CN105635319A - 一种数据缓存的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种数据缓存的方法及装置，应用于信息中心网络中的缓存节点，方法包括：获得目标待缓存数据；判断总空间是否能容纳目标待缓存数据，如果否，转发到下一个缓存节点；如果是，根据缓存替换算法确定待替换项；判断若删除待替换项后的剩余空间是否能容纳目标待缓存数据，如果是，确定目标待缓存数据的流行度的排名和缓存节点的中心度的排名；判断目标待缓存数据的流行度的排名是否高于缓存节点的中心度的排名，如果是，删除待替换项，并将目标待缓存数据进行缓存。应用本发明实施例，能够提高数据分发的效率，实现了更合理的资源分配。

Description

一种数据缓存的方法及装置

技术领域

本发明涉及网络缓存技术领域，特别涉及一种数据缓存的方法及装置。

背景技术

目前，以信息中心网络(Information-CentricNetwork，简称ICN)为背景的研究广泛开展。在信息中心网络中，利用网络内置缓存提高数据获取及传输效率是该网络构架最重要的特性。

ICN默认的缓存方法中，当数据返回给请求者时，沿途的所有缓存节点缓存该数据，没有协同缓存机制。默认缓存方法强迫缓存节点缓存所有经过的数据，不仅在ICN系统缓存空间有限的情况下，在空间有限的情况下，如果缓存节点缓存所有经过的数据，数据的多样性就受到限制。性，而且会导致大量的沿途数据替换，降低了ICN系统的整体效用。ICN默认的缓存方法存在盲目性的弊端，造成的缓存冗余的问题。

缓存方法研究的重点是处理数据的副本数与有效的缓存分配这两个普遍度量的矛盾关系，从而权衡整体系统数据获取效率与网络资源利用率。通常情况下，数据的副本数越多越能够提高ICN系统数据获取效率，但整个网络的缓存空间是有限的，有限的缓存空间最好被用来容纳更多的特有数据而不是重复数据，一个数据存在大量副本不是一个很好的选择。所以解决默认缓存方法盲目性的弊端，减少缓存冗余，提出更优的缓存方法是目前ICN研究的一个重要方向。

现有技术中，提供了一种内容中心网络中邻居协作缓存替换方法，其技术方案是：步骤1，当缓存节点有新数据请求时，先判断缓存节点的缓存空间是否已满；如果未满，则直接进入步骤3，如果已满，则进入步骤2，进行协作缓存替换判定；步骤2，检查缓存节点的邻居节点是否已缓存新数据，如果已缓存，则缓存节点不再缓存新数据；如果未缓存，则进入步骤3；步骤3，利用最近最少使用替换算法，缓存节点缓存新数据。该方法是对数据缓存的依据为邻居节点是否已缓存，但如果ICN拓扑动态多变，某时刻邻居节点已缓存目标数据并不意味着下一刻该邻居节点仍能够提供缓存的内容，这种方法通过邻居节点的协作，需要查询邻居节点是否缓存目标待缓存数据，降低了数据分发的效率，不能实现更合理的资源分配。

发明内容

本发明实施例公开了一种数据缓存的方法及装置，能够提高数据分发的效率，实现了更合理的资源分配。

为达到上述目的，本发明实施例公开了一种数据缓存的方法，应用于信息中心网络中的缓存节点，方法包括：

S1、获得目标待缓存数据；

S2、判断自身的总空间是否能纳所述目标待缓存数据，如果能容纳，执行步骤S4，如果不能容纳，则执行步骤S3；

S3、将所述目标待缓存数据转发到下一个缓存节点；

S4、根据预设缓存替换算法确定待替换项，其中，所述预设缓存替换算法为基于所缓存数据的请求状态的算法，所述待替换项为所述缓存节点已缓存的数据；

S5、判断若删除所述待替换项后缓存节点的剩余空间是否能容纳所述目标待缓存数据，如果能容纳，则执行步骤S6，如果不能容纳，则返回执行步骤S3；

S6、确定所述目标待缓存数据的流行度的排名和缓存节点的中心度的排名，其中，所述目标待缓存数据的流行度为所述目标待缓存数据被信息中心网络中所有缓存节点请求的频率，所述缓存节点的中心度为与所述缓存节点相连的网络通路的数量；

S7、判断所述目标待缓存数据的流行度的排名是否高于所述缓存节点的中心度的排名，如果高于，则执行步骤S8，如果低于，则执行步骤S3；

S8、删除所述待替换项，并将所述目标待缓存数据进行缓存。

较佳的，在所述步骤S4之前，所述方法还包括：

S2.1、判断自身当前的剩余空间是否能容纳所述目标待缓存数据，如果否，则继续执行S4。

较佳的，确定所述目标待缓存数据的流行度的排名所利用的计算公式为：

$r\left(D_j\right)=\frac{rank\left(\right(q\left(D_j\right)*t)}{N}$

其中，r(D_j)为所述目标待缓存数据D_j的流行度的排名，q(D_j)为在信息中心网络中所有缓存节点对所述目标待缓存数据的请求频率，N为预设的判断请求者向信息中心网络中的缓存节点请求数据结束的阈值，t为从请求者向所述信息中心网络中的缓存节点请求数据到响应请求的缓存节点将全部请求数据反馈给所述请求者的时间；

