本发明专利技术公开了一种基于网络编码的命名数据网络中内容缓存的方法，引入网络编码技术，在按需探索路径外缓存内容的多路径转发策略上，设计兴趣报文捎带机制，并沿途收集各节点处用户对所请求的数据内容代的需求和节点自身利用后续到达的编码报文再编码响应用户请求的潜在能力，设计出相应测度并计算该数据内容代在此处节点的缓存价值；兴趣报文携带转发路径上的最大缓存价值，返回的编码报文缓存在具有最大缓存价值或多个兴趣报文发出接口的节点处。本发明专利技术能够利用网络编码和多路径转发的优势，通过计算缓存价值决定编码报文的放置,减少节点缓存中的重复编码报文,在保证网络传输效率的前提下降低了网络传输开销，改善了能耗，有效优化了缓存资源的使用。
A method of content caching in named data network based on network coding
【技术实现步骤摘要】
一种基于网络编码的命名数据网络中内容缓存方法
本专利技术属于未来网络体系结构
，具体涉及一种基于网络编码的命名数据网络中内容缓存的方法。
技术介绍
命名数据网络NDN(NamedDataNetworking)，是发展前景最好的未来网络体系结构之一，其只关注数据内容本身而非存储的位置，主要是由内容名称来标识兴趣报文(即请求报文)与数据报文，NDN的路由器也均有一定的空间可缓存到达的数据报文以满足后续的对同一内容名称的数据请求，即支持网络内缓存。路由器利用多路径并行转发兴趣报文来寻求数据报文的响应，数据源或已缓存相应内容的路由器收到请求后便可响应兴趣报文的请求。路由器缓存的存在减少了用户访问数据内容的时延，提高了数据内容的可用性，降低了发生网络拥塞的可能性和远端服务器的负载。因此，网络缓存的性能对NDN系统性能有着至关重要的影响。然而由于路由器的缓存空间有限，如何提高网络缓存管理的效率是当前研究的重难点。默认的缓存策略LCE会消耗大量的路由器资源却并未得到很好的缓存效果。目前已有的研究提出的策略如选择沿途路径中具有最高中心性路由缓存、考虑数据内容的流行度进行缓存、将缓存内容可达性在一定范围内通告来便于定位缓存内容等策略都或多或少存在着以下问题：中心度最高的缓存空间被挤满而其他节点未利用、各节点观测的流行度分布并不一定相同、获取网络拓扑和内容流行度的信息并不容易、NDN缓存系统具有高度动态性的特点等，从而无法充分利用NDN的网络内缓存和多路径转发的优势。近期，有研究提出可将网络编码(NC)与命名数据网络结合。研究表明使用网络编码支持的NDN(NC-NDN)架构可以更有效地结合NDN的网络内缓存和多路径转发。在两者结合的网络中，数据内容被分为多个固定大小的“代(generation)”进行传输，每代的数据内容拥有统一的内容名称标识，数据源会对同一内容名称的数据块编码，即编码数据块。用户请求数据时，若路径上的路由器有缓存其同一名称的数据编码报文且其数量也不少于用户已有的该代数据内容线性无关编码报文的数量时，则可通过组合已拥有的编码报文进行再编码进行响应，其目的是最大限度避免接收到的编码报文与已有的编码报文线性相关的可能性。用户只要接收到与代大小相同数量的线性无关编码报文，便可以求解得出原始的数据内容。在NC-NDN中，兴趣报文通过多路径转发很大可能一次带回多个线性无关编码报文，所以在结合网络编码的情况下，可以更好的结合NDN网络内缓存和多路径转发的优势。Jonnahtan等人也在NC-NDN的架构下考虑了内容的流行度，提出了PopNetCod缓存策略，但其策略还需要每个节点维护关于不同数据内容的状态信息的多个表格，这大大增加了路由器的处理开销，且其策略也每次只考虑在路径上的一处节点而不是多处缓存数据编码报文，这也存在不便于后续数据编码报文的连续获取等问题。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术提供一种基于网络编码的命名数据网络中内容缓存方法，通过引入网络编码，考虑后续到达的编码报文再编码响应用户请求的潜在能力及多个兴趣报文发出接口的节点信息，减少节点缓存中的重复编码报文，最终可以在保证网络传输效率的前提下以较小的路由器开销直接从传输路径上带回数据报文，从而达到改善网络能耗，优化缓存资源使用的目的。技术方案：本专利技术所述的一种基于网络编码的命名数据网络中内容缓存方法，包括以下步骤：(1)兴趣报文到达路由器时，路由器根据相应测度计算其所请求的数据内容代在此处的缓存价值并转发兴趣报文；(2)返回的编码报文缓存在具有最大缓存价值或多个兴趣报文发出接口的节点处。进一步地，所述步骤(1)包括以下步骤：(101)请求者发送兴趣报文请求数据内容，兴趣报文携带ExpectedRank值记录请求者已有的该数据内容代线性无关编码报文的数量以及等待响应的兴趣报文的数量；(102)路由器接收兴趣报文，检查是否有名称匹配的CS条目且缓存中是否有多于ExpectedRank值的线性无关编码报文，若有，转步骤(103)；否则，转步骤(104)；(103)将这些编码报文进行再编码，生成新的编码报文，再从到达接口返回该编码报文给请求者，此兴趣报文处理完毕；(104)路由器检查兴趣报文是否可以聚合到一个PIT条目中，若可以，转步骤(105)；否则，转步骤(106)；(105)聚合兴趣报文到该PIT条目，此兴趣报文处理完毕；(106)路由器创建一个PIT条目，并根据相应测度计算其所请求的数据内容代在此处的缓存价值CacheValue；(107)若新计算的CacheValue值大于兴趣报文携带的最大CacheValue值，则更新兴趣报文携带的CacheValue值为新计算的CacheValue值，重置HopValue(跳数值，记录了兴趣报文距离具有最大CacheValue值节点的跳数，其会在每个节点更新)值为0；(108)路由器检查是否有内容名称匹配的FIB条目，若有，则按照FIB条目所示接口并行转发兴趣报文；(109)路由器再从其它可用的接口转发兴趣报文来探索或利用路径外已缓存的编码报文。