一種基于節點社團重要度的icn緩存策略的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于電子信息技術領域，設及在信息中屯、網絡架構中，內容對象選擇緩存 位置的機制和網絡節點內內容對象被替換的機制。
【背景技術】
[0002] 為了適應互聯網應用由發送者驅動的端對端通信模式向接收者驅動的海量內 容獲取模式的轉變，同時增強網絡對安全性、業務質量、移動性、可擴展性等方面的支持， 研究者們近年來提出了一類W信息為中屯、的新型網絡體系架構，統稱為信息中屯、網絡 (Information-CentricNetworking,簡稱ICN)，典型的如；DONACCN/NDN,PURSUIT,COMET 和GreenICN項目。在該類ICN網絡中，為緩解當前網絡流量的快速增長對網絡帶寬造成的 嚴峻壓力，每個節點都增加了內置緩存功能。雖然緩存機制也是目前互聯網中用于提高網 絡性能的重要手段之一，緩存理論及相關技術也已經在Web、CDN和P2P中得到了較為廣泛 的應用，但目前的緩存策略主要針對于某一具體應用，并需配置成一個覆蓋網絡。因此，該 些緩存策略與中間節點共享數據時，效率較低。然而，ICN中的緩存是網絡架構內在的一部 分（每個節點都具有該功能），與應用無關，具有網絡自適應等特性，因而，傳統的面向Web、 CDN和P2P緩存算法也就不能直接應用于ICN中。近年來，研究者們對ICN中的緩存優化方 法進行了探索，得出了許多研究成果，主要集中在兩個方面：一是判斷內容是否被節點緩存 的緩存決策策略；二是單節點緩存內容的替換策略。
[0003] 在緩存決策策略方面JCN原始提案實行的是處處緩存（CacheEve巧thing Everywhere,CE巧策略，即；所有的內容對象被要求緩存于去往目的地途中的所有節 點。該直接降低了緩存系統所能緩存內容的多樣性，導致了嚴重的緩存浪費，因為請求 被任意中間節點響應后而不會再往上游節點轉發，其上游某些節點緩存的內容可能根 本沒有機會響應后來的請求而因緩存空間受限被替換。最近，Wei等人提出了基于介數 (Betweenness,Betw策略）的選擇性緩存機制，只將對象放置于ICN中興趣包（Interest Packet)沿途中介數最大的節點，即；對象僅緩存于最重要的節點處。與CEE策略相比，該 種策略具有較高的緩存命中率，并且減少了節點的替換次數，但依然存在其局限性，即；大 部分的內容緩存在全網介數相對大的部分節點處，導致內容對象在空間分布上不合理，網 絡性能亦隨之降低，主要體現在；（1)大部分的網絡流量與介數大的節點相關，從而降低了 網絡的負載容量；(2)高介數的節點的替換次數大幅增加，增加了節點的計算開銷，因而不 能滿足ICN節點線速執行的要求；（3)由于網絡介數是描述節點網絡全局重要度的指標，高 介數的節點處并不一定是網絡中大部分用戶最容易訪問的位置。
[0004] 在緩存替換策略方面；為保證ICN節點運行于高速的網絡環境，目前在ICN的諸 多緩存策略中，采用較多的還是簡單易運行的LRU(LeastRecentlyUsed)或LFU(Least 化equentlyUsed)。但是，如果在全網中，所有節點都W內容在該節點處被訪問的頻率大小 或被訪問的時間先后為標準，采用相同的替換機制，將直接導致內容對象在時間上分布不 合理。目P，在熱口時間里，社團內的每個節點都緩存到相同的對象，該將不利于緩存空間的 合理利用。然而，在熱口時間過后，該內容對象在各節點上又幾乎同時消失，若需訪問該內 容，又會產生比較大的網絡時延，抑制網絡的整體性能。
【發明內容】
[0005] 本發明應用Internet網絡拓撲結構的社團特性一社團內部的節點之間連接相對 緊密，社團之間的節點之間的連接則相對稀疏，提出了一種基于節點社團重要度的緩存位 置確定機制和緩存對象替換機制的緩存策略（簡稱CSNIC)，在緩存位置確定機制中，由于 在同一社團中，社團重要度大的節點不僅越容易被社團內的節點訪問，而且也越容易被社 團外的節點訪問，因而把內容分別緩存于其經過的各社團內節點社團重要度最大的節點 處。該樣做不僅能提高網絡的緩存效率，節約網絡的緩存空間，而且能使網絡內容在網絡空 間上的分布變得更加均勻和合理。
