用于物联网的缓存方法技术

本发明专利技术公开了一种用于物联网的缓存方法，将内容数据缓存在节点上，这样，用户向物联网请求数据时，节点上缓存的内容数据可以发送至用户，而不必每次都向内容提供者请求，这样可以使得数据发送时路由路径缩短，从而能够有效减少物联网流量负载、降低用户获取物联网数据的时延、减轻内容提供者的负担，并可以使得内容提供者可以进行休眠而不影响数据发送，并且本发明专利技术将内容数据有选择的缓存在靠近内容源并且该内容请求频率较高的节点上，降低了缓存的盲目性，可以有效降低节点上缓存的内容数据的替换频率。

Caching method for Internet of things

The invention discloses a method for caching the Internet of things, the content data cache on the node, so that the user request data to the network when the content data cache can be sent to the user node, without request to the content provider, which can shorten the routing path makes data transmission, which can to reduce traffic load and reduce network delay, network users by extract data to reduce the burden of the content provider, and the content providers can sleep without affecting the data transmission, and the node content data selectively cached in the content and the content request near the source of high frequency, reduce blindness the cache, can effectively reduce the frequency of replacement of content data cached on the node.

【技术实现步骤摘要】
用于物联网的缓存方法
本专利技术涉及一种用于物联网的缓存方法。
技术介绍
物联网（InternetofThings，IoT）是指通过信息传感设备，将需要进行信息传递的物体，按照相关协议与互联网相连而形成的一种网络，其主要功能是对物体的状态进行实时感知和智能控制，实现物理世界与虚拟世界的无缝连接。物联网是互联网的延伸和扩展，然而物联网节点具有高度异构性，物联网中不仅存在服务器、个人电脑、手持设备、路由器等高性能节点，还拥有数量众多的各种低功耗、小体积通信对象，如无线传感器和执行器、可穿戴设备、RFID标签等，这些终端具有共同的特征：受限的能源、有限的处理能力、少量的内存空间、脆弱的无线条件、应用的实时性要求，如此数量众多、资源受限且缺乏用户接口的IoT设备使得大规模IoT互联、尤其是海量数据的采集和分发成为挑战，给IoT体系结构带来了极大的压力。上百亿的IoT设备连接到互联网将产生海量的低速物联网流量，会增加核心网络的负担，而很大比例的IoT流量被多个终端用户频繁请求，减少由此带来的冗余传输十分必要，同时，很多IoT设备是可移动的，并且受限于能源、内存和计算能力，容易造成断续连接。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种用于物联网的缓存方法，其能够有效减少物联网流量负载、降低用户获取物联网数据的时延、减轻内容提供者的负担，使得内容提供者可以进行休眠而不影响数据发送，能有效降低节点上缓存的内容数据的替换频率。为解决上述技术问题，本专利技术提供的用于物联网的缓存方法，该方法包括：在物联网的每个节点上设置一个内容表，每个内容表中均包含n条记录，每条记录中均包含内容名称、请求次数、新鲜度值，每个内容表中的n条记录均始终按照请求次数的多少进行排序；用户设备向物联网发送内容请求，当用户设备发送的内容请求到达物联网的一个节点时，如果该节点的内容表中没有任何记录，则在该节点的内容表中添加一条记录，该记录的内容名称与内容请求一致，该记录的请求次数设置为1，该记录的新鲜度值设置为1；当用户设备发送的内容请求到达物联网的一个节点时，如果该节点的内容表中没有任何一条记录的内容名称与内容请求一致，则搜寻到该节点的内容表中的新鲜度值为n的记录并删除，然后在该节点的内容表中添加一条新的记录，该记录的内容名称与内容请求一致，该记录的请求次数设置为1，该记录的新鲜度值设置为1，并且将该节点的内容表中的其余记录的新鲜度值均加1；当用户设备发送的内容请求到达任意一个节点时，如果该节点的内容表中有一条记录的内容名称与内容请求一致，则将该记录的请求次数加1，并且将该节点的内容表中新鲜度值小于该记录的所有记录的新鲜度值均加1，同时将该记录的新鲜度值重置为1；当用户设备发送的内容请求到达内容提供者或内容缓存时，内容提供者或内容缓存将相应的内容数据按路由路径发送至用户设备，内容数据在发送之前附上缓存标签C=1，当内容数据到达物联网的任意一个节点时，只有在内容数据上的缓存标签C=1并且当前节点的内容表中的与内容数据相对应的记录的请求次数大于当前节点的内容表中的最小请求次数的情况下，才将内容数据在当前节点进行缓存并将缓存标签设置为C=0，其余情况下，当前节点直接将内容数据转发到路由路径的下一节点；与内容数据相对应的记录是指内容数据的内容名称与记录的内容名称一致。