一种基于请求内容关联性的ICN网络预缓存方法技术

本发明专利技术提供一种基于请求内容关联性的ICN网络预缓存方法，本发明专利技术中，通过分析ICN网络中用户请求内容块之间的联系特性，利用用户请求内容块之间的相关性，设计了一种节点之间协作的预缓存策略。该策略针对现有缓存策略没有充分考虑用户多次请求之间关系的特性，引入了预缓存的方式，在一定程度上降低了用户的请求时延问题,同时，根据请求内容的流行性问题，逐步的将流行的内容放置在网络的边缘。

【技术实现步骤摘要】
一种基于请求内容关联性的ICN网络预缓存方法
本专利技术涉及信息中心网络
，具体是涉及一种基于请求内容关联性的ICN网络预缓存方法。
技术介绍
随着互联网技术的广泛普及与应用，当前的网络体系出现了诸多不足，严重影响互联网的进一步发展，目前，网络应用主体已由硬件共享转为文字信息、图像和视频的内容服务，用户关注的不再是内容存储在哪里，而是内容本身，以及内容检索与传输速度、质量和安全性，因此，基于主机的通信模型已经不适合当前网络发展的需要。近年来，将内容与主机分离的改进方法引起了学术界的广泛关注，以内容为中心的网络成为未来网络发展的重要模式，信息中心网络(InformationCentricNetworking,ICN)直接把内容作为网络处理的基本对象，将内容的存储地址，安全性以及可访问性与内容本身分离开来，并且赋予路由节点缓存的能力，其优势在于极大地降低了用户的请求时延，节省了网络带宽，从而提升了网络的性能。缓存作为ICN网络的特征之一，其极大地减少了网络传输流量，降低了网络拥塞。ICN网络通过缓存将用户高请求频度的内容保留在网络之中，使得用户可以以最短的时间获得所需内容，因此，将缓存的概念加入ICN网络提升了网络性能，在一定程度上提高了用户体验，这里，如何在具有缓存能力的网络设备中存放内容来提高网络性能成为一个实际存在的问题，也就是说，网络中的内容选择哪些内容进行存储，选择的这些内容放置在哪些节点上。根据CisoVNI报告的显示，在2018年中，视频类应用产生的网络流量占据网络总流量的79％，其中，互联网上请求内容的产生相关流量将超过97.5％。而现有的方案大都没有考虑内容分块后，用户对同一内容各块请求之间的关联性，以此进行同一内容后续请求块的预缓存，另外，缓存算法设计时，各请求内容块的流行度都是预先设定的，无法体现内容块的真实请求情况。因此，根据实际应用的流量分布情况，研究一种基于请求内容关联性的ICN网络预缓存方法对于网络性能的提升是至关重要的。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种基于请求内容关联性的ICN网络预缓存方法，本专利技术利用用户请求内容块，预先缓存用户请求内容块的后续内容块，设置逗留时间，并将流行内容块推送至网络边缘，降低用户请求时延，为信息路由快速转发提供技术支持。本专利技术所采用的技术方案是：一种基于请求内容关联性的ICN网络预缓存方法，包括以下步骤：步骤S1、模型定义：将网络模型定义为无向图G＝(V,E)，其中V＝{v1,v2,L,vw}为网络节点集合，即路由器节点，下标w是指网络节点的个数，E是节点间边的集合；ei,j＝(vi,vj)∈E表示节点vi、vj之间的没有方向的链路；将网络中一组内容集合定义为O＝{O1,O2,L,Ok,L,OM}，其中M表示网络中内容的数量，将一个内容Ok划分成nk个块，记为步骤S2、预缓存存储决策：用户通过路由器节点向内容源服务器CSS发出关于内容Ok,m的兴趣包内容源服务器CSS依据收到的兴趣包主动地将预缓存兴趣包和用户请求的内容Ok,m的后续块即预缓存数据包发送给指定的路由器节点进行存储；步骤S3、预缓存内容的推进：若路由器节点收到的是兴趣包该路由器节点计算内容Ok,m的局部活跃度LACC，并依据LACC的取值直接在该路由器节点调整内容Ok,m的逗留时间，并发送兴趣包对下游路由器节点进行响应；若缓存节点收到的是预缓存兴趣包，内容源服务器CSS响应预缓存兴趣包，并发送该内容Ok,m剩余块的预缓存数据包，并设置预缓存内容的预逗留时间；步骤S4、逗留时间的计算：内容源服务器CSS根据包的类型分别对逗留时间进行设置，对于用户请求的内容Ok,m，根据滑动窗口动态的改变逗留时间，对于预缓存的内容，设置临时缓存时间，防止预缓存内容长时间占用存储空间；步骤S5、缓存替换策略：随着路由器节点中缓存内容数量的增加，存储空间逐渐减少，当路由器节点中存储空间为0时，新请求的内容是否进行缓存则需要根据缓存替换策略决定。进一步的，步骤S2中的兴趣包是由兴趣包产生器根据内容Ok,m生成的。进一步的，用户到内容源服务器CSS之间的路径lio中的路由器跳数为h，内容Ok,m的后续块的数量为nk-m块；步骤S2中在对内容Ok,m的后续块进行存储时包括以下步骤：步骤S21、内容源服务器CSS根据用户请求的兴趣包记录路径lio中路由器节点的ID集；步骤S22、计算路径lio中路由器节点缓存内容的数量f：步骤S23、计算存储内容与存储节点之间的关系q：q即为路由器节点的下标；步骤S24、将内容Ok,m的后续块发送到路由器节点vq进行缓存。进一步的，步骤S3在对内容Ok,m的局部活跃度LACC进行计算时，分别对和进行计算，并对两者的值进行比较，其中，局部活跃度LACC的计算公式如下：式中，γ为权值参数且γ＞1,K为滑动窗口的宽度参数，即时间窗口由K个时长为T的时隙构成，表示在滑动窗口中的第j个时隙Tj内内容被访问的次数，即即时流行度，表示内容Ok,i在时间区间[(K-1)×T,tx+1]内的请求次数；若说明内容Ok,m流行度变大，节点vj将对应的数据包中的字段CNI置0，当下游的路由器节点收到该数据包时，查看该CNI，如果CNI为0，则表示该内容需要缓存，并依据LACC计算该内容的逗留时间，通过CNI字段将内容推向了下一跳内容；若说明内容Ok,m的活跃度LACC降低，依据LACC的取值直接在该节点调整内容的逗留时间，并发送数据包对下游路由器节点进行响应，当下游路由器节点收到数据包后，查看缓存指示字段CNI，决定是否进行内容的存储，由于CNI字段为-1，所以该节点只需进行内容的转发。进一步的，步骤S5中的缓存替换策略包括：对于预缓存的内容，若在预缓存的时间内，该内容没有被用户请求，则该内容将很快处于可删除状态；若新请求的内容到达时，处于删除状态的内容块将会优先被替换掉；若路由器节点的存储空间中不存在删除状态的内容块，新到达的内容将会替换掉路由器节点中具有最小逗留时间的内容块。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术中，通过分析ICN网络中用户请求内容块之间的联系特性，利用用户请求内容块之间的相关性，设计了一种节点之间协作的预缓存策略。该策略针对现有缓存策略没有充分考虑用户多次请求之间关系的特性，引入了预缓存的方式，在一定程度上降低了用户的请求时延问题,同时，根据请求内容的流行性问题，逐步的将流行的内容放置在网络的边缘。附图说明图1是本专利技术的流程示意图；图2是本专利技术中路由器节点对兴趣包进行处理的流程示意图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术中，通过分析ICN网络中用户请求内容块之间的联系特性，利用用户请求内容块之间的相关性，设计了一种节点之间协作的预缓存策略。该策略针对现有缓存策略没有充分考虑用户多次请求之间关系的特性，引入了预缓存的方式，在一定程度上降低了用户的请求时延问题。同时，根据请求内本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于请求内容关联性的ICN网络预缓存方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1、模型定义：将网络模型定义为无向图G＝(V,E)，其中V＝{v1,v2,L,vw}为网络节点集合，即路由器节点，下标w是指网络节点的个数，E是节点间边的集合；将网络中一组内容集合定义为O＝{O1,O2,L,Ok,L,OM}，其中M表示网络中内容的数量，将一个内容Ok划分成nk个块，记为

