基于复杂网络交汇点的自适应缓存策略制造技术

本发明专利技术涉及基于复杂网络交汇点的自适应缓存策略，属于内容中心网络领域。本发明专利技术分析了内容中心网络((Information Centric Networking，ICN))中缓存内容的放置问题，根据用户请求内容的流行度不同，本发明专利技术将用户请求内容的流行度分为整体流行度和局部流行度。并根据流行度的种类不同，提出了在复杂网络中以路径交汇点为主、边缘节点为辅的缓存放置方法。本发明专利技术针对不同的拓扑进行了大规模的仿真，仿真结果表明与传统的主流方法相比，本发明专利技术的方法能够明显提高网络中的整体缓存命中率、降低时延、降低链路负载以及提高用户体验。

Adaptive caching strategy based on complex network intersections

【技术实现步骤摘要】
基于复杂网络交汇点的自适应缓存策略
本专利技术涉及基于复杂网络交汇点的自适应缓存策略，属于内容中心网络领域。
技术介绍
内容中心网络(ICN)是一种新的互联网架构，有可能处理当前IP网络固有缺陷的问题，并有望满足未来的要求，以提高互联网的质量。ICN是将信息对象作为构建网络的基础，分离信息的位置信息与内容识别，通过内容名字而不是主机IP地址获取数据。利用网络内置缓存提高传输效率，而不关心数据存储位置。通过发布/订阅模式请求数据，使供给者和消费者在空间、时间上解耦合。这种新的网络架构专注于信息对象、信息属性和用户兴趣，采用“信息共享通信模型”，从而实现高效、可靠的信息分发。ICN架构中，用户通过发送兴趣分组请求自己需要的内容。当网络中的节点收到兴趣分组时，将根据内容的名称进行匹配查询。若发现与兴趣分组匹配的内容，则沿着该兴趣分组的反向传播路径返回相应的内容数据分组。同时，ICN采用泛在化的网络内置缓存，在返回内容数据分组的沿途转发路径上对应答内容进行缓存，使得网络作为内容传输体的同时也成为了内容的存储体。内置缓存机制使得内容副本可以缓存在距离请求用户更近的中间节点上，为未来潜在的用户请求提供就近响应的机会，从而大大减小了内容获取的延迟和带宽需求，并减轻了内容原始服务器的访问压力。因此，针对内置缓存机制的研究一直是ICN领域关注的热点之一。在本专利技术提出之前，ICN缓存放置领域，有LCE、LCD、ProCache、CL4M等等，用这些方法进行缓存放置的缺点有：(1)不能充分考虑内容的流行度，缓存了一些流行度较低的内容，导致缓存命中率下降。(2)没有综合内容放置的位置，导致过多相同的内容被缓存在网络中，导致内容冗余度过高，从而影响缓存命中率、用户体验等。
技术实现思路
本专利技术的目的就在于克服上述缺陷，研制基于复杂网络交汇点的自适应缓存策略，即基于复杂网络交汇点的自适应缓存策略。本专利技术的方法能够明显提高网络中的整体缓存命中率、降低时延、降低链路负载以及提高用户体验。本专利技术的技术方案如下：基于复杂网络交汇点的自适应缓存策略，其特征在于，包括如下步骤：(1)对ICN网络中的原有的路由器内的数据结构进行改造；(2)获取用户的每个周期的历史请求记录以及当前周期的请求记录；(3)根据用户的历史请求记录计算内容的整体流行度，以及当前周期的请求记录计算局部流行度；(4)改造兴趣包和数据包的数据结构；(5)计算数据包的缓存位置，根据计算出的位置，将数据包进行缓存；进一步的，所述步骤(1)对ICN中路由器内原有的数据结构进行改造，本专利技术在ICN路由器中添加2种类型的数据结构用于数据收集：(1)边缘流行度统计表为了更合理的获取内容请求信息，在每个边缘节点建立边缘流行度统计表，其中每个边缘流行度统计表周期性的统计连接在这个边缘节点上的用户的请求信息。当一个周期结束后，立刻从获取每个边缘节点中的流行度统计信息(流行度统计信息为一段时间内兴趣请求的数量)，并将一个周期内的请求信息进行汇总，同时清空每个边缘流行度统计表。其中，边缘流行度统计表如表1所示：InterestNameλa45b30c20表1:边缘流行度统计表如表1所示表中的第一列InterestName为兴趣请求的名称，第二列λ为兴趣请求的数量。(2)请求记录表为了计算缓存位置，本专利技术在每个路由器内额外添加一个请求记录表。同样也在每个周期结束时清空每个请求记录表中的信息。其中，请求记录表如表2所示：InterestNameFace-HOPLista(face1,2)b(face0,1),(face1,3)c(face1,2)表2:请求记录表请求记录表更新方法：当一个兴趣转发到一个路由器时，如果路由器的请求记录表中InterestName没有该兴趣包的名称，则将一个二元组(face,hop)信息(二元组(face,hop)表示兴趣进入的接口和经过的跳数)添加到该兴趣的Face-HOPList中。但是如果路由器的请求记录表中InterestName有该兴趣包的名称，则更新该兴趣包Face-HOPList中的信息。在更新信息时，如果Face-HOPList有来自相同接口的记录，将最新的信息替换旧的信息。例如：Face-HOPList中原本有信息(face0,1)，而此时从face0进入的兴趣包生成的信息为(face0,2)，那么将(face0,2)替换(face0,1)。相反，Face-HOPList没有来自相同接口的记录，则将生成的信息添加到该兴趣包的Face-HOPList即可。进一步的，所述步骤(3)计算用户请求内容的整体流行度和局部流行度，本专利技术采用了两种方法对内容的流行度进行评估：(1)指数加权移动平均值模型由于整体流行度是拓扑内所有用户请求的内容的流行度，其数量较大，所以利用指数加权移动平均值(EWMA,exponentialweightedmovingaverage)模型计算内容的整体流行度，以便划分出内整体内容的流行内容和不流行内容。EMWA模型是处理序列数据的常用方法，其中各数值的加权值随着时间呈指数形式递减，即越近期的数据项加权越重，这正好符合了最新流行的内容应当被分配更高权重这一特征。其中，计算公式如下：本专利技术用来表示内容C在近几个周期的整体流行度，用前几个周期的流行度作为当前周期的参考标准。上述公式period表示当前周期的前一个周期数，表示内容C在第period个周期的请求数量。β为权重参数，β∈(0,1)。β的计算公式如下：对于整体内容的流行度，本专利技术将整体流行度划分为三部分，即整体流行内容，整体潜在流行内容和整体不流行内容。当一个内容的请求数量超过流行度阈值时，将其设置为流行内容。其中流行度阈值为经过EMWA模型处理后所有内容请求的平均值，当然这个阈值时动态的。对于剩下的内容，将其进行排序，取前25％的内容作为潜在流行度内容，而后75％的内容为不流行内容，所谓潜在流行内容就是可能会在将来成为流行内容的内容。(2)实时内容请求数量由于局部请求的内容数量相对于整体较少，反映当前的实时请求情况。本专利技术直接对每个边缘节点当前周期的实时内容请求数量进行统计，来获取内容的局部流行度。其中，计算公式如下：表示内容C在第period个周期的请求数量。由于局部区域获取的数据量较少，本专利技术对边缘流行度表进行排序，取排名前50％且不在整体流行度中的内容作为局部流行度的流行内容。进一步的，所述步骤(4)改造兴趣包和数据包的数据结构，本专利技术在IC本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于复杂网络交汇点的自适应缓存策略，其特征在于，包括如下步骤：/n(1)对ICN网络中的原有的路由器内的数据结构进行改造；/n(2)获取用户的每个周期的历史请求记录以及当前周期的请求记录；/n(3)根据用户的历史请求记录计算内容的整体流行度，以及当前周期的请求记录计算局部流行度；/n(4)改造兴趣包和数据包的数据结构；/n(5)计算数据包的缓存位置，根据计算出的位置，将数据包进行缓存。/n

