CN106254444B - 一种内容中心网络的内容缓存方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种内容中心网络的内容缓存方法及装置，其中，该方法包括：确定内容请求节点与相应的内容提供节点之间的最短路径，并确定最短路径上所有的内容节点；依次确定内容节点的节点介数，并将节点介数最大的内容节点作为中心节点；在中心节点的存储空间已满时，依次确定有效内容节点的缓存概率，并根据缓存概率对目标内容进行缓存，有效内容节点为内容请求节点与中心节点之间的内容节点，目标内容为内容请求节点所请求的内容。该方法可以避免将目标内容缓存至所有节点，有效避免缓存冗余；同时，根据缓存概率来布置缓存放置节点，可以增加内容请求节点访问内容的速度，提高网络的整体性能。

Description

一种内容中心网络的内容缓存方法及装置

技术领域

本发明涉及内容中心网络技术领域，特别涉及一种内容中心网络的内容缓存方法及装置。

背景技术

以内容为中心的网络，相对于现有的网络，是一种新型的网络架构。现有的互联网是通过TCP/IP协议以主机为中心的网络结构，当网络用户需要获取某一内容时，需要用户访问该内容的主机服务器才能获取该内容。在以内容为中心的网络中，内容名是整个网络的中心，当某一用户需要获取某一内容时，内容的请求者只需请求内容的名字，由网络通过内容名字在最近的节点处获取内容，进而将内容传送给内容的请求者。

以内容为中心的网络中，网内缓存是其主要技术之一。网络中存在很多可以存放内容的节点，内容请求者可以通过网内节点获取内容，可以大大提高内容获取的效率。

在内容中心网络中，一个主要的问题是如何在网内进行缓存的放置。

现有内容中心网络总默认的缓存策略LCE(Leave Copy EveryWhere)为：当内容的提供者沿内容请求路径返回内容时，内容将在返回路径的所有节点存储该内容的副本。这种策略很容易产生缓存冗余，降低了缓存系统缓存内容的多样性。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种内容中心网络的内容缓存方法及装置，从而克服现有缓存策略容易产生缓存冗余的缺陷。

本发明实施例提供的一种内容中心网络的内容缓存方法，包括：

确定内容请求节点与相应的内容提供节点之间的最短路径，并确定最短路径上所有的内容节点；

依次确定内容节点的节点介数，并将节点介数最大的内容节点作为中心节点，节点介数为在内容中心网络中所有最短路径中经过内容节点的路径数占最短路径总数的比例；

在中心节点的存储空间已满时，依次确定有效内容节点的缓存概率，并根据缓存概率对目标内容进行缓存，有效内容节点为内容请求节点与中心节点之间的内容节点，目标内容为内容请求节点所请求的内容。

在一种可能的实现方式中，在将节点介数最大的内容节点作为中心节点之后，还包括：在中心节点的存储空间未满时，将目标内容缓存至中心节点。

在一种可能的实现方式中，依次确定内容节点的节点介数，包括：

根据节点介数公式依次确定每个内容节点的节点介数，节点介数公式为：

其中，BC(v)为内容节点v的节点介数；V为内容中心网络中所有节点的集合，节点s、节点t和内容节点v为节点集合V中的三个互不相同的节点；σ_st为节点s到节点t的所有最短路径数，σ_st(v)为在节点s到节点t的所有最短路径中经过内容节点v的最短路径数。

在一种可能的实现方式中，依次确定有效内容节点的缓存概率，包括：

根据缓存概率公式依次确定有效内容节点的缓存概率，缓存概率公式为：

其中，N_i为内容请求节点至节点i之间所有节点的缓存容量的平均值，N_x为有效内容节点x的缓存容量；T_tw为目标时间常量；TSB为内容请求节点沿请求路径至有效内容节点x经过的跳数，TSI为内容请求节点与中心节点之间的跳数，且c＝TSI。

在一种可能的实现方式中，当存在多个节点介数最大的内容节点时：

将所有节点介数最大的内容节点均作为中心节点；或

将距离内容请求节点最近的、节点介数最大的内容节点作为中心节点。

基于同样的发明构思，本发明实施例还提供一种内容中心网络的内容缓存装置，包括：

路径确定模块，用于确定内容请求节点与相应的内容提供节点之间的最短路径，并确定最短路径上所有的内容节点；

节点确定模块，用于依次确定内容节点的节点介数，并将节点介数最大的内容节点作为中心节点，节点介数为在内容中心网络中所有最短路径中经过内容节点的路径数占最短路径总数的比例；