【技术特征摘要】
1.一种基于请求内容关联性的ICN网络预缓存方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1、模型定义：将网络模型定义为无向图G＝(V,E)，其中V＝{v1,v2,L,vw}为网络节点集合，即路由器节点，下标w是指网络节点的个数，E是节点间边的集合；将网络中一组内容集合定义为O＝{O1,O2,L,Ok,L,OM}，其中M表示网络中内容的数量，将一个内容Ok划分成nk个块，记为步骤S2、预缓存存储决策：用户通过路由器节点向内容源服务器CSS发出关于内容Ok,m的兴趣包内容源服务器CSS依据收到的兴趣包主动地将预缓存兴趣包和用户请求的内容Ok,m的后续块即预缓存数据包发送给指定的路由器节点进行存储；步骤S3、预缓存内容的推进：若路由器节点收到的是兴趣包该路由器节点计算内容Ok,m的局部活跃度LACC，并依据LACC的取值直接在该路由器节点调整内容Ok,m的逗留时间，并发送兴趣包对下游路由器节点进行响应；若缓存节点收到的是预缓存兴趣包，内容源服务器CSS响应预缓存兴趣包，并发送该内容Ok,m剩余块的预缓存数据包，并设置预缓存内容的预逗留时间；步骤S4、逗留时间的计算：内容源服务器CSS根据包的类型分别对逗留时间进行设置，对于用户请求的内容Ok,m，根据滑动窗口动态的改变逗留时间，对于预缓存的内容，设置临时缓存时间，防止预缓存内容长时间占用存储空间；步骤S5、缓存替换策略：随着路由器节点中缓存内容数量的增加，存储空间逐渐减少，当路由器节点中存储空间为0时，新请求的内容是否进行缓存则需要根据缓存替换策略决定。2.根据权利要求1所述的一种基于请求内容关联性的ICN网络预缓存方法，其特征在于，步骤S2中的兴趣包是由兴趣包产生器根据内容Ok,m生成的。3.根据权利要求1所述的一种基于请求内容关联性的ICN网络预缓存方法，其特征在于，用户到内容源服务器CSS之间的路径lio中的路由器跳数为h，内容Ok,m的后续块的数量为nk-m块；...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴庆涛，张明川，朱军龙，郑瑞娟，闫金荣，杜娟，张凤华，王鑫露，陈亚明，
申请(专利权)人：河南科技大学，
类型：发明
国别省市：河南,41