一种命名数据网络中的多属性概率缓存方法技术

本发明专利技术公开了一种命名数据网络中的多属性概率缓存方法，包括：路由节点判断Data包的属性；若Data包的属性为不可共享属性，则不缓存Data包中携带的数据；若Data包的属性为共享属性，则根据节点缓存概率判断是否缓存Data包中携带的数据；其中，P＝P(v)+P(u)，P(v)＝β/(ɑ+β)，P(u)＝u/(u+θ)；式中，P为节点缓存概率，P(v)为节点中心度概率，P(u)为节点距离概率；β值为路由节点PIT中所有Interest表项端口数量和，ɑ值为NDN网络中路由节点总个数之和；u是Data包经过路由节点的跳数，θ是大于0的正整数。本发明专利技术有效的降低了NDN网络中不同路由节点对相同数据的冗余存储，节约了路由节点缓存的使用，降低了网络延迟，提升了NDN网络性能。

A multi-attribute probability caching method in named data network

【技术实现步骤摘要】
一种命名数据网络中的多属性概率缓存方法
本专利技术涉及缓存策略
，具体涉及一种命名数据网络中的多属性概率缓存方法。
技术介绍
现代互联网是一个全球范围内的通信网络，其已成为承载全球通信的重要基础设施。目前的互联网体系结构被设计为一个端到端连接的用来传输数据的底层通信框架。随着用户数量以及通信数据量的增加，这种以终端为中心、位置为寻址方式的通信框架出现了移动性差、可靠性差、不能适应网络上层应用变化等问题。对于现有互联网体系结构与不断变化的用户用户需求之间的矛盾日益激化，未来互联网体系结构的研究和发展已经成为学术界和工业界共同关注的热点问题。目前国内外汇总的方案主要有“改良”和“革命”两种路线，“改良”路线是渐进式的不断完善现有的IPv4协议，最终平滑过渡到IPv6，然而这种方式仅扩大了地址空间，不能从本质上改变IP协议设计的不足，技术进步程度有限，很难满足未来网络发展需求。“革命”路线，即重新设计以信息中心网络作为互联网体系结构，彻底改变现有互联网体系结构的不足。命名数据网络(Named-DataNetworking，NDN)是以信息为中心网络建设中一种比较优秀的体系架构。命名数据网络(NDN)将目前通信方式对数据位置的关注，转向对数据内容本身的关注。其通信方式完全不同于当前所使用IP地址标识信息位置的方式，NDN网络对数据本身进行命名，使得数据本身成为通信的直接目标。NDN网络将用户分为消费者和生产者两种角色，消费者在网络中生产发送Interest包(兴趣包)，生产者生产Data包(数据包)用于满足Interest包的请求。消费者获取所需资源，是通过生产发送Interest包，当Interest匹配到名字属性值相同的Data时，消费者就能通过Data包沿Interest包之前路线原路回传获取所需资源。NDN网络中生产者和消费者之间存有一个或多个路由节点，路由节点负责Interest包的转发，Data包的回溯和Data包中携带数据的缓存。每个路由节点都包含三张表，分别是转发请求表(PendingInterestTable，PIT)、转发信息表(ForwardingInformationBase，FIB)和内容仓库(ContentStore，CS)。PIT记录所有Interest包发送的上行信息，当Interest包到达路由节点时查看PIT表，若存在PIT表中存在Interest信息则记录该Interest来源端口，若没有Interest信息则创建该Interest表项，并且根据PIT表信息正确地回溯Data包，当Data包从相应端口回溯后，删除与该数据匹配的PIT表项。FIB存储<前缀，接口列表>元组，采用Interest名字属性值最长匹配查询，将Interest包从潜在所需数据资源端口转发出去。CS类似IP路由器中的内存缓存，对回溯到该路由节点的数据进行缓存。NDN网络是以信息为中心的网络，路由节点中缓存的数据，可以实现相同数据的复用。合理使用缓存策略能够大幅提升网络性能，降低网络延迟，节约路由节点缓存空间的使用，有效的缓解网络带宽压力。LCE(LeaveCopyEverywhere)缓存策略是目前NDN网络所采用的默认缓存策略，该缓存策略的核心是每个路由节点都会缓存Data包回溯至本路由节点所携带的数据。目前对于通过设计缓存优化提升NDN网络性能方面的研究，比较经典的缓存优化策略有，LCD(LeaveCacheDown)、MCD(MoveCacheDown)和Prob(ProbabilityCache)等。LCD缓存策略是当一个Interest请求在某一节点的CS表中命中后，该节点的下一跳才会缓存该数据；MCD缓存策略是基于LCD的不同之处是，MCD会删除该节点的数据；Prob是随机概率缓存策略，既当Data包回溯到每个路由节点时，Data包携带的数据是否发生缓存由设定概率决定。在NDN网络中不同缓存策略的选取，对NDN网络性能有着不同的影响。虽然目前NDN网络默认的LCE缓存策略方法简单，但是这种策略会在每一个路由节点缓存Data包携带的数据，造成相同数据冗余缓存于不同路由节点中浪费缓存资源。这种缓存策略还会造成路由节点中缓存的数据，发生缓存替换的速度加快，使重要数据不能长时间保存于路由节点中。LCD、MCD算法是当Interest在本节点命中Data后仅会在下一路由节点缓存Data包携带的数据，这样设计的优点是相比于LCE可以减少相同冗余数据在路由节点的缓存，但是在现实生产环境中同一数据资源，通常会有多个用户请求获取，这种缓存策略不能将数据资源及时的缓存在离用户最进的路由节点，造成再次请求获取相同数据时需要从更远的数据源获取数据，增加网络延迟。Prob缓存策略对数据在每一路由节点都设置固定的缓存概率，这种缓存策略比较单一，没有考虑区分生产者生产的数据本身属性等因素；例如对于视频、图片、文档等共享资源需要缓存，但是像聊天信息等非共享资源则不需要缓存。
技术实现思路
针对现有缓存策略存在的上述缺陷，本专利技术提供一种命名数据网络中的多属性概率缓存方法。本专利技术公开了一种命名数据网络中的多属性概率缓存方法，包括：路由节点判断Data包的属性；若所述Data包的属性为不可共享属性，则不缓存所述Data包中携带的数据；若所述Data包的属性为共享属性，则根据节点缓存概率判断是否缓存所述Data包中携带的数据；其中，P＝P(v)+P(u)P(v)＝β/(ɑ+β)P(u)＝u/(u+θ)式中，P为节点缓存概率，P(v)为节点中心度概率，P(u)为节点距离概率；β值为所述路由节点PIT中所有Interest表项端口数量和，ɑ值为NDN网络中路由节点总个数之和；u是Data包经过路由节点的跳数，θ是大于0的正整数。作为本专利技术的进一步改进，若所述节点缓存概率大于预设阈值，则缓存所述Data包中携带的数据；否则，不缓存所述Data包中携带的数据。作为本专利技术的进一步改进，包括：生产者生产Data包；其中，在NDN网络中所有生产者生产数据时增加status字段，若数据为共享属性数据，将status字段值设置为1；若数据为不可共享属性数据，将status字段值设置为0；在NDN网络中所有生产者生产数据时增加表示Data包跳数的hop字段，hop字段初始值设置为0。作为本专利技术的进一步改进，还包括：路由节点接收Interest包；其中，路由节点接收Interest包后查找CS表是否有被Interest命中的Data；若有，则回溯Data包，本次请求结束；若没有，则继续查找PIT表；查找PIT表中是否有关于本次Interest请求的Interest表项；若没有，则添加该Interest表项，同时更新β，重新计算更新节点中心度概率P(v)；若有，则继续查看该表项端口号；查看Interest表项端口号是否存在与该Interest相同的端口号；若存在，则丢弃该Int本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种命名数据网络中的多属性概率缓存方法，其特征在于，包括：/n路由节点判断Data包的属性；/n若所述Data包的属性为不可共享属性，则不缓存所述Data包中携带的数据；/n若所述Data包的属性为共享属性，则根据节点缓存概率判断是否缓存所述Data包中携带的数据；其中，/nP＝P(v)+P(u)/nP(v)＝β/(ɑ+β)/nP(u)＝u/(u+θ)/n式中，/nP为节点缓存概率，P(v)为节点中心度概率，P(u)为节点距离概率；/nβ值为所述路由节点PIT中所有Interest表项端口数量和，ɑ值为NDN网络中路由节点总个数之和；/nu是Data包经过路由节点的跳数，θ是大于0的正整数。/n