[0006] 在緩存替換策略方面，基于Internet網絡拓撲結構的社團特性，在每個社團內， 每一個節點進行內容替換時，不僅考慮內容在該節點處被訪問的情況，還考慮到了該節點 在社團中的位置，使同一社團中各節點采用混合的替換機制。即通過節點社團重要度確定 替換節點緩存隊列中的內容對象的位置的概率，如節點社團重要度大的節點，在緩存隊列 中靠后的位置的內容對象被替換的概率大；而節點重要度度小的節點，在緩存隊列中靠前 的位置的內容對象被替換的概率大，W達到內容對象在時間上的合理分布。
[0007] 其技術方案如下；
[000引一種基于節點社團重要度的ICN緩存策略，包括W下步驟：
[0009] 1)首先定義節點社團重要度定義：根據網絡鄰接矩陣的特征譜能清楚地反映網 絡中社團的數目，例如由C個社團組成的網絡，則該網絡的鄰接矩陣將有C個特征值遠大 于其它特征值，該些特征值可W作為量化網絡社團結構的重要指標。因而，網絡社團強度 定義為：
【主權項】
1. 一種基于節點社團重要度的ICN緩存策略，其特征在于，包括以下步驟： 1) 首先定義節點社團重要度定義：根據網絡鄰接矩陣的特征譜能清楚地反映網絡 中社團的數目，由c個社團組成的網絡，則該網絡的鄰接矩陣將有c個特征值遠大于其 它特征值，這些特征值作為量化網絡社團結構的重要指標；因而，網絡社團強度定義為：
節點k對網絡社團特性的重要度為Pk=P-P' ；利用攝動理論得節點社團重要度的近似解， 如公式（1);
其中c為網絡中社團數目，\表示以網絡中的路由器為節點，路由器之間的物理鏈路 為邊構建的鄰接矩陣的第i個特征向量，vik表示特征向量Vi中的第k個元素；Pk值越大， 節點k在其所屬的社團中越重要，即社團內外的其它節點訪問該節點將越容易；對于n個節
用I之前，需預先知道網絡中社團數目c的值；本發明利用網絡的頻譜特性直接確定網絡社 團數目；如果c給定，該方法無需對網絡進行社團劃分，避免了復雜的社團劃分的計算量， 直接描述節點對社團的重要度； 2) 緩存位置的確定機制：ICN興趣包在經過每個社團時，都會記錄下其所經過的每一 個社團中節點重要度最大的節點，同時在以數據包的形式返程時將內容對象緩存于這些節 點上； 3) 緩存替換機制：以網絡的社團為一個單位，在同一社團內根據各個節點的節點社團 重要度和內容對象在該節點處被訪問的時間先后順序，選擇不同的內容對象進行替換；即 通過節點社團重要度確定節點緩存隊列中的內容對象被替換的概率，如節點社團重要度大 的節點，在緩存隊列中流行度低的內容對象被替換的概率大；而節點重要度度小的節點，在 緩存隊列中流行度高的內容對象被替換的概率大，以達到內容對象在時間上的合理分布； 若ICN節點緩存建模為大小為C個對象的隊列，以最近最少使用的時間順序進行排列； 假定第i個社團內節點j的節點社團重要度為I#在該社團內的平均節點社團重要度為 ；當有一內容對象在該節點需緩存時，將按照概率Pu(k)替換該節點緩存隊列的第k個 位置的內容（ke[1，C])，Pij(k)定義如公式（2);
【專利摘要】本發明公開了一種基于節點社團重要度的ICN緩存策略，包括以下步驟：1)定義節點社團重要度；2)基于節點社團重要度確定內容緩存位置；3)基于節點社團重要度的節點內容替換機制。本發明提出了一種應用Internet網絡拓撲結構的社團特性，基于每個節點在其所屬社團的重要度確定內容緩存位置和緩存替換的緩存策略。通過在不同網絡環境進行仿真實驗，實驗結果驗證了本發明方法的有效性。
【IPC分類】H04L29-08
【公開號】CN104821961
【申請號】CN201510185732
【發明人】蔡君
【申請人】廣東技術師范學院
【公開日】2015年8月5日
【申請日】2015年4月16日