CN102497646A - 一种用于无线网络的低开销缓存数据发现机制 - Google Patents

Abstract

本发明是一种用于无线网络环境下实现协作式缓存的低开销缓存数据发现技术。协作式缓存技术是用于降低数据访问开销，加快数据访问速度的重要手段。在多跳无线网络中，每个网络节点都有自己的缓存空间，可以用于存放以前访问过的数据。本发明所描述的无线网络中，网络节点维护一种树的结构，任何一个树节点保存它所有子节点的缓存映射信息。当网络节点添加新的缓存数据时，缓存更新消息将沿着该节点到根节点的路径进行逐跳更新。当一个节点需要使用数据时，若目标数据不在其子树节点中，则沿着树结构横向和纵向发送查询请求。使用该技术可以有效减少协作式缓存的维护开销，加快缓存发现的速度。

Description

一种用于无线网络的低开销缓存数据发现机制

技术领域：

本发明涉及计算机网络技术、数据管理技术两大领域。

背景技术：

随着现代网络技术的发展，有线网络环境和设备的要求逐渐制约着人们的通信，而无线网络可以达到“任何人在任何时间，任何地点以任何方式与任何人通信”，加上无线网络组网灵活快捷，更新方便，这将逐渐成为未来人们通信的主要方式。

在无线网络中最为宝贵的资源之一就是带宽，现在虽然有些无线网络已经达到10Mbps，但仍然无法与有线网络相比。在有限的带宽资源下，如何有效的减少访问和数据传输距离而又不影响用户使用是无线网络中亟待解决的问题之一。协作式缓存技术是降低无线网络中数据访问开销的有效技术。网络中的节点可以把经常访问的数据的副本保存在缓存空间中。将来在访问数据时，不但可以使用节点自身缓存的数据副本，还可以通过协作，使用其它网络节点所保存的数据副本。这样就可以大大减少访问外网的次数，提高数据访问速度并节约带宽等资源。

缓存发现是协作式缓存中的一个重要问题，涉及到如何维护网络节点中的缓存数据信息，并且在需要时能够发现最近的缓存节点。以往的缓存发现多是通过广播方式主动推送缓存数据信息或查询目标缓存数据的位置，消息开销大，带宽浪费严重。本发明通过基于树的结构，降低缓存信息的更新开销，降低缓存操作对网络带宽资源的占用，具有重要的应用价值。

发明内容：

本发明是协作式缓存下的缓存发现技术，适用于网络规模较大，拓扑稳定的无线自组织网络(Ad hoc网络)。此技术能够有效的降低缓存信息的更新开销和加快缓存发现的速度。

在本发明所描述的无线网络中，当一个网络节点N1收到本地数据查询Q后，首先检查本地缓存数据中是否有所需要的数据。如果有，则访问本地缓存；否则，节点N1发出数据查询请求Q，根据网络中节点的组织结构将同时沿着横向和纵向搜索无线网络，这样可以尽可能的在最短跳数内找到目标缓存数据。

本发明中的无线网络节点在逻辑上维持一种树结构。树的根节点即是连接外网的网关(GW)，以后所有与GW一跳可达的节点成为GW的孩子(CR)，与CR一跳可达的且还未连入网络的将成为CR的孩子，以此类推，所有的网络节点将在逻辑上成为一个树结构。基于现有技术，可以将无线自组织网络构造成以上描述的树结构。这种树结构保存在无线网络中所有节点中，即网络中任何一个节点保存整个网络的逻辑结构。

本发明中，每个网络节点维护一个缓存映射表，表项基本结构为(关键字，所属主机IP)。在使用上述树结构的无线网络中，每个父节点包含其所有孩子节点的缓存映射信息，也就是说，任何一个节点保存的缓存映射信息是其所在整个子树所有节点的缓存映射信息，GW保存整个网络的缓存映射信息。当有网络节点更新缓存信息时，更新信息将沿着其父节点到GW依次逐跳更新。

本发明关键点在于缓存数据的发现，当一个网络节点N1需要使用数据时，若数据不在其本地，N1将向网络发出缓存查询Q。这里将根据网络中的树结构分为纵向查询和横向查询。纵向查询是从N1到GW逐跳查询。横向查询是N1将Q发向其所有一跳可达的且逻辑上是远亲的邻节点NN，NN中查询失败后如上继续发送Q。

因为GW将保存整个网络的缓存映射信息，当纵向查询到GW时，横向查询已无意义，所以设定横向查询的跳数不超过N1到GW的总跳数TTL，TTL保存在Q中，若横向查询跳数达到TTL次时，所接收查询请求Q的节点将自动丢弃Q，不再进行查询和转发。