第一缓存模块，用于在中心节点的存储空间已满时，依次确定有效内容节点的缓存概率，并根据缓存概率对目标内容进行缓存，有效内容节点为内容请求节点与中心节点之间的内容节点，目标内容为内容请求节点所请求的内容。

在一种可能的实现方式中，该装置还包括：第二缓存模块；

在节点确定模块将节点介数最大的内容节点作为中心节点之后，第二缓存模块用于：在中心节点的存储空间未满时，将目标内容缓存至中心节点。

在一种可能的实现方式中，节点确定模块用于：根据节点介数公式依次确定每个内容节点的节点介数，节点介数公式为：

其中，BC(v)为内容节点v的节点介数；V为内容中心网络中所有节点的集合，节点s、节点t和内容节点v为节点集合V中的三个互不相同的节点；σ_st为节点s到节点t的所有最短路径数，σ_st(v)为在节点s到节点t的所有最短路径中经过内容节点v的最短路径数。

在一种可能的实现方式中，第一缓存模块用于：根据缓存概率公式依次确定有效内容节点的缓存概率，缓存概率公式为：

其中，N_i为内容请求节点至节点i之间所有节点的缓存容量的平均值，N_x为有效内容节点x的缓存容量；T_tw为目标时间常量；TSB为内容请求节点沿请求路径至有效内容节点x经过的跳数，TSI为内容请求节点与中心节点之间的跳数，且c＝TSI。

在一种可能的实现方式中，当存在多个节点介数最大的内容节点时：

将所有节点介数最大的内容节点均作为中心节点；或

将距离内容请求节点最近的、节点介数最大的内容节点作为中心节点。

本发明实施例提供的一种内容中心网络的内容缓存方法及装置，首先根据节点介数确定中心节点，在中心节点缓存已满时根据缓存概率将目标内容缓存至有效内容节点内，不需要考虑中心节点与内容提供节点之间的节点，从而可以避免将目标内容缓存至所有节点，有效避免缓存冗余；同时，根据缓存概率来布置缓存放置节点，可以增加内容请求节点访问内容的速度，提高网络的整体性能。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明实施例中内容中心网络的内容缓存方法的第一流程图；

图2为本发明实施例中内容请求的示意图；

图3为本发明实施例中内容中心网络的内容缓存方法的第二流程图；

图4为本发明实施例中内容中心网络的内容缓存方法的第一装置结构图；

图5为本发明实施例中内容中心网络的内容缓存方法的第二装置结构图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。

在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。

另外，为了更好的说明本发明，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本发明同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件未作详细描述，以便于凸显本发明的主旨。

除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。

根据本发明实施例，提供了一种内容中心网络的内容缓存方法，图1为该方法的流程图，具体包括步骤101-103：

步骤101：确定内容请求节点与相应的内容提供节点之间的最短路径，并确定最短路径上所有的内容节点。

本发明实施例中，内容请求节点发出内容请求包，该内容请求包用于请求目标内容。根据存储有该目标内容的节点与该内容请求节点之间的路径即可以确定最短路径，即可以确定哪一个存储有该目标内容的节点为内容提供节点。同时，本发明实施例中的“内容节点”为最短路径上的节点。

具体的，内容请求包中设有TSI(Time Since Inception)和TSB(Time sinceBirth)字段，在该内容请求包沿请求路径进行传送时，每经过一个节点则对TSB进行加一处理，通过TSB记录内容请求节点与当前节点之间的跳数；当到达内容提供节点后，确定TSI，TSI用于记录内容请求节点到内容提供节点之间的跳数，一种内容请求的示意图参见图2所示。

步骤102：依次确定内容节点的节点介数，并将节点介数最大的内容节点作为中心节点，节点介数为在内容中心网络中所有最短路径中经过内容节点的路径数占最短路径总数的比例。

本发明实施例中，节点介数用于确定该节点进行转发数据的可能性，节点介数越大，说明其他节点越可能通过该节点进行数据传输，即该节点越重要。具体的，节点介数为在内容中心网络中所有最短路径中经过内容节点的路径数占最短路径总数的比例。