确定缓存节点的中心度的排名的计算公式为：

$r^{\′}\left(R_i\right)=\frac{rank\left(\mathrm{deg}\right(R_i\left)\right)}{M}$

其中，r′(R_i)为缓存节点R_i中心度的排名，deg(R_i)为缓存节点R_i的中心度，R_i∈[R₁,R₂,R₃,……R_M]，M为信息中心网络中的缓存节点的总数。

较佳的，所述在信息中心网络中所有缓存节点对所述目标待缓存项的请求频率服从参数为1的Zipf分布。

较佳的，所述预设缓存替换算法为最近最少使用替换算法或最少访问频率替换算法。

为达到上述目的，本发明实施例还公开了一种数据缓存的装置，应用于信息中心网络中的缓存节点，装置包括：

获取数据模块，用于获得目标待缓存数据；

第一判断模块，用于判断自身的总空间是否能纳所述目标待缓存数据，如果能容纳，则执行待替换项确定模块，如果不能容纳，则执行转发模块；

转发模块，用于将所述目标待缓存数据转发到下一个缓存节点；

待替换项确定模块，用于根据预设缓存替换算法确定待替换项，其中，所述预设缓存替换算法为基于所缓存数据的请求状态的算法，所述待替换项为所述缓存节点已缓存的数据；

第二判断模块，用于判断若删除所述待替换项后的所述缓存节点的剩余空间是否能容纳所述目标待缓存数据，如果能容纳，则执行确定排名模块，如果不能容纳，则返回执行转发模块；

确定排名模块，用于确定所述目标待缓存数据的流行度的排名和缓存节点的中心度的排名，其中，所述目标待缓存数据的流行度为所述目标待缓存数据被信息中心网络中所有缓存节点请求的频率，所述缓存节点的中心度为与所述缓存节点相连的网络通路的数量；

第三判断模块，用于判断所述目标待缓存数据的流行度的排名是否高于所述缓存节点的中心度的排名，如果高于，则执行缓存模块，如果低于，则执行转发模块；

缓存模块，用于删除所述待替换项，并将所述目标待缓存数据进行缓存。

较佳的，所述装置还包括：

第四判断模块，用于判断自身当前的剩余空间是否能容纳所述目标待缓存数据，如果否，则继续执行待替换项确定模块。

较佳的，确定所述目标待缓存数据的流行度的排名所利用的计算公式为：

$r\left(D_j\right)=\frac{rank\left(\right(q\left(D_j\right)*t)}{N}$

其中，r(D_j)为所述目标待缓存数据D_j的流行度的排名，q(D_j)为在信息中心网络系统中所有缓存节点对所述目标待缓存数据的请求频率N为预设的判断请求者向信息中心网络中缓存节点请求数据结束的阈值，t为从请求者向所述信息中心网络请求数据到响应请求的缓存节点将全部请求数据反馈给所述请求者的时间；

确定所述缓存节点的中心度的排名的计算公式为：

$r^{\′}\left(R_i\right)=\frac{rank\left(\mathrm{deg}\right(R_i\left)\right)}{M}$

其中，r′(R_i)为所述缓存节点R_i中心度的排名，deg(R_i)为所述缓存节点R_i的中心度，R_i∈[R₁,R₂,R₃,……R_M]，M为信息中心网络中的缓存节点的总数。

较佳的，所述在信息中心网络中所有缓存节点对所述目标待缓存项的请求频率服从参数为1的Zipf分布。

较佳的，所述预设缓存替换算法为最近最少使用替换算法或最少访问频率替换算法。

由上述技术方案可见，本发明实施例提供一种数据的方法及装置，缓存节点先判断自身的总空间是否能容纳目标待缓存数据，再判断若删除待替换项的剩余空间是否能容纳目标待缓存数据，最后，判断目标待缓存数据的流行度的排名是否高于缓存节点中心度的排名，如果以上三个判断结果都是满足，则将目标待缓存数据进行缓存，否则，则将目标待缓存数据进行缓存转发到下一个缓存节点。本发明的实施例不需要邻居节点协作进行缓存，也不需要查询邻居节点是否缓存目标待缓存数据，并且避免了当邻居节点的状态发生变化导致缓存节点不能缓存目标待缓存数据，通过目标待缓存数据的流行度排名与缓存节点的中心度排名匹配进行选择性的缓存，因此，应用本发明实施例，能够提高数据分发的效率，实现了更合理的资源分配。

当然，实施本发明的任一产品或方法必不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种数据缓存的方法的流程示意图；

