【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种基于dtndn的协助边缘缓存放置及空间分配方法，属于通信。
技术介绍
1、时延容忍命名数据网络(delay-tolerant named data networking，dtndn)结合了dtn(delay-tolerant networking)和ndn(named data networking)的优势，旨在应对链路状态不稳定，节点移动性强的通信环境。dtn的保管传输机制使其适用于拓扑变化频繁、链路间歇中断的网络场景，而ndn的数据命名和缓存机制则提供了高效的内容传输和数据管理。dtndn允许数据以命名方式存储和传输，并具备数据安全性和隐私特性。在不确定的网络条件下，数据被缓存和延迟传输，使其适用于卫星通信、无人机通信和其他挑战性网络环境。dtndn架构有望在未来网络中发挥关键作用，以应对多样化的通信需求。
2、缓存放置是指数据内容在传送的过程中，通过缓存放置策略来选择数据内容应该在哪个节点或哪些节点进行缓存，即网络内的节点会对收到的数据选择是否将其缓存到本节点的缓存空间中。根据数据内容的缓存位置是否与消费者请求数据的路径有关，缓存放置策略可分为路径上(on-path)缓存放置策略和路径外(off-path)缓存放置策略。路径上缓存放置策略侧重于在数据传递路径上选择适当的节点缓存数据内容，能够提升数据传输的效率和性能。
3、缓存空间分配策略是在网络中用于有效管理缓存资源的关键方法。这些策略决定了哪些数据应该存储在缓存中、存储多少数据以及如何管理缓存的空间以获得最佳性能和资源利用率。策
4、在dtndn网络中，网络链路间歇中断，节点缓存空间受限，dtn的保管传输机制对缓存空间有更高的要求。合理的缓存放置和空间分配策略能够提升缓存命中率和缓存空间利用率。现有的策略存在的不足之处如下：
5、(1)现有的大部分缓存放置方法没有考虑数据的流行度而对所有节点采取同样的策略进行数据的缓存操作，因此缓存命中率和缓存空间利用率较低。对于缓存空间受限的系统，需及时调整缓存放置策略，在提升缓存命中率的同时降低数据的传输时延。
6、(2)现有的空间分配策略，如平均分配策略和按请求速率分配策略如对所有节点采取统一的缓存空间分配策略。没有考虑在拓扑变化频繁、链路间歇中断的dtndn网络场景中，如何根据网络实时信息及节点距数据源距离动态调节缓存空间分配。
7、上述不足的根源是在dtndn网络中，网络拓扑剧烈变化，网络节点的缓存空间受限。现有的缓存放置策略不能根据网络的实时状态，充分利用数据本身的特点和节点自身的信息自主做出缓存放置及空间分配决策。
8、dtndn的缓存具有无状态、分布式、透明、动态的特点，无状态即不需要维护缓存节点和用户之间的连接状态；分布式即不需要集中对缓存资源和策略进行管理，每个节点能够独立做出缓存决策，维护自己的缓存空间；透明即不需要用户或应用层知道缓存的位置和状态；动态即能够根据网络状况和用户需求来调整每个节点缓存的内容和缓存空间的大小。在dtndn中采用合适的缓存放置策略能够有效地减少网络拥塞和延迟，提高用户体验；降低内容提供者的服务器负载和带宽消耗，节省网络资源占用；还能支持多播、移动性、断续连接等场景，增强网络稳健性。
9、当数据包不能保证端到端的可靠传输时，dtndn的缓存机制能够减小数据包丢失的恢复延迟，即数据包在返回消费者的路径上被沿途节点根据缓存放置策略缓存，当数据包丢失时，消费者会发送重传请求，沿途缓存此数据的节点在收到重传请求后立即回复数据包，不需要在数据源端获取数据。通过这种方式能够降低丢失数据包后的恢复延迟，提升网络的吞吐量。
10、综上所述，目前在dtndn网络中，缺少一种缓存放置及空间分配方法，能够在节点移动速度快、链路连接不稳定、拓扑变化频繁的网络中达到较好的缓存命中率和数据往返时延。
技术实现思路
1、针对因特网在和缓存放置和缓存空间分配方面存在“缓存放置策略不能根据网络状态实时信息进行动态调节”以及“缓存空间分配策略不能根据节点信息进行动态分配”的技术缺陷，本专利技术目的之一是提出一种基于dtndn的协助边缘缓存放置方法(assistededge caching strategy based on content popularity，aecp)，在dtndn架构下，通过网络内各路由器实时统计本节点处的数据流行度，结合数据流行度、位置信息、网内路由器邻接关系以及缓存标志位信息，自主决策是否对数据进行缓存，使节点能够根据网络的实时状态，充分利用数据本身的特点和节点自身的信息做出缓存决定，从而能够更好的适应高动态网络。