本发明主要内容是在一个无线自组网络中，由一个节点N1发出数据查询请求Q，通过查询快速定位数据所在，并进行数据传输，继而更新缓存信息的过程，其步骤主要包括：查询，应答，数据请求，返回数据，缓存信息更新。这将在具体实施方式中一一展开论述。

附图说明：

图1是无线网络中缓存查询示意图。空心箭头表示纵向查询路径，实心箭头表示部分横向查询路径。

图2是无线网络中发现目标缓存后，请求点发出数据请求，并获取数据示意图。

上下文中符号意义：

N1：发出数据查询请求的网络节点

N2：保存有目标缓存的网络节点

Q：源节点发出的查询请求

GW：网关

NN：邻节点

DQ：节点发出的数据请求

TTL：最大查询跳数

具体实施方式：

一、查询与应答。当一个网络节点N1需要使用数据时，首先在本地进行查询，若查到，直接取出数据使用，否则，将请求数据的关键字，包括URL，文件名，主题，TTL，IP等和一起打包为查询请求Q，将Q进行转发查询。转发包括横向和纵向。横纵并发执行。

纵向转发，即Q根据网络树结构从N1开始逐跳向其父节点转发查询，直至GW，在查询中若发现目标缓存，即停止转发，向N1返回应答。

横向转发，即N1将Q先将转发至除父节点以外其物理上一跳可达的所有邻节点。邻节点收到Q后，先判断此Q是否转发过(转发过的查询请求将在一定时间内保存副本)，如果已经转发过，即丢弃Q，若没转发过，则判定是否近亲，判定依据是根据每个节点维护的树结构判别与N1是否在逻辑上是近亲，可设定在树结构中3代以内即为近亲。如果判定是近亲，则将收到的查询请求Q丢弃。若非近亲，则进行本地查询，查询到进行应答，查询不到则进行转发，转发遵循如上转发规则。在每次转发时，查询请求Q中得查询最大跳数TTL将减1，当TTL为0时，收到Q的节点自动丢弃Q。在横向查询中如有节点发现目标缓存，即停止转发，并向返回N1应答。

二、数据请求并返回数据。当节点N1收到应答后，即发出数据请求DQ，数据请求DQ将自动选择最短路径到达存储目标缓存的节点N2。N2收到数据请求DQ后即向N1传输数据。

当纵向查询到达GW时，查询整个网络缓存信息仍未找到查询请求Q的目标缓存，则表明整个无线网络中并没有目标数据缓存，GW即向外网(Internet)发出数据请求，待外网响应后，向N1传输数据。

三、缓存更新。当N1收到数据后，其所在节点将计算是否保存数据的副本，如果要保存，节点将添加新项到缓存映射表，并将更新的缓存信息纵向依次发送，逐跳更新，直至根节点。如果决定不保存数据副本，则不需任何更新，用完即丢弃。

Claims (2)

1.无线自组织网络中实现协作式缓存中的缓存发现技术。本技术基于树结构的缓存维护机制。其特征是在Ad hoc网络中所有网络节点整体逻辑上保持一种树结构，每个网络节点保存整个网络树结构和其所在子树所有节点的缓存映射信息。

当无线网络中任一个节点需要数据时，先在其本地查询，查询不到即进行横向和纵向双向转发查询请求。横向查询是本发明的重点。

纵向查询，查询请求沿着请求节点(N1)到根节点(GW)的路径依次查询转发，逻辑上纵向查询路径体现为请求节点到根节点的树干。因纵向查询最大跳数即请求节点到GW的跳数，可设为TTL，即横向和纵向查询的最大跳数都不应超过TTL。

横向查询即根据树结构，请求节点将查询请求发向与其是远亲的邻居节点(逻辑上至少3跳)。实行过程是每个节点首先判定是否满足查询转发条件(是远亲且没转发过此查询请求)，若满足则进行本地查询，否则丢弃Q。本地查询若成功，则返回应答，否则转发Q。

每个查询请求中都保存请求节点到GW的距离TTL，在横向查询中，节点在每次转发时将查询请求中的TTL减1，当TTL为0时，所收到请求的节点即停止查询。并不进行任何应答。

当无线网络中不存在请求的目标缓冲时，GW直接向外网发出数据请求。

发出请求的节点接受数据后，若保存副本，将更新其缓存映射表，继而更新其纵向所有节点缓存映射表。

2.根据权利1所描述的缓存发现技术，其关键特征是通过树结构完成双向查询，即从一个请求节点向树的主干发出查询请求(纵向)，转发查询请求至远亲兄弟节点(横向)。

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