图2为本发明实施例应用实例中信息中心网络局部树形拓扑图；

图3为本发明实施例提供的另一种数据缓存的方法的流程示意图；

图4为本发明实施例提供的一种数据缓存的装置的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的另一种数据缓存的装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供一种数据缓存的方法及装置，该方案中，缓存节点先判断自身的总空间是否能容纳目标待缓存数据，再判断若删除待替换项的剩余空间是否能容纳目标待缓存数据，最后，判断目标待缓存数据的流行度的排名是否高于缓存节点中心度的排名，如果以上三个判断结果都是满足，则将目标待缓存数据进行缓存，否则，则将目标待缓存数据进行缓存转发到下一个缓存节点。

下面通过具体实施例，对本发明进行详细说明。

图1为本发明实施例提供的一种数据缓存的方法，应用于ICN中的缓存节点，方法包括：

S1、获得目标待缓存数据。

在ICN中，请求者向缓存节点请求数据，缓存节点如果缓存对应的数据，则响应请求者的请求并将请求的数据返回给请求者，目标待缓存数据为缓存节点响应的请求数据其中的一个。

S2、判断自身的总空间是否能纳该目标待缓存数据，如果能容纳，执行步骤S4，如果不能容纳，则执行步骤S3。

缓存节点判断自身的总空间是否能容纳该目标待缓存数据，例如缓存节点的总空间为8MB，目标待缓存数据为512KB，则缓存节点自身的总空间能容纳该目标待缓存数据。

S3、将该目标待缓存数据转发到下一个缓存节点。

如果缓存节点的自身总空间不能容纳该目标待缓存数据，将目标待缓存数据转发到下一个缓存节点，确定转发到哪一个缓存节点，可以根据请求者发出数据请求到缓存节点请求响应的路径确定。

S4、根据预设缓存替换算法确定待替换项，其中，预设缓存替换算法为基于所缓存数据的请求状态的算法，该待替换项为该缓存节点已缓存的数据。

其中，缓存替换算法为最近最少使用替换算法或最少访问频率替换算法。

最近最少使用替换(LeastRecentlyUsed，简称LRU)算法的中心思想为根据数据的历史访问记录来进行淘汰数据；最少访问频率替换算法(LeastFrequentlyUsed，简称LFU)算法的中心思想为根据数据的历史访问频率来进行淘汰数据。

S5、判断若删除该待替换项后缓存节点的剩余空间是否能容纳该目标待缓存数据，如果能容纳，则执行步骤S6，如果不能容纳，则返回执行步骤S3。

假设待替换项的大小为32KB，缓存节点的剩余空间为512KB，如果删除待替换项，则缓存节点的剩余空间变为534KB，目标待缓存数据为512KB，删除待替换项后的缓存节点的剩余空间能容纳该目标待缓存数据，则执行步骤S6，否则，则返回执行步骤S3。

S6、确定目标待缓存数据的流行度的排名和缓存节点的中心度的排名，其中，目标待缓存数据的流行度为目标待缓存数据被信息中心网络中所有缓存节点请求的频率，缓存节点的中心度为与缓存节点相连的通路的数量。

确定目标待缓存数据的流行度的排名所利用的计算公式为：

$r\left(D_j\right)=\frac{rank\left(\right(q\left(D_j\right)*t)}{N}$

其中，r(D_j)为所述目标待缓存数据D_j的流行度的排名，q(D_j)为在信息中心网络系统中所有缓存节点对所述目标待缓存数据的请求频率N为预设的判断请求者向信息中心网络请求数据结束的阈值，t为从请求者向所述信息中心网络请求数据到信息中心网络将全部请求数据反馈给所述请求者的时间。

其中，信息中心网络中所有缓存节点对该目标待缓存数据的请求频率服从参数为1的Zipf(齐鲁夫)分布，对应的单个缓存节点对该目标待缓存数据的请求频率服从泊松分布，泊松分布的参数与该目标待缓存数据的q(D_j)成正比。

在本发明实施例中，参数为1的Zipf分布可以表示为:其中C为一个常数，也就是说该目标待缓存数据在所有待缓存数据的排名与所有缓存节点对该目标待缓存数据的请求频率的乘积为一个固定的常数。

确定缓存节点的中心度的排名的计算公式为：

$r^{\′}\left(R_i\right)=\frac{rank\left(\mathrm{deg}\right(R_i\left)\right)}{M}$

其中，r′(R_i)为缓存节点R_i中心度的排名，deg(R_i)为缓存节点R_i的中心度，R_i∈[R₁,R₂,R₃,……R_M]，M为信息中心网络中的缓存节点的总数。

S7、判断该目标待缓存数据的流行度的排名是否高于该缓存节点的中心度的排名，如果高于，则执行步骤S8，如果低于，则执行步骤S3。

目标待缓存数据的流行度的排名和缓存节点的中心度的排名都是用百分数进行表示，例如，目标待缓存数据的流行度的排名为15.7％，缓存节点的中心度的排名为21.5％，则目标待缓存数据的流行度的排名高于缓存节点的中心度的排名。

