一种内容中心网络缓存方法及系统技术方案

本发明专利技术公开一种内容中心网络缓存方法及系统。根据内容流行度选择缓存内容，缓存位置则由节点价值确定。流行度高的内容被缓存在节点价值高的缓存节点，流行度低的则缓存在价值较低的缓存节点处。将内容均匀的缓存在网络中，降低内容副本冗余，且缓存节点因其价值不同，放置内容副本也不同，提高了网络中内容多样性，内容替换频率也得以降低。

A Content-Centered Network Caching Method and System

【技术实现步骤摘要】
一种内容中心网络缓存方法及系统
本专利技术涉及内容中心网络缓存领域，特别是涉及一种内容中心网络缓存方法及系统。
技术介绍
现有的CCN缓存策略分为两种：基于缓存内容和基于缓存位置。LCE缓存是CCN默认缓存策略，它要求转发路径上的所有缓存节点缓存每一个经过的内容副本，这样将导致网络中出现大量内容副本冗余。Prob(p)概率缓存，每个缓存节点缓存内容副本的概率为p，不缓存概率为1-p。当缓存节点接收到由服务器发出的内容时，随机产生一个0～1之间的数，这个数小于等于p则缓存内容副本，否则直接转发到下一跳缓存节点。该缓存策略随机性较大，同样的内容副本可能被多次缓存，造成网络中内容副本冗余且内容多样性较低。LCD基于内容流行度的缓存策略，它将内容副本缓存在缓存命中的下一跳缓存节点中，来避免内容副本冗余。但是内容需要经过一段时间才能到达用户，在此过程中会有大量缓存命中，因此内容副本冗余是避免不了的。MCD和LCD的工作模式类似，都是将内容副本缓存在缓存命中的下一跳缓存节点中，不同的是MCD将删除缓存命中节点处的内容副本(除源服务器节点)，降低网络中内容副本冗余，但同时缓存节点的动态性将导致网络开销增大。Betw基于节点属性的缓存策略，将内容副本缓存在传输路径上具有最大介数的缓存节点中，其余节点不再缓存内容。对于不同的网络拓扑，该缓存策略都获得了较高的缓存命中率，但是缓存节点越重要，到达的请求数越多，需要缓存内容副本数越多，缓存节点处的内容副本更换频繁，后续的请求无法充分利用前期的缓存。同时只是将内容副本缓存在介数最大的缓存节点中，其余缓存节点闲置，不能充分利用CCN网络缓存的特性。LICA则从缓存内容方面来考虑，根据内容流行度将内容进行等级划分，只缓存流行度高的内容，此时网络中只存在流行度高的内容，其余内容被忽略，导致网络中内容多样性较低且内容副本替换频繁。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种内容中心网络缓存方法及系统，降低CCN网络中内容副本冗余，提高内容多样性，降低内容副本替换频率。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种内容中心网络缓存方法，包括：获取用户兴趣包，所述兴趣包包含请求内容名称；判断内容存储库中是否存储所述请求内容，得到第一判断结果；若所述第一判断结果表示内容存储库中存储所述请求内容，则结束操作；若所述第一判断结果表示内容存储库中未存储所述请求内容，则查找待定兴趣表，并判断所述待定兴趣表中是否包含请求内容条目，得到第二判断结果；若所述第二判断结果表示所述待定兴趣表中包含请求内容条目，则向所述待定兴趣表对应的请求内容条目中添加所述兴趣包到来端口，更新内容请求次数，并删除所述兴趣包，结束操作；若所述第二判断结果表示所述待定兴趣表中未包含请求内容条目，则建立所述请求内容条目；判断所述转发兴趣表中是否包含所述请求内容的匹配项，得到第三判断结果；若所述第三判断结果表示所述转发兴趣表中包含所述请求内容的匹配项，则更新内容请求次数和路由路径数，并计算中介中心性和特征向量中心性，转发所述兴趣包到下一跳节点；若所述第三判断结果表示所述转发兴趣表中未包含所述请求内容的匹配项，则丢弃所述兴趣包，结束操作；内容提供者提供数据包，所述数据包包含所述请求内容名称以及内容；通过所述数据包沿着请求方向反向路径到达缓存节点；根据所述内容请求次数计算内容流行度；根据所述路由路径数确定连通性；根据所述连通性、所述中介中心性和所述特征向量中心性，计算节点综合属性；根据所述内容流行度和所述节点综合属性判断内容是否需要缓存。可选的，所述更新内容请求次数和路由路径数，并计算中介中心性和特征向量中心性，转发所述兴趣包到下一跳节点，具体包括：更新内容请求次数和路由路径数；根据所述路由路径数确定缓存节点vs和vt之间的最短路由路径数σst以及缓存节点vs经vi到达vt的最短路由路径数σst(vi)；根据所述缓存节点vs和vt之间的最短路由路径数σst和所述缓存节点vs经vi到达vt的最短路由路径数σst(vi)采用公式确定缓存节点vi的中介中心性CB(vi)；根据公式确定缓存节点vi的特征向量中心性CE(vi)；其中，aij为缓存节点vi邻接矩阵A中的元素，特征值为λ，相应的特征向量为e＝(e1,e2,…,en)；转发所述兴趣包到下一跳节点。