其中，当存在多个节点介数最大的内容节点时：将所有节点介数最大的内容节点均作为中心节点；或，将距离内容请求节点最近的、节点介数最大的内容节点作为中心节点。通过将其中距离内容请求节点最近的内容节点作为中心节点，可以使得中心节点与内容请求节点之间的跳数尽可能小，从而内容请求节点能够快速获取目标内容，提高获取内容的效率。

其中，在步骤102中，根据节点介数公式依次确定每个内容节点的节点介数，该节点介数公式为：

其中，BC(v)为内容节点v的节点介数；V为内容中心网络中所有节点的集合，节点s、节点t和内容节点v为节点集合V中的三个互不相同的节点；σ_st为节点s到节点t的所有最短路径数，σ_st(v)为在节点s到节点t的所有最短路径中经过内容节点v的最短路径数。

步骤103：在中心节点的存储空间已满时，依次确定有效内容节点的缓存概率，并根据缓存概率对目标内容进行缓存，有效内容节点为内容请求节点与中心节点之间的内容节点，目标内容为内容请求节点所请求的内容。

由于中心节点可以当作重要的缓存节点，且中心节点的缓存容量有限，故中心节点中缓存的内容容易被后至的内容替换。因此，在中心节点的存储空间已满时，需要重新确定需要将目标内容缓存至哪一个节点。本发明实施例中，首先确定在最短路径上内容请求节点与中心节点之间的内容节点，即有效内容节点，之后根据每个有效内容节点的缓存概率确定是否将目标内容缓存到该有效内容节点内。

同时，有效内容节点缓存概率用于表示将目标内容缓存至该有效内容节点的概率。本发明实施例中，有效内容节点的缓存概率与内容请求节点与有效内容节点之间的跳数为负相关关系，即内容请求节点与有效内容节点之间的跳数越小，有效内容节点的缓存概率越大；即有效内容节点距离内容请求节点越近，缓存概率越大。距离内容请求节点越近的节点越可能缓存该目标内容，则在内容请求节点需要再次获取目标内容时，可以直接在较近的节点处获取该目标内容。

本发明实施例提供的一种内容中心网络的内容缓存方法，首先根据节点介数确定中心节点，在中心节点缓存已满时根据缓存概率将目标内容缓存至有效内容节点内，不需要考虑中心节点与内容提供节点之间的节点，从而可以避免将目标内容缓存至所有节点，有效避免缓存冗余；同时，根据缓存概率来布置缓存放置节点，可以增加内容请求节点访问内容的速度，提高网络的整体性能。

在一种可能的实现方式中，在将节点介数最大的内容节点作为中心节点之后，该方法还包括：在中心节点的存储空间未满时，将目标内容缓存至中心节点。

本发明实施例中，在确定中心节点后，需要先判断中心节点的存储空间是否已满，当存储空间未满时，即将目标内容缓存至中心节点。由于中心节点可以看做整个网络或部分网络的中心，当有其他的内容请求节点也需要获取目标内容时，则可以直接从该中心节点处获取相应的目标内容，不需要去源节点(即内容提供节点)获取内容，从而可以提高获取内容的效率。

在一种可能的实现方式中，步骤103中依次确定有效内容节点的缓存概率，包括：

根据缓存概率公式依次确定有效内容节点的缓存概率，缓存概率公式为：

其中，N_i为内容请求节点至节点i之间所有节点的缓存容量的平均值，N_x为有效内容节点x的缓存容量；T_tw为目标时间常量；TSB为内容请求节点沿请求路径至有效内容节点x经过的跳数，TSI为内容请求节点与中心节点之间的跳数，且c＝TSI。

具体的，节点i表示距离内容请求节点的跳数为i的节点；有效内容节点x表示距离内容请求节点的跳数为x的有效内容节点，即TSB(x)＝x；TSI(x)为一定值，即内容请求节点与中心节点之间的跳数。