作为优选，所述的n的最大值为节点所能缓存的内容块的数量的1.5倍。采用以上结构后，本专利技术与现有技术相比，具有以下的优点：本专利技术的缓存方法，将内容数据缓存在节点上，这样，用户向物联网请求数据时，节点上缓存的内容数据可以发送至用户，而不必每次都向内容提供者请求，这样可以使得数据发送时路由路径缩短，从而能够有效减少物联网流量负载、降低用户获取物联网数据的时延、减轻内容提供者的负担，并可以使得内容提供者可以进行休眠而不影响数据发送，并且本专利技术将内容数据有选择的缓存在靠近内容源并且该内容请求频率较高的节点上，降低了缓存的盲目性，可以有效降低节点上缓存的内容数据的替换频率。附图说明图1为本专利技术的物联网的数据传输模型；图2是内容请求到达节点时的操作流程图；图3是内容数据达到节点时的操作流程图；图4是内容请求达到节点时内容表的变化示意图；图5是各类缓存算法的例证图；图6是方案1缓存命中率的箱图；图7是方案1跳数减少率的箱图；图8是方案1每节点缓存替换数的箱图；图9是方案2缓存命中率的箱图；图10是方案2跳数减少率的箱图；图11是方案2每节点缓存替换数的箱图；图12是随相对缓存大小变化的缓存命中率；图13是随相对缓存大小变化的跳数减少率。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细地说明。本专利技术中的物联网为基于内容中心体系架构的物联网，图1给出了本专利技术的物联网的系统模型及数据获取示意图，用户A远程发送Interest包，请求所需数据（如电力数据、监控数据等），该数据按内容中心网络要求具有内容名，并由节点1所采集，用户A按照内容中心网络以内容名路由的方式逐跳路由转发到达节点1，节点1根据采集频率等特点对采集到的数据设置生命期，封装数据并发送Data包，按Interest包经历的路径送达用户1，沿途节点可根据缓存策略有选择性地存储过往的数据（例如存储在汇聚节点2），若之后用户B需要同样的数据，所发送的Interest请求就可由节点2服务，直接把所需的数据发送给用户B，无需路由到源节点（节点1）获取数据，由此可见，网内缓存减少了数据传输的时延，同时减少了网络流量，减轻了源节点负载，另外，节点1可以在下一次数据采集前进入休眠状态以节省能量，在这个系统模型中，还需要考虑缓存替换问题，也需要考虑缓存内容与源数据的一致性以及针对物联网存在的内容新鲜度要求。由图2所示，本专利技术的缓存方法为LCD-S缓存算法，LCD-S缓存算法的主要思想是通过改进常用的LCD算法，使其具有更好的缓存性能，并能很好地适用于内容中心物联网,在该方法中，需要在物联网的每个节点上设计并维护一个内容表，每个内容表中均包含n条记录，每条记录中均包含内容名称、请求次数、新鲜度值，每个内容表中的n条记录均始终按照请求次数的多少从少到多进行排序，也就是说每个内容表中的n条记录的排列顺序均可以随着记录的请求次数的变化而实时调整。用户设备向物联网发送内容请求，内容请求中包含内容名称，当用户设备发送的内容请求到达物联网的一个节点时，如果该节点的内容表中没有任何记录，则在该节点的内容表中添加一条记录，该记录的内容名称与内容请求的内容名称一致，该记录的请求次数设置为1，该记录的新鲜度值设置为1。当用户设备发送的内容请求到达物联网的一个节点时，如果该节点的内容表中没有任何一条记录的内容名称与内容请求的内容名称一致，则搜寻到该节点的内容表中的新鲜度值为n的记录并删除，也就是说将新鲜度值最大的记录删除，然后在该节点的内容表中添加一条新的记录，该记录的内容名称与内容请求的内容名称一致，该记录的请求次数设置为1，该记录的新鲜度值设置为1，并且将该节点的内容表中的其余记录的新鲜度值均加1，也就是说将除了新添加的记录之外的其他记录的新鲜度值均加1。当用户设备发送的内容请求到达任意一个节点时，如果该节点的内容表中有一条记录的内容名称与内容请求的内容名称一致，则将该记本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于物联网的缓存方法，其特征在于，该方法包括：在物联网的每个节点上设置一个内容表，每个内容表中均包含n条记录，每条记录中均包含内容名称、请求次数、新鲜度值，每个内容表中的n条记录均始终按照请求次数的多少进行排序；用户设备向物联网发送内容请求，当用户设备发送的内容请求到达物联网的一个节点时，如果该节点的内容表中没有任何记录，则在该节点的内容表中添加一条记录，该记录的内容名称与内容请求一致，该记录的请求次数设置为1，该记录的新鲜度值设置为1；当用户设备发送的内容请求到达物联网的一个节点时，如果该节点的内容表中没有任何一条记录的内容名称与内容请求一致，则搜寻到该节点的内容表中的新鲜度值为n的记录并删除，然后在该节点的内容表中添加一条新的记录，该记录的内容名称与内容请求一致，该记录的请求次数设置为1，该记录的新鲜度值设置为1，并且将该节点的内容表中的其余记录的新鲜度值均加1；当用户设备发送的内容请求到达任意一个节点时，如果该节点的内容表中有一条记录的内容名称与内容请求一致，则将该记录的请求次数加1，并且将该节点的内容表中新鲜度值小于该记录的所有记录的新鲜度值均加1，同时将该记录的新鲜度值重置为1；当用户设备发送的内容请求到达内容提供者或内容缓存时，内容提供者或内容缓存将相应的内容数据按路由路径发送至用户设备，内容数据在发送之前附上缓存标签C=1，当内容数据到达物联网的任意一个节点时，只有在内容数据上的缓存标签C=1并且当前节点的内容表中的与内容数据相对应的记录的请求次数大于当前节点的内容表中的最小请求次数的情况下，才将内容数据在当前节点进行缓存并将缓存标签设置为C=0，其余情况下，当前节点直接将内容数据转发到路由路径的下一节点；与内容数据相对应的记录是指内容数据的内容名称与记录的内容名称一致。...