可选的，所述根据所述内容请求次数计算内容流行度，具体包括：获取最大内容请求次数；根据所述内容请求次数和最大内容请求次数采用公式确定内容流行度其中为内容k的流行度，为内容k在缓存节点vi处被请求的次数，为最大内容请求次数。可选的，所述根据所述路由路径数确定连通性，具体包括：根据路由路径数，得到请求内容k经过缓存节点vi的路由路径数cs(vi)和经过节点vi处的最大路由路径数cs(vi)max；根据所述路由路径数cs(vi)和所述最大路由路径数cs(vi)max采用公式确定连通性Cs(vi)。可选的，所述根据所述连通性、所述中介中心性和所述特征向量中心性，计算节点综合属性，具体包括：根据所述连通性、所述中介中心性和所述特征向量中心性采用公式M(vi)＝αCS(vi)+βCB(vi)+γCE(vi)，计算节点综合属性M(vi)；其中，α,β,γ分别代表三个属性所占的权重，所述权重的值由网络要求决定。可选的，所述根据所述内容流行度和所述节点综合属性判断内容是否需要缓存，具体包括：根据所述内容流行度和所述节点综合属性采用公式得到比值；判断所述比值是否小于1；若是，则转发数据包；若否，则缓存数据包。一种内容中心网络缓存系统，包括：获取模块，用于获取用户兴趣包，所述兴趣包包含请求内容名称；第一判断模块，用于判断内容存储库中是否存储所述请求内容，得到第一判断结果；操作结束模块，用于当所述第一判断结果表示内容存储库中存储所述请求内容时，结束操作；或者当若所述第二判断结果表示所述待定兴趣表中包含请求内容条目时，向所述待定兴趣表对应的请求内容条目中添加所述兴趣包到来端口，更新内容请求次数，并删除所述兴趣包，结束操作；或者当所述第三判断结果表示所述转发兴趣表中未包含所述请求内容的匹配项时，丢弃所述兴趣包，结束操作；第二判断模块，用于当所述第一判断结果表示内容存储库中未存储所述请求内容时，查找待定兴趣表，并判断所述待定兴趣表中是否包含请求内容条目，得到第二判断结果；请求内容条目建立模块，用于当所述第二判断结果表示所述待定兴趣表中未包含请求内容条目时，建立所述请求内容条目；第三判断模块，用于判断所述转发兴趣表中是否包含所述请求内容的匹配项，得到第三判断结果；节点属性计算模块，用于当所述第三判断结果表示所述转发兴趣表中包含所述请求内容的匹配项时，更新内容请求次数和路由路径数，并计算中介中心性和特征向量中心性，转发所述兴趣包到下一跳节点；数据包提供模块，用于通过内容提供者提供数据包，所述数据包包含所述请求内容名称以及内容；缓存节点到达模块，用于通过所述数据包沿着请求方向反向路径到达缓存节点；内容流行度计算模块，用于根据所述内容请求次数计算内容流行度；连通性确定模块，用于根据所述路由路径数确定连通性；节点综合属性确定模块，用于根据所述连通性、所述中介中心性和所述特征向量中心性，计算节点综合属性；缓存判断模块，用于根据所述内容流行度本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种内容中心网络缓存方法，其特征在于，包括：获取用户兴趣包，所述兴趣包包含请求内容名称；判断内容存储库中是否存储所述请求内容，得到第一判断结果；若所述第一判断结果表示内容存储库中存储所述请求内容，则结束操作；若所述第一判断结果表示内容存储库中未存储所述请求内容，则查找待定兴趣表，并判断所述待定兴趣表中是否包含请求内容条目，得到第二判断结果；若所述第二判断结果表示所述待定兴趣表中包含请求内容条目，则向所述待定兴趣表对应的请求内容条目中添加所述兴趣包到来端口，更新内容请求次数，并删除所述兴趣包，结束操作；若所述第二判断结果表示所述待定兴趣表中未包含请求内容条目，则建立所述请求内容条目；判断所述转发兴趣表中是否包含所述请求内容的匹配项，得到第三判断结果；若所述第三判断结果表示所述转发兴趣表中包含所述请求内容的匹配项，则更新内容请求次数和路由路径数，并计算中介中心性和特征向量中心性，转发所述兴趣包到下一跳节点；若所述第三判断结果表示所述转发兴趣表中未包含所述请求内容的匹配项，则丢弃所述兴趣包，结束操作；内容提供者提供数据包，所述数据包包含所述请求内容名称以及内容；通过所述数据包沿着请求方向反向路径到达缓存节点；根据所述内容请求次数计算内容流行度；根据所述路由路径数确定连通性；根据所述连通性、所述中介中心性和所述特征向量中心性，计算节点综合属性；根据所述内容流行度和所述节点综合属性判断内容是否需要缓存。...