下面通过一个实施例详细介绍该方法的流程。

本发明实施例提供的一种内容中心网络的内容缓存方法在确定中心节点后，判断中心节点的存储空间是否已满，参见图3所示，该方法具体包括步骤301-308：

步骤301：内容请求节点发送内容请求包。

该内容请求包中含有感兴趣的目标内容名称。

步骤302：计算请求路径中节点的节点介数，并保存最大节点介数的节点。

即保存中心节点。

步骤303：内容提供节点返回内容包，判断返回路径上的节点是否为中心节点，在该节点为中心节点时，继续步骤304，否则继续传递内容包并不进行内容缓存。

步骤304：查看PIT表，将目标内容向内容请求节点转发。

其中，PIT(Pending interest table)是未决兴趣表，中心内容网络需要支持此类表项的查找。

步骤305：判断中心节点的存储空间是否已满，在未满时，继续步骤306，否则继续步骤307。

步骤306：将目标内容的副本放置于中心节点内。

步骤307：将目标内容的副本放置于中心节点内，并确定有效内容节点的缓存概率。

步骤308：根据缓存概率对目标内容进行缓存。

本发明实施例提供的一种内容中心网络的内容缓存方法，首先根据节点介数确定中心节点，在中心节点缓存已满时根据缓存概率将目标内容缓存至有效内容节点内，不需要考虑中心节点与内容提供节点之间的节点，从而可以避免将目标内容缓存至所有节点，有效避免缓存冗余；同时，根据缓存概率来布置缓存放置节点，可以增加内容请求节点访问内容的速度，提高网络的整体性能。

以上详细介绍了一种内容中心网络的内容缓存方法流程，该方法也可以通过相应的装置实现，下面详细介绍该装置的结构和功能。

本发明实施例提供的一种内容中心网络的内容缓存装置，参见图4所示，包括：

路径确定模块41，用于确定内容请求节点与相应的内容提供节点之间的最短路径，并确定最短路径上所有的内容节点。

节点确定模块42，用于依次确定内容节点的节点介数，并将节点介数最大的内容节点作为中心节点，节点介数为在内容中心网络中所有最短路径中经过内容节点的路径数占最短路径总数的比例。

第一缓存模块43，用于在中心节点的存储空间已满时，依次确定有效内容节点的缓存概率，并根据缓存概率对目标内容进行缓存，有效内容节点为内容请求节点与中心节点之间的内容节点，目标内容为内容请求节点所请求的内容。

在一种可能的实现方式中，参见图5所示，该装置还包括：第二缓存模块44。

在节点确定模块42将节点介数最大的内容节点作为中心节点之后，第二缓存模块44用于：在中心节点的存储空间未满时，将目标内容缓存至中心节点。

在一种可能的实现方式中，节点确定模块用于：根据节点介数公式依次确定每个内容节点的节点介数，节点介数公式为：

其中，BC(v)为内容节点v的节点介数；V为内容中心网络中所有节点的集合，节点s、节点t和内容节点v为节点集合V中的三个互不相同的节点；σ_st为节点s到节点t的所有最短路径数，σ_st(v)为在节点s到节点t的所有最短路径中经过内容节点v的最短路径数。

在一种可能的实现方式中，第一缓存模块用于：根据缓存概率公式依次确定有效内容节点的缓存概率，缓存概率公式为：

其中，N_i为内容请求节点至节点i之间所有节点的缓存容量的平均值，N_x为有效内容节点x的缓存容量；T_tw为目标时间常量；TSB为内容请求节点沿请求路径至有效内容节点x经过的跳数，TSI为内容请求节点与中心节点之间的跳数，且c＝TSI。

在一种可能的实现方式中，当存在多个节点介数最大的内容节点时：

将所有节点介数最大的内容节点均作为中心节点；或

将距离内容请求节点最近的、节点介数最大的内容节点作为中心节点。

本发明实施例提供的一种内容中心网络的内容缓存方法及装置，首先根据节点介数确定中心节点，在中心节点缓存已满时根据缓存概率将目标内容缓存至有效内容节点内，不需要考虑中心节点与内容提供节点之间的节点，从而可以避免将目标内容缓存至所有节点，有效避免缓存冗余；同时，根据缓存概率来布置缓存放置节点，可以增加内容请求节点访问内容的速度，提高网络的整体性能。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (8)

1.一种内容中心网络的内容缓存方法，其特征在于，包括：

确定内容请求节点与相应的内容提供节点之间的最短路径，并确定所述最短路径上所有的内容节点；

依次确定所述内容节点的节点介数，并将节点介数最大的内容节点作为中心节点，所述节点介数为在内容中心网络中所有最短路径中经过所述内容节点的路径数占最短路径总数的比例；