S8、删除该待替换项，并将该目标待缓存数据进行缓存。

应用本发明的实施例，缓存节点先判断自身的总空间是否能容纳目标待缓存数据，再判断若删除待替换项的剩余空间是否能容纳目标待缓存数据，最后，判断目标待缓存数据的流行度的排名是否高于缓存节点中心度的排名，如果以上三个判断结果都是满足，则将目标待缓存数据进行缓存，否则，则将目标待缓存数据进行缓存转发到下一个缓存节点。本发明的实施例不需要邻居节点协作进行缓存，也不需要查询邻居节点是否缓存目标待缓存数据，并且避免了当邻居节点的状态发生变化导致缓存节点不能缓存目标待缓存数据，通过目标待缓存数据的流行度排名与缓存节点的中心度排名匹配进行选择性的缓存，因此，应用本发明实施例，能够提高数据分发的效率，实现了更合理的资源分配。

下面结合具体的应用实例，对本发明实施例所提供的一种数据缓存的方法进行详细说明。其中，本实施例中，将具体应用的ICN简化成局部树形网络拓扑图，该网络拓扑图的深度为6，深度为6说明树形拓扑结构的层数为6，拓扑树结构中每个缓存节点拥有的子树个数并不固定，而定义为deg(.)函数，依此决定该缓存节点的度，缓存节点的度即缓存节点的中心度。该树形拓扑中请求者位于最底层的第0层，数据源缓存节点位于顶层第五层，内容源存储请求者请求的全部数据。中间四层具有缓存能力的缓存节点，缓存节点总数为M＝200。如图2所示，该网络拓扑图只给出了第五层、第四层、第三层和第二层的部分结构，树形拓扑结构的第一层和第0层在图中未示出，而且在图2中只给出部分缓存节点。本发明实施例假设请求者向ICN请求数据，中间四层的缓存节点不响应请求，数据源缓存节点响应请求，将数据返回给请求者，返回的路径包括第一返回路径R₁-R₂-R₄-R₆-…以及第二返回路径R₁-R₃-R₅-R₇-…，需要说明的是，在这里所说的“第一返回路径”和“第二返回路径”中的“第一”和“第二”仅仅为了从命名上区分两条返回路径，并没有任何限定意义，另外，如果响应请求的缓存节点将数据返回给请求者的返回路径有多条时，缓存节点可以将待缓存数据同时转发到下一缓存节点，也可以不同时转发。本实施例结合这两条返回路径中的缓存节点R₂、R₄、R₆、R₃、R₅和R₇具体说明。

数据源缓存节点R₁已经缓存该目标待缓存数据，沿第一返回路径，缓存节点R₂获得该目标缓存数据。目标待缓存数据的大小为512KB，缓存节点R₂的总空间为64MB，自身的总空间能容纳该目标待缓存数据。因不同的缓存替换算法确定的待替换项的大小不一样，本实施例仅以LRU算法确定待替换项为例进行具体说明。根据LRU算法待替换项，缓存节点R₂中的待替换项的大小为32KB，如果删除该待替换项，则缓存节点R₂的剩余空间为534KB，能容纳该目标待缓存数据，本实施例中预设的请求数据的总数N为10000个，即当请求者向ICN请求的数据的数量达到N，则请求周期结束。ICN中所有缓存节点对所述目标待缓存数据的请求频率32次/分钟，t为9.5s，则根据目标待缓存数据的流行度的排名计算公式计算出该目标待缓存数据的流行度排名为28.2％，缓存节点R₂的中心度为11，根据缓存节点的中心度的排名的计算公式，计算出缓存节点r′(R₂)为28.3％。该目标待缓存数据的流行度的排名高于缓存节点R₂的中心度排名。则删除待替换项，将该目标待缓存数据进行缓存。

缓存节点R₂缓存该目标待缓存数据后，沿该目标待缓存数据的返回路径，缓存节点R₄获得该目标待缓存数据，缓存节点R₄的总空间为8MB，能容纳该目标待缓存数据，根据LRU算法在缓存节点R₄中找出该待替换项，待替换项的大小为128KB，如果删除该待替换项，则缓存节点R₄的剩余空间为640KB，能容纳该目标待缓存数据，缓存节点R₄的中心度为5，中心度的排名为63.7％，该目标待缓存数据的流行度的排名高于缓存节点R₄的中心度的排名，删除缓存节点R₄中的待替换项，将该目标待缓存数据进行缓存。