【技术特征摘要】
1.一种用于物联网的缓存方法，其特征在于，该方法包括：在物联网的每个节点上设置一个内容表，每个内容表中均包含n条记录，每条记录中均包含内容名称、请求次数、新鲜度值，每个内容表中的n条记录均始终按照请求次数的多少进行排序；用户设备向物联网发送内容请求，当用户设备发送的内容请求到达物联网的一个节点时，如果该节点的内容表中没有任何记录，则在该节点的内容表中添加一条记录，该记录的内容名称与内容请求一致，该记录的请求次数设置为1，该记录的新鲜度值设置为1；当用户设备发送的内容请求到达物联网的一个节点时，如果该节点的内容表中没有任何一条记录的内容名称与内容请求一致，则搜寻到该节点的内容表中的新鲜度值为n的记录并删除，然后在该节点的内容表中添加一条新的记录，该记录的内容名称与内容请求一致，该记录的请求次数设置为1，该记录的新鲜度值设置为1，并且将该节点的内容表中的其余记录的新鲜度值均加1；当用户设备发送的内容请求到达任...

【专利技术属性】
技术研发人员：李君，方朝曦，施炯，邵鹏飞，马炜，黄美华，
申请(专利权)人：浙江万里学院，
类型：发明
国别省市：浙江,33