【技术特征摘要】
1.一种内容中心网络缓存方法，其特征在于，包括：获取用户兴趣包，所述兴趣包包含请求内容名称；判断内容存储库中是否存储所述请求内容，得到第一判断结果；若所述第一判断结果表示内容存储库中存储所述请求内容，则结束操作；若所述第一判断结果表示内容存储库中未存储所述请求内容，则查找待定兴趣表，并判断所述待定兴趣表中是否包含请求内容条目，得到第二判断结果；若所述第二判断结果表示所述待定兴趣表中包含请求内容条目，则向所述待定兴趣表对应的请求内容条目中添加所述兴趣包到来端口，更新内容请求次数，并删除所述兴趣包，结束操作；若所述第二判断结果表示所述待定兴趣表中未包含请求内容条目，则建立所述请求内容条目；判断所述转发兴趣表中是否包含所述请求内容的匹配项，得到第三判断结果；若所述第三判断结果表示所述转发兴趣表中包含所述请求内容的匹配项，则更新内容请求次数和路由路径数，并计算中介中心性和特征向量中心性，转发所述兴趣包到下一跳节点；若所述第三判断结果表示所述转发兴趣表中未包含所述请求内容的匹配项，则丢弃所述兴趣包，结束操作；内容提供者提供数据包，所述数据包包含所述请求内容名称以及内容；通过所述数据包沿着请求方向反向路径到达缓存节点；根据所述内容请求次数计算内容流行度；根据所述路由路径数确定连通性；根据所述连通性、所述中介中心性和所述特征向量中心性，计算节点综合属性；根据所述内容流行度和所述节点综合属性判断内容是否需要缓存。2.根据权利要求1所述的内容中心网络缓存方法，其特征在于，所述更新内容请求次数和路由路径数，并计算中介中心性和特征向量中心性，转发所述兴趣包到下一跳节点，具体包括：更新内容请求次数和路由路径数；根据所述路由路径数确定缓存节点vs和vt之间的最短路由路径数σst以及缓存节点vs经vi到达vt的最短路由路径数σst(vi)；根据所述缓存节点vs和vt之间的最短路由路径数σst和所述缓存节点vs经vi到达vt的最短路由路径数σst(vi)采用公式确定缓存节点vi的中介中心性CB(vi)；根据公式确定缓存节点vi的特征向量中心性CE(vi)；其中，aij为缓存节点vi邻接矩阵A中的元素，特征值为λ，相应的特征向量为e＝(e1,e2,…,en)；转发所述兴趣包到下一跳节点。3.根据权利要求2所述的内容中心网络缓存方法，其特征在于，所述根据所述内容请求次数计算内容流行度，具体包括：获取最大内容请求次数；根据所述内容请求次数和最大内容请求次数采用公式确定内容流行度其中为内容k的流行度，为内容k在缓存节点vi处被请求的次数，为最大内容请求次数。4.根据权利要求3所述的内容中心网络缓存方法，其特征在于，所述根据所述路由路径数确定连通性，具体包括：根据路由路径数，得到请求内容k经过缓存节点vi的路由路径数cs(vi)和经过节点vi处的最大路由路径数cs(vi)max；根据所述路由路径数cs(vi)和所述最大路由路径数cs(vi)max采用公式确定连通性CS(vi)。5.根据权利要求4所述的内容中心网络缓存方法，其特征在于，所述根据所述连通性、所述中介中心性和所述特征向量中心性，计算节点综合属性，具体包括：根据所述连通性、所述中介中心性和所述特征向量中心性采用公式M(vi)＝αCS(vi)+βCB(vi)+γCE(vi)，计算节点综合属性M(vi)；其中，α,β,γ分别代表三个属性所占的权重，所述权重的值由网络要求决定。6.根据权利要求5所述的内容中心网络缓存方法，其特征在于，所述根据所述内容流行度和所述节点综合属性判断内容是否需要缓存，具体包括：根...

【专利技术属性】
技术研发人员：季彦呈，张晓，章国安，朱晓军，段玮，邱龚安，曹娟，
申请(专利权)人：南通大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32