缓存节点R₄缓存该目标待缓存数据后，沿该目标待缓存数据的返回路径，缓存节点R₆获得该目标待缓存数据，缓存节点R₆的总空间为64MB，能容纳该目标待缓存数据，根据LRU算法在缓存节点R₆中找出待替换项，待替换项的大小为512KB，如果删除代替换项，则缓存节点R₆的剩余空间为528KB，能容纳目标待缓存数据，缓存节点R₆的中心度为6，中心度的排名为37.7％，该目标待缓存数据的流行度的排名高于缓存节点R₆的中心度的排名，删除缓存节点R₆中的待替换项，将该目标待缓存数据进行缓存。

该目标待缓存数据经第二返回路径R₁-R₃-R₅-R₇-…返回时，因数据源缓存节点已经缓存该目标待缓存数据，沿第二返回路径返回时，缓存节点R₃获得该目标待缓存数据，缓存节点R₃的总空间为8MB，自身的总空间能容纳该目标待缓存数据。根据LRU算法确定缓存节点R₃中的待替换项，缓存节点R₃中的待替换项的大小为64KB，如果删除该替换项，则缓存节点R₃的剩余空间为192KB，不能容纳该目标待缓存数据，转发到下一个缓存节点R₅。

缓存节点R₅获得该目标待缓存数据，缓存节点的总空间为128MB，能容纳该目标待缓存数据，根据LRU算法确定缓存节点R₅中的待替换项，该待替换项的大小为32KB，如果删除该待替换项，缓存节点R₅的剩余空间为1056KB，能够容纳该目标待缓存数据，缓存节点R₅的中心度为12，中心度的排名为22.5％，该目标待缓存数据的流行度的排名为28.2％，该目标待缓存数据的流行度的排名低于缓存节点R₅的中心度的排名，该目标待缓存数据被转发到缓存节点R₇。

缓存节点R₇获得该目标待缓存数据，缓存节点R₇总空间为32MB，能容纳该目标待缓存数据根据LRU算法确定缓存节点R₇中的待替换项，该待替换项的大小为128KB，如果删除待替换项，缓存节点R₇的剩余空间为256KB，不能容纳目标待缓存数据，该目标待缓存数据被转发到下一个缓存节点。

该目标待缓存数据在缓存节点R₂、R₄和R₆中缓存。

可见，应用本发明实施例，能够提高数据分发的效率，实现了更合理的资源分配。

图3为本发明实施例提供的另一种数据缓存的方法的流程示意图，本发明实施例中，步骤S1-S2、S3-S8与前述实施例的步骤S1-S2、S3-S8分别相似，在此不做赘述，本发明实施例包括以下步骤：

S1、获得目标待缓存数据。

S2、判断自身的总空间是否能纳该目标待缓存数据，如果能容纳，执行步骤S2.1，如果不能容纳，则执行步骤S3。

S2.1、判断自身当前的剩余空间是否能容纳该目标待缓存数据，如果是，则将该目标待缓存数据进行缓存，如果否，则继续执行S4。

缓存节点判断自身当前的剩余空间是否能容纳目标待缓存数据，例如缓存节点当前的剩余空间为1MB，目标待缓存数据为512KB，缓存节点当前剩余空间能容纳目标待缓存数据，则缓存节点将目标待缓存数据进行缓存，否则，则进入步骤S4。

S3、将该目标待缓存数据转发到下一个缓存节点。

S4、根据预设缓存替换算法确定待替换项，其中，该预设缓存替换算法为基于所缓存数据的请求状态的算法，该待替换项为该缓存节点已缓存的数据；

其中，缓存替换算法为最近最少使用替换算法或最少访问频率替换算法。

S5、判断若删除该待替换项后缓存节点的剩余空间是否能容纳该目标待缓存数据，如果能容纳，则执行步骤S6，如果不能容纳，则返回执行步骤S3。

S6、确定该目标待缓存数据的流行度的排名和缓存节点的中心度的排名，其中，该目标待缓存数据的流行度为该目标待缓存数据被信息中心网络中所有缓存节点请求的频率，该缓存节点的中心度为与该缓存节点相连的网络通路的数量。

确定目标待缓存数据的流行度的排名所利用的计算公式为：

$r\left(D_j\right)=\frac{rank\left(\right(q\left(D_j\right)*t)}{N}$

其中，r(D_j)为所述目标待缓存数据D_j的流行度的排名，q(D_j)为在信息中心网络系统中所有缓存节点对所述目标待缓存数据的请求频率N为预设的判断请求者向信息中心网络请求数据结束的阈值，t为从请求者向所述信息中心网络请求数据到信息中心网络将全部请求数据反馈给所述请求者的时间。

其中，信息中心网络中所有缓存节点对该目标待缓存数据的请求频率服从参数为1的Zipf(齐鲁夫)分布，对应的单个缓存节点对该目标待缓存数据的请求频率服从泊松分布，泊松分布的参数与该目标待缓存数据的q(D_j)成正比。

