入CCN网络请求内容，网络中用户可以在不同CH之间移动，很显然，用户的移动性会导致内容请求中断，用户移动性的加入还将会导致如下问题：从运营商的角度来看，当移动用户转移到其他缓存节点时，网络中其他缓存节点都没有缓存移动用户请求的内容，这将极大地降低网络服务质量，导致客源流失。从用户的角度来看，当移动用户请求中断后，用户需要重新发送对相同内容的请求，这将会增加用户获取内容的时延，严重降低用户体验。根据上述分析可知，CCN中用户移动性的加入会对运营商和用户产生严重影响。针对上述问题，为了保证用户在移动后依然能够很快地请求到内容，现有的解决方法主要有三种：(1)反应型：当用户移动后，其旧接入点继续保持对请求内容的缓存，等用户到达新接入点后，新接入点将从旧接入点请求内容。反应型的优点是缓存冗余度较低，因为反应型方法是在旧接入点进行内容缓存，所以比主动型及持久订阅的缓冗余度都要低。但用户获取的内容需要从旧接入点传输到新接入点，因此内容的获取时延相对较长。(2)持久订阅：无论用户是在线还是离线状态，代理都会保持对用户感兴趣内容的订阅，同时代理会一直缓存与订阅匹配的内容。由于必须维持用户的订阅和持久缓存，因此会造成内存使用成本很高。(3)主动型：在用户移动之前，将用户请求的内容提前主动缓存在新接入点，用户在连接到新接入点后可马上请求到想要的内容。主动型的优点是内容获取时延较低，因为主动型是在新接入点进行内容的缓存，但同时也带来了缓存冗余度较高的缺点。上述三种方法各有优缺点，由于上述方法都是基于缓存策略来减少用户获取内容的时延，并没有结合预取操作来进一步降低用户获取内容时延，因此，本专利技术提出一种基于预取操作的缓存方法。基于预取操作的缓存方法指，建立预取模型，对预取模型中给定内容的后续分块进行预取并缓存，因此，本方案能够减小用户获取内容的时延。此外，本方案中引入拥塞控制策略，能有效解决预取操作中经常引起的网络拥塞问题，同时拥塞控制策略的引入也能有效提高网络资源利用率。CCN网络中从内容源获取内容时，内容会经过网络中多个缓存节点，但是具体对哪些内容进行预取缓存以及如何设计具体的预取操作，才能使得网络性能最佳，这是基于预取操作的缓存方法需要解决的问题。基于预取操作的缓存方法对流行度较高的内容进行提前预取，保证移动用户到达新缓存节点后能尽快获取到自己请求的内容。CCN预取的目标是充分利用有限的缓存容量，在保证不造成网络拥塞的情况下减少用户获取内容的时延。以前的研究工作大多集中在预取模型的建立，并没有对预取操作的具体方式进行研究。本专利技术在结合预测模型及预取控制的基础上执行具体的预取操作，来最终达到CCN预取的目标，即尽最大努力减少用户获取内容的时延。
技术实现思路
本方法提出了流行度列表-预取列表-拥塞控制-预取具体操作的一整套完善的预取机制，保证对流行度较高的内容进行提前预取，同时结合缓存空间的有限性以及内容的公平性建立预取列表，执行预取操作的同时会带来网络拥塞的问题，拥塞控制策略的加入可保证在不造成网络拥塞的前提下对内容进行预取。在预取具体操作中，设计基于请求命中触发模式和数据触发模式的预取模式，这使得整个预取操作“不盲目”预取，这样不仅可以降低不必要的网络流量，同时也有效地利用缓存空间，这也是本方案的优点之一。本专利技术分为四个部分(整体方案流程图如图3所示)，即：流行度列表、预取列表的建立，显式拥塞控制策略的动态调整以及预取具体操作流程。综合考虑CCN节点缓存容量、网络状态和保护内容公平性的原则，提出基于预取操作的缓存策略。四个部分具体操作如下：其一：流行度列表的建立(如图4)，依据内容流行度的大小对内容进行排名，得到流行度列表，其中流行度列表中的内容分为两种：一种是已经存在于缓存节点当中的内容，另一种是未存在于缓存节点当中的内容，需要预取的则是未存在于缓存节点当中的内容。同时，进行预取内容标志位的设计，即未存在于缓存节点当中的内容的预取内容标志位被设置为1，存在于当前缓存节点的内容的预取内容标志位被设置为0。CCN网络中路由器需要以线速缓存和转发到达的内容分块，这将限制缓存路由器能够支持的缓存大小。由于缓存容量的限制，系统并不能将流行度列表当中的内容全部缓存，因此，需要设计一条流行度截止线对流行度进行分割，流行度截止线的选取如图5所示。假设流行度列表中排名为k的内容的流行度为P(k)，同理排名为k-1和k+1的内容的流行度分别为P(k-1)和P(k+1)，内容流行度分布大致遵循Zipf分布，当流行度越来越低时，流行度曲线相对平缓，也就是说流行度之间的差值越来越小，因此期望设计找到流行度最为相似的地方为截止线，计算方式如下：[P(k-1)-P(k)]2-[P(k)-P(k+1)]2＜ε式中ε是一个趋近于无穷小的数。得到流行度截止线x＝k，当内容流行度的排名大于k时，系统对内容进行缓存，反之，则不缓存。其二：预取列表的建立(如图6)，流行度其实是对用户请求行为的真实反映，因此采用流行度越高的内容被预取比例越大的概念来进行预取数量的设计。对内容预取数量的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种减小移动内容中心网络中内容获取时延的解决方法，其特征在于：包括预取模型、拥塞控制策略以及内容的具体预取操作；其中，预取模型确定执行预取操作的目标对象，是执行内容预取操作的前提；拥塞控制策略是对网络环境的保障；内容的具体预取操作是对内容执行预取的详细步骤；本专利技术是利用预取操作减小用户在移动内容中心网络中获取时延的解决方案。

【技术特征摘要】
1.一种减小移动内容中心网络中内容获取时延的解决方法，其特征在于：包括预取模型、拥塞控制策略以及内容的具体预取操作；其中，预取模型确定执行预取操作的目标对象，是执行内容预取操作的前提；拥塞控制策略是对网络环境的保障；内容的具体预取操作是对内容执行预取的详细步骤；本发明是利用预取操作减小用户在移动内容中心网络中获取时延的解决方案。2.根据权利要求1所述的一种减小移动内容中心网络中内容获取时延的解决方法，其特征在于：预取模型中，内容中心网络路由器根据流行度大小对内容进行排名，形成流行度列表，流行度列表中设置了预取内容标志位，即未存在于本地缓存当中的内容的预取内容标志位为1，存在于本地缓存当中的内容的预取内容标志位为0；在预取模型中，根据缓存节点空间的有限性以及内容的公平性，对流行度列表进行了进一步的设计，根据调整因子、内容预取率、内容大小、预取内容标志位，形成一张内容预取列表。3.根据权利要求1所述的一种减小移动内容中心网络中内容获取时延的解决方法，其特征在于：所述拥塞控制策略共分为三个步骤：第一，主动...

【专利技术属性】
技术研发人员：段洁，邢媛，韩健，赵国锋，曾帅，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50