在所述中心节点的存储空间已满时，依次确定有效内容节点的缓存概率，并根据所述缓存概率对目标内容进行缓存，所述有效内容节点为所述内容请求节点与所述中心节点之间的内容节点，所述目标内容为所述内容请求节点所请求的内容；

所述依次确定有效内容节点的缓存概率，包括：

根据缓存概率公式依次确定有效内容节点的缓存概率，所述缓存概率公式为：

其中，N_i为内容请求节点至节点i之间所有节点的缓存容量的平均值，节点i表示距离内容请求节点的跳数为i的节点，N_x为有效内容节点x的缓存容量，有效内容节点x表示距离内容请求节点的跳数为x的有效内容节点；T_tw为目标时间常量；TSB(x)为内容请求节点沿请求路径至有效内容节点x经过的跳数，且TSB(x)＝x，TSI(x)为内容请求节点与中心节点之间的跳数，TSI(x)为一定值，且c＝TSI(x)。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述将节点介数最大的内容节点作为中心节点之后，还包括：

在所述中心节点的存储空间未满时，将目标内容缓存至所述中心节点。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述依次确定所述内容节点的节点介数，包括：

根据节点介数公式依次确定每个内容节点的节点介数，所述节点介数公式为：

其中，BC(v)为内容节点v的节点介数；V为内容中心网络中所有节点的集合，节点s、节点t和内容节点v为节点集合V中的三个互不相同的节点；σ_st为节点s到节点t的所有最短路径数，σ_st(v)为在节点s到节点t的所有最短路径中经过内容节点v的最短路径数。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，当存在多个节点介数最大的内容节点时：

将所有节点介数最大的内容节点均作为中心节点；或

将距离所述内容请求节点最近的、节点介数最大的内容节点作为中心节点。

5.一种内容中心网络的内容缓存装置，其特征在于，包括：

路径确定模块，用于确定内容请求节点与相应的内容提供节点之间的最短路径，并确定所述最短路径上所有的内容节点；

节点确定模块，用于依次确定所述内容节点的节点介数，并将节点介数最大的内容节点作为中心节点，所述节点介数为在内容中心网络中所有最短路径中经过所述内容节点的路径数占最短路径总数的比例；

第一缓存模块，用于在所述中心节点的存储空间已满时，依次确定有效内容节点的缓存概率，并根据所述缓存概率对目标内容进行缓存，所述有效内容节点为所述内容请求节点与所述中心节点之间的内容节点，所述目标内容为所述内容请求节点所请求的内容；

所述第一缓存模块用于：根据缓存概率公式依次确定有效内容节点的缓存概率，所述缓存概率公式为：

其中，N_i为内容请求节点至节点i之间所有节点的缓存容量的平均值，节点i表示距离内容请求节点的跳数为i的节点，N_x为有效内容节点x的缓存容量，有效内容节点x表示距离内容请求节点的跳数为x的有效内容节点；T_tw为目标时间常量；TSB(x)为内容请求节点沿请求路径至有效内容节点x经过的跳数，且TSB(x)＝x，TSI(x)为内容请求节点与中心节点之间的跳数，TSI(x)为一定值，且c＝TSI(x)。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，还包括：第二缓存模块；

在所述节点确定模块将节点介数最大的内容节点作为中心节点之后，所述第二缓存模块用于：在所述中心节点的存储空间未满时，将目标内容缓存至所述中心节点。

7.根据权利要求5或6所述的装置，其特征在于，所述节点确定模块用于：根据节点介数公式依次确定每个内容节点的节点介数，所述节点介数公式为：

其中，BC(v)为内容节点v的节点介数；V为内容中心网络中所有节点的集合，节点s、节点t和内容节点v为节点集合V中的三个互不相同的节点；σ_st为节点s到节点t的所有最短路径数，σ_st(v)为在节点s到节点t的所有最短路径中经过内容节点v的最短路径数。

8.根据权利要求5或6所述的装置，其特征在于，当存在多个节点介数最大的内容节点时：

将所有节点介数最大的内容节点均作为中心节点；或

将距离所述内容请求节点最近的、节点介数最大的内容节点作为中心节点。