确定缓存节点的中心度的排名的计算公式为：

$r^{\′}\left(R_i\right)=\frac{rank\left(\mathrm{deg}\right(R_i\left)\right)}{M}$

其中，r′(R_i)为缓存节点R_i中心度的排名，deg(R_i)为缓存节点R_i的中心度，R_i∈[R₁,R₂,R₃,……R_M]，M为信息中心网络中的缓存节点的总数。

S7、判断该目标待缓存数据的流行度的排名是否高于该缓存节点的中心度的排名，如果高于，则执行步骤S8，如果低于，则执行步骤S3。

S8、删除该待替换项，并将该目标待缓存数据进行缓存。

应用本发明的实施例，通过缓存节点先判断自身的总空间是否能容纳该目标待缓存数据，其次判断自身的剩余空间是否能容纳该目标待缓存数据，如果能容纳，则缓存该目标待缓存数据，如果不能容纳，再判断若删除待替换项的剩余空间是否能容纳该目标待缓存数据，最后，判断目标待缓存数据的流行度的排名是否高于缓存节点中心度的排名，如果以上四个判断结果都是满足，则将目标待缓存数据进行缓存，否则，则将目标待缓存数据进行缓存转发到下一个缓存节点。本发明的实施例不需要邻居节点协作进行缓存，也不需要查询邻居节点是否缓存目标待缓存数据，并且避免了当邻居节点的状态发生变化导致缓存节点不能缓存目标待缓存数据，通过目标待缓存数据的流行度排名与缓存节点的中心度排名匹配进行选择性的缓存，因此，应用本发明实施例，能够提高数据分发的效率，实现了更合理的资源分配。

下面结合具体的应用实例，对本发明实施例所提供的另一种数据缓存的方法进行详细说明。本实施例结合图1中的ICN网络中的目标待缓存数据的第一返回路径R₁-R₂-R₄-R₆-…中的缓存节点R₂、R₄和R₆进行具体说明。

因数据源缓存节点R₁已经缓存该目标待缓存数据，沿第一返回路径，缓存节点R₂，目标待缓存数据的大小为512KB，缓存节点R₂的总空间为64MB，自身的总空间能容纳该目标待缓存数据，缓存节点R₂的剩余空间为512KB，能容纳该目标待缓存数据，缓存节点R₂将该目标待缓存数据进行缓存。

缓存节点R₂缓存目标待缓存数据后，沿目标待缓存数据的返回路径，缓存节点R₄获得待缓存目标数据，缓存节点R₄的总空间为8MB，能容纳该目标待缓存数据，缓存节点R₄的剩余空间为512KB，能容纳该目标待缓存数据，缓存节点R₄将该目标待缓存数据进行缓存。

缓存节点R₄缓存目标待缓存数据后，沿目标待缓存数据的返回路径，缓存节点R₆获得待缓存目标数据，缓存节点R₆的总空间为64MB，能容纳该目标待缓存数据，缓存节点R₆的剩余空间为16KB，不能容纳该目标待缓存数据，据LRU算法在缓存节点R₆中找出待替换项，待替换项的大小为512KB，如果删除代替换项，则缓存节点R₆的剩余空间为528KB，能容纳目标待缓存数据，缓存节点R₆的中心度的排名为37.7％，该目标待缓存数据的流行度的排名高于缓存节点R₆的中心度的排名，删除缓存节点R₆中的待替换项，将该目标待缓存数据进行缓存。

该目标待缓存数据在缓存节点R₂、R₄和R₆中缓存。

可见，应用本发明实施例，能够提高数据分发的效率，实现了更合理的资源分配。

图4为本发明实施例提供的一种数据缓存的装置的结构示意图，与图1所示的流程图对应，包括获取数据模块101、第一判断模块102、转发模块103、待替换项确定模块104、第二判断模块105、确定排名模块106、第三判断模块107、缓存模块108。

其中，获取数据模块101，用于获得目标待缓存数据。

第一判断模块102，用于判断自身的总空间是否能纳该目标待缓存数据，如果能容纳，则执行待替换项确定模块，如果不能容纳，则执行转发模块。

转发模块103，用于将该目标待缓存数据转发到下一个缓存节点。

待替换项确定模块104，用于根据预设缓存替换算法确定待替换项，其中，该预设缓存替换算法为基于所缓存数据的请求状态的算法，该待替换项为该缓存节点已缓存的数据。

其中，预设缓存替换算法为最近最少使用替换算法或最少访问频率替换算法。

第二判断模块105，用于判断若删除该待替换项后的该缓存节点的剩余空间是否能容纳该目标待缓存数据，如果能容纳，则执行确定排名模块，如果不能容纳，则返回执行转发模块。

确定排名模块106，用于确定该目标待缓存数据的流行度的排名和缓存节点的中心度的排名，其中，该目标待缓存数据的流行度为该目标待缓存数据被信息中心网络中所有缓存节点请求的频率，该缓存节点的中心度为与该缓存节点相连的网络通路的数量。