2、在aecp方法基础上，本专利技术的目的之二是提供一种动态缓存空间分配方法(cachespace allocation strategy，csas)，网络各节点根据收到数据包的速率，缓存替换率，与数据源距离信息，为ndn业务数据和dtn保管传输数据动态分配缓存空间，从而在保持较高的数据交付率的同时提高缓存空间利用率，减小缓存开销。
3、为了达到上述目的，本专利技术的技术方案如下：
4、本专利技术公开的一种基于dtndn的协助边缘缓存放置方法和动态缓存空间分配方法，均依托时延容忍命名数据网络(delay-tolerant named data networking，dtndn)实现，所述时延容忍命名数据网络dtndn包含若干节点；其中，节点包括用户群组，与用户直接相连的边缘路由器，网内路由器以及数据源。
5、本专利技术公开的一种基于dtndn的协助边缘缓存放置方法，包括如下步骤：1)将网络中对缓存各项数据的节点选择建模为steiner树模型；2)明确缓存数据放置方法的约束条件和优化目标，对缓存数据的效益函数进行建模；3)每个节点计算自身的内容流行度，维护兴趣包流行度统计表(interest popularity statistical table，ipst)；4)根据ipst表信息，利用内容流行度和节点位置关系计算节点处流行度的阈值；5)节点比较内容流行度和节点处流行度的阈值，根据比较的结果修改cstag缓存标志位字段，决定节点是否缓存数据，至此实现基于dtndn的协助边缘缓存放置。
6、本专利技术公开的一种动态缓存空间分配方法，在边缘缓存放置方法基础上，包括如下步骤：6)维护数据包速率统计表(data rate statistical table，drst)，统计单位时间收到ndn和dtn数据包的数量，缓存替换率及节点与数据源之间的距离；7)网络节点根据接受数据包速率，缓存替换率和节点与数据源距离为ndn和dtn业务动态分配缓存空间，即实现动态缓存空间分配。
7、本专利技术公开的一种基于dtndn的协助边缘缓存放置方法，包括以下步骤：
8、步骤本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于DTNDN的协助边缘缓存放置方法，其特征在于：包括以下步骤，
2.如权利要求l所述的一种基于DTNDN的协助边缘缓存放置方法，其特征在于：步骤l实现方法为，
3.如权利要求2所述的一种基于DTNDN的协助边缘缓存放置方法，其特征在于：步骤2实现方法为，
4.如权利要求3所述的一种基于DTNDN的协助边缘缓存放置方法，其特征在于：步骤3实现方法为，
5.如权利要求4所述的一种基于DTNDN的协助边缘缓存放置方法，其特征在于：步骤4实现方法为，
6.如权利要求5所述的一种基于DTNDN的协助边缘缓存放置方法，其特征在于：步骤5实现方法为，
7.一种动态缓存空间分配方法，基于如权利要求1、2、3、4、5或6所述的一种基于DTNDN的协助边缘缓存放置方法实现，其特征在于：还包括如下步骤，
8.如权利要求7所述的一种动态缓存空间分配方法，其特征在于：步骤6实现方法为，
9.如权利要求8所述的一种动态缓存空间分配方法，其特征在于：步骤7实现方法为，
【技术特征摘要】
1.一种基于dtndn的协助边缘缓存放置方法，其特征在于：包括以下步骤，
2.如权利要求l所述的一种基于dtndn的协助边缘缓存放置方法，其特征在于：步骤l实现方法为，
3.如权利要求2所述的一种基于dtndn的协助边缘缓存放置方法，其特征在于：步骤2实现方法为，
4.如权利要求3所述的一种基于dtndn的协助边缘缓存放置方法，其特征在于：步骤3实现方法为，
5.如权利要求4所述的一种基于dtndn的协助边缘缓存放置方法，其特...
【专利技术属性】
技术研发人员：张宇，李政翰，刘周杰，王啸天，刁文澜，王一鸣，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：
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