进一步地，步骤(2)所述的缓存价值的计算方式为：CacheValue＝Demand*Avghop*Responsiveness其中，CacheValue为缓存价值，Demand为节点处用户对同代数据内容编码报文的需求，U为节点处请求同代数据内容编码报文的用户数量,用户i发送的兴趣报文的ExpectedRank字段的最大值为ERi,GenerationSize为该代数据内容的代大小；Avghop为从节点到匹配FIB条目记录的数据内容提供者的平均路由跳数；Responsiveness为节点处将缓存该代数据内容的线性无关编码报文数量的期望值，F为兴趣报文的匹配FIB条目记录的下一跳数量,从第j个下一跳转发的请求该代数据内容编码报文的兴趣报文数量为Mj，S为节点处用于搜索该代数据内容缓存编码报文的下一跳接口数量，基于历史统计信息，第k个被搜索的下一跳返回编码报文的概率为Pk,从第k个接口搜索编码报文的兴趣报文数量为Nk，Hc为节点处已缓存的该代数据内容编码报文的数量。进一步地，所述步骤(2)包括以下步骤：(201)路由器接收数据源返回的编码报文，其携带从相应兴趣报文拷贝过来的HopValue值；(202)路由器检查是否存在名称匹配的PIT条目，若不存在，转步骤(203)，否则转步骤(204)；(203)路由器检查CS缓存空间是否未满，若缓存空间未满则缓存新到达的编码报文，转步骤(210)；否则路由器根据置换策略将已缓存的一个编码报文移除并缓存新到达的编码报文，转步骤(210)；(204)路由器检查CS缓存空间是否未满，若缓存空间已满则转步骤(205)；否则转步骤(208)；(205)路由器检查发出接口数是否大于1，若发出接口数不大于1，转步骤(206)；若大于1则转步骤(207)；(20本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于网络编码的命名数据网络中内容缓存方法，其特征在于，包括以下步骤：/n(1)兴趣报文到达路由器时，路由器根据相应测度计算其所请求的数据内容代在此处的缓存价值并转发兴趣报文；/n(2)返回的编码报文缓存在具有最大缓存价值或多个兴趣报文发出接口的节点处。/n
【技术特征摘要】
1.一种基于网络编码的命名数据网络中内容缓存方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)兴趣报文到达路由器时，路由器根据相应测度计算其所请求的数据内容代在此处的缓存价值并转发兴趣报文；
(2)返回的编码报文缓存在具有最大缓存价值或多个兴趣报文发出接口的节点处。
2.根据权利要求1所述的一种基于网络编码的命名数据网络中内容缓存方法，其特征在于，所述步骤(1)包括以下步骤：
(101)请求者发送兴趣报文请求数据内容，兴趣报文携带ExpectedRank值记录请求者已有的该数据内容代线性无关编码报文的数量以及等待响应的兴趣报文的数量；
(102)路由器接收兴趣报文，检查是否有名称匹配的CS条目且缓存中是否有多于ExpectedRank值的线性无关编码报文，若有，转步骤(103)；否则，转步骤(104)；
(103)将这些编码报文进行再编码，生成新的编码报文，再从到达接口返回该编码报文给请求者，此兴趣报文处理完毕；
(104)路由器检查兴趣报文是否可以聚合到一个PIT条目中，若可以，转步骤(105)；否则，转步骤(106)；
(105)聚合兴趣报文到该PIT条目，此兴趣报文处理完毕；
(106)路由器创建一个PIT条目，并根据相应测度计算其所请求的数据内容代在此处的缓存价值CacheValue；
(107)若新计算的CacheValue值大于兴趣报文携带的最大CacheValue值，则更新兴趣报文携带的CacheValue值为新计算的CacheValue值，重置HopValue(跳数值，记录了兴趣报文距离具有最大CacheValue值节点的跳数，其会在每个节点更新)值为0；
(108)路由器检查是否有内容名称匹配的FIB条目，若有，则按照FIB条目所示接口并行转发兴趣报文；
(109)路由器再从其它可用的接口转发兴趣报文来探索或利用路径外已缓存的编码报文。
3.根据权利要求1所述的一种基于网络编码的命名数据网络中内容缓存方法，其特征在于，步骤(2)所述的缓存价值的计算方式为：
CacheValue＝Demand*Avghop*Responsiveness
其中，CacheValue为缓存价值，Demand为节点处用户对同代数据内容编码报文的需求，U为节点处请求同代数据内容编码报文的用户数量,用户i发送的兴趣报文的ExpectedRank字段的最大值为ERi,Generat...
【专利技术属性】
技术研发人员：胡晓艳，尹君，郑少琦，程光，吴桦，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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