确定该目标待缓存数据的流行度的排名所利用的计算公式为：

$r\left(D_j\right)=\frac{rank\left(\right(q\left(D_j\right)*t)}{N}$

其中，r(D_j)为所述目标待缓存数据D_j的流行度的排名，q(D_j)为在信息中心网络系统中所有缓存节点对所述目标待缓存数据的请求频率，N为预设的判断请求者向信息中心网络请求数据结束的阈值，t为从请求者向所述信息中心网络请求数据到信息中心网络将全部请求数据反馈给所述请求者的时间。

其中，信息中心网络中所有缓存节点对该目标待缓存数据的请求频率服从参数为1的Zipf(齐鲁夫)分布，对应的单个缓存节点对该目标待缓存数据的请求频率服从泊松分布，泊松分布的参数与该目标待缓存数据的q(D_j)成正比。

确定该缓存节点的中心度的排名的计算公式为：

$r^{\′}\left(R\right)=\frac{rank\left(\mathrm{deg}\right(R_i\left)\right)}{M}$

其中，r′(R_i)为该缓存节点R_i中心度的排名，deg(R_i)为该缓存节点R_i的中心度，R_i∈[R₁,R₂,R₃,……R_M]，M为信息中心网络中的缓存节点的总数。

第三判断模块107，用于判断该目标待缓存数据的流行度的排名是否高于该缓存节点的中心度的排名，如果高于，则执行缓存模块，如果低于，则执行转发模块。

缓存模块108，用于删除该待替换项，并将该目标待缓存数据进行缓存。

应用本发明的实施例，通过缓存节点先判断自身的总空间是否能容纳目标待缓存数据，再判断若删除待替换项的剩余空间是否能容纳目标待缓存数据，最后，判断目标待缓存数据的流行度的排名是否高于缓存节点中心度的排名，如果以上三个判断结果都是满足，则将目标待缓存数据进行缓存，否则，则将目标待缓存数据进行缓存转发到下一个缓存节点。本发明的实施例不需要邻居节点协作进行缓存，也不需要查询邻居节点是否缓存目标待缓存数据，并且避免了当邻居节点的状态发生变化导致缓存节点不能缓存目标待缓存数据，因此，应用本发明实施例，能够提高数据分发的效率，实现了更合理的资源分配。

图5为本发明实施例提供的另一种数据缓存的装置的结构示意图，与图3所示的流程图对应，包括获取数据模块101、第一判断模块102、第四判断模块102.1、转发模块103、待替换项确定模块104、第二判断模块105、确定排名模块106、第三判断模块107、缓存模块108。

其中，第四判断模块102.1，用于判断自身当前的剩余空间是否能够容纳所述目标待缓存数据，如果是，则将所述目标待缓存数据进行缓存，如果否，则继续执行待替换项确定模块。

应用本发明的实施例，通过缓存节点先判断自身的总空间是否能容纳该目标待缓存数据，其次判断自身的剩余空间是否能容纳该目标待缓存数据，如果能容纳，则缓存该目标待缓存数据，如果不能容纳，再判断若删除待替换项的剩余空间是否能容纳该目标待缓存数据，最后，判断目标待缓存数据的流行度的排名是否高于缓存节点中心度的排名，如果以上四个判断结果都是满足，则将目标待缓存数据进行缓存，否则，则将目标待缓存数据进行缓存转发到下一个缓存节点。本发明的实施例不需要邻居节点协作进行缓存，也不需要查询邻居节点是否缓存目标待缓存数据，并且避免了当邻居节点的状态发生变化导致缓存节点不能缓存目标待缓存数据，通过目标待缓存数据的流行度排名与缓存节点的中心度排名匹配进行选择性的缓存，因此，应用本发明实施例，能够提高数据分发的效率，实现了更合理的资源分配。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

本领域普通技术人员可以理解实现上述方法实施方式中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于计算机可读取存储介质中，这里所称得的存储介质，如：ROM/RAM、磁碟、光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种数据缓存的方法，其特征在于，应用于信息中心网络中的缓存节点，所述方法包括：

S1、获得目标待缓存数据；

S2、判断自身的总空间是否能纳所述目标待缓存数据，如果能容纳，执行步骤S4，如果不能容纳，则执行步骤S3；

S3、将所述目标待缓存数据转发到下一个缓存节点；

S4、根据预设缓存替换算法确定待替换项，其中，所述预设缓存替换算法为基于所缓存数据的请求状态的算法，所述待替换项为所述缓存节点已缓存的数据；

S5、判断若删除所述待替换项后缓存节点的剩余空间是否能容纳所述目标待缓存数据，如果能容纳，则执行步骤S6，如果不能容纳，则返回执行步骤S3；

S6、确定所述目标待缓存数据的流行度的排名和缓存节点的中心度的排名，其中，所述目标待缓存数据的流行度为所述目标待缓存数据被信息中心网络中所有缓存节点请求的频率，所述缓存节点的中心度为与所述缓存节点相连的网络通路的数量；