【技术特征摘要】
1.基于复杂网络交汇点的自适应缓存策略，其特征在于，包括如下步骤：
(1)对ICN网络中的原有的路由器内的数据结构进行改造；
(2)获取用户的每个周期的历史请求记录以及当前周期的请求记录；
(3)根据用户的历史请求记录计算内容的整体流行度，以及当前周期的请求记录计算局部流行度；
(4)改造兴趣包和数据包的数据结构；
(5)计算数据包的缓存位置，根据计算出的位置，将数据包进行缓存。


2.根据权利要求1所述的基于复杂网络交汇点的自适应缓存策略，其特征在于，所述步骤(1)对ICN中路由器内原有的数据结构进行改造，在ICN路由器中添加边缘流行度统计表用于数据收集：
为了更合理的获取内容请求信息，在每个边缘节点建立边缘流行度统计表，其中每个边缘流行度统计表周期性的统计连接在这个边缘节点上的用户的请求信息；当一个周期结束后，立刻从获取每个边缘节点中的流行度统计信息，流行度统计信息为一段时间内兴趣请求的数量，并将一个周期内的请求信息进行汇总，同时清空每个边缘流行度统计表。


3.根据权利要求1所述的基于复杂网络交汇点的自适应缓存策略，其特征在于，所述步骤(1)中，在ICN路由器中添加请求记录表用于数据收集：
为了计算缓存位置，在每个路由器内额外添加一个请求记录表，同样也在每个周期结束时清空每个请求记录表中的信息。


4.根据权利要求2或3所述的基于复杂网络交汇...

【专利技术属性】
技术研发人员：桂易琪，陈永康，
申请(专利权)人：扬州大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32