【技术特征摘要】
1.一种命名数据网络中的多属性概率缓存方法，其特征在于，包括：
路由节点判断Data包的属性；
若所述Data包的属性为不可共享属性，则不缓存所述Data包中携带的数据；
若所述Data包的属性为共享属性，则根据节点缓存概率判断是否缓存所述Data包中携带的数据；其中，
P＝P(v)+P(u)
P(v)＝β/(ɑ+β)
P(u)＝u/(u+θ)
式中，
P为节点缓存概率，P(v)为节点中心度概率，P(u)为节点距离概率；
β值为所述路由节点PIT中所有Interest表项端口数量和，ɑ值为NDN网络中路由节点总个数之和；
u是Data包经过路由节点的跳数，θ是大于0的正整数。


2.如权利要求1所述的多属性概率缓存方法，其特征在于，若所述节点缓存概率大于预设阈值，则缓存所述Data包中携带的数据；否则，不缓存所述Data包中携带的数据。


3.如权利要求1所述的多属性概率缓存方法，其特征在于，包括：生产者生产Data包；其中，
在NDN网络中所有生产者生产数据时增加status字段，若数据为共享属性数据，将status字段值设置为1；若数据为不可共享属性数据，将status字段值设置为0；
在NDN网络中所有生产者生产数据时增加表示Data包跳数的hop字段，hop字段初始值设置为0。


4.如权利要求3所述的多属性概率缓存方法，其特征在于，还包括：路由节点接收Interest包；其中，
路由节点接收Interest包后查找CS表是否有被In...

【专利技术属性】
技术研发人员：张丽，张强，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11