S7、判断所述目标待缓存数据的流行度的排名是否高于所述缓存节点的中心度的排名，如果高于，则执行步骤S8，如果低于，则执行步骤S3；

S8、删除所述待替换项，并将所述目标待缓存数据进行缓存。

2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，在所述步骤S4之前，所述方法还包括：

S2.1、判断自身当前的剩余空间是否能容纳所述目标待缓存数据，如果否，则继续执行S4。

3.根据权利要求1或2所述方法，其特征在于，确定所述目标待缓存数据的流行度的排名所利用的计算公式为：

$r\left(D_j\right)=\frac{rank\left(\right(q\left(D_j\right)*t)}{N}$

其中，r(D_j)为所述目标待缓存数据D_j的流行度的排名，q(D_j)为在信息中心网络中所有缓存节点对所述目标待缓存数据的请求频率，N为预设的判断请求者向信息中心网络中的缓存节点请求数据结束的阈值，t为从请求者向所述信息中心网络中的缓存节点请求数据到响应请求的缓存节点将全部请求数据反馈给所述请求者的时间；

确定缓存节点的中心度的排名的计算公式为：

$r^{\′}\left(R_i\right)=\frac{rank\left(\mathrm{deg}\right(R_i))}{M}$

其中，r′(R_i)为缓存节点R_i中心度的排名，deg(R_i)为缓存节点R_i的中心度，R_i∈[R₁,R₂,R₃,……R_M]，M为信息中心网络中的缓存节点的总数。

4.根据权利要求1或2所述方法，其特征在于，所述在信息中心网络中所有缓存节点对所述目标待缓存项的请求频率服从参数为1的Zipf分布。

5.根据权利要求1或2所述方法，其特征在于，所述预设缓存替换算法为最近最少使用替换算法或最少访问频率替换算法。

6.一种数据缓存的装置，其特征在于，应用于信息中心网络中的缓存节点，所述装置包括：

获取数据模块，用于获得目标待缓存数据；

第一判断模块，用于判断自身的总空间是否能纳所述目标待缓存数据，如果能容纳，则执行待替换项确定模块，如果不能容纳，则执行转发模块；

转发模块，用于将所述目标待缓存数据转发到下一个缓存节点；

待替换项确定模块，用于根据预设缓存替换算法确定待替换项，其中，所述预设缓存替换算法为基于所缓存数据的请求状态的算法，所述待替换项为所述缓存节点已缓存的数据；

第二判断模块，用于判断若删除所述待替换项后的所述缓存节点的剩余空间是否能容纳所述目标待缓存数据，如果能容纳，则执行确定排名模块，如果不能容纳，则返回执行转发模块；

确定排名模块，用于确定所述目标待缓存数据的流行度的排名和缓存节点的中心度的排名，其中，所述目标待缓存数据的流行度为所述目标待缓存数据被信息中心网络中所有缓存节点请求的频率，所述缓存节点的中心度为与所述缓存节点相连的网络通路的数量；

第三判断模块，用于判断所述目标待缓存数据的流行度的排名是否高于所述缓存节点的中心度的排名，如果高于，则执行缓存模块，如果低于，则执行转发模块；

缓存模块，用于删除所述待替换项，并将所述目标待缓存数据进行缓存。

7.根据权利要求6所述装置，其特征在于，所述装置还包括：

第四判断模块，用于判断自身当前的剩余空间是否能容纳所述目标待缓存数据，如果否，则继续执行待替换项确定模块。

8.根据权利要求6或7所述装置，其特征在于，确定所述目标待缓存数据的流行度的排名所利用的计算公式为：

$r\left(D_j\right)=\frac{rank\left(\right(q\left(D_j\right)*t)}{N}$

其中，r(D_j)为所述目标待缓存数据D_j的流行度的排名，q(D_j)为在信息中心网络系统中所有缓存节点对所述目标待缓存数据的请求频率N为预设的判断请求者向信息中心网络中缓存节点请求数据结束的阈值，t为从请求者向所述信息中心网络请求数据到响应请求的缓存节点将全部请求数据反馈给所述请求者的时间；

确定所述缓存节点的中心度的排名的计算公式为：

$r^{\′}\left(R_i\right)=\frac{rank\left(\mathrm{deg}\right(R_i))}{M}$

其中，r′(R_i)为所述缓存节点R_i中心度的排名，deg(R_i)为所述缓存节点R_i的中心度，R_i∈[R₁,R₂,R₃,……R_M]，M为信息中心网络中的缓存节点的总数。

9.根据权利要求6或7所述装置，其特征在于，所述在信息中心网络中所有缓存节点对所述目标待缓存项的请求频率服从参数为1的Zipf分布。

10.根据权利要求6或7所述装置，其特征在于，所述预设缓存替换算法为最近最少使用替换算法或最少访问频率替换算法。