CN106572501A - 基于双重阈值判决的内容中心移动自组织网络缓存方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于双重阈值判决的内容中心移动自组织网络缓存方法。该方法包括：1)在待定请求表PIT中添加两个字段：检索频次p与响应时延t，设置检索频次阈值p0与响应时延阈值t0；2)当节点收到返回的数据包后，首先检查其内容缓存CS中是否已存储该内容，如果有，则丢弃该数据包；如果没有，查看其当前检索频次p，若p低于p0，表明检索频率很低，不缓存；反之，继续将其响应时延t与t0进行比较，若低于t0，表明临近节点存储了该内容，不缓存；反之，缓存该内容。本发明通过双阈值比较判决的方法，能够节约缓存资源与缓存能量，优先缓存热点内容，减少缓存副本情况下的内容响应时延，保障内容的检索效率。

Description

基于双重阈值判决的内容中心移动自组织网络缓存方法

技术领域

本发明涉及无线通信网络技术领域，涉及内容中心移动自组织网络中的缓存技术，具体涉及一种基于双重阈值判决的内容中心移动自组织网络缓存方法。

背景技术

内容中心移动自组织网络(Content Centric MANET，CCMANET)是将内容中心网络(Content Centric Network，CCN)中以内容为中心的思想应用到移动自组织网络(Mobile AdHoc Network，MANET)中而形成的新型网络架构。在CCMANET中，请求节点需要某一内容数据时会向周围邻居节点广播兴趣包(Interest Packet)，当一个节点收到该兴趣包时，它首先检查本地缓存是否有请求的数据，如果缓存有该数据，则直接返回给请求节点；否则，用户请求会转发给下一跳节点直至到达一个缓存有请求内容的节点或者源服务节点(统称为服务节点)。服务节点会沿兴趣包路径回传内容数据包(Data Packet)至请求节点，路径上的任何节点都可以根据某种原则，决定是否需要缓存该内容的副本，以满足其他节点对该内容的后续请求。

如何进行内容数据包缓存是影响CCMANET性能的一个重要因素。这是因为，若缓存副本太多，如逐跳缓存策略，会造成节点缓存资源紧张、缓存开销太大以及检索隐私泄露等问题；而缓存副本太少，如基于间距的选择性缓存策略，又会造成检索响应时延太长导致检索效率下降、检索与转发能耗增加、以及网络业务量拥塞等问题。所以，在CCMANET中，合理的缓存策略对于保证CCMANET的应用性能至关重要。而缓存策略的合理性，则需要综合体现在缓存开销、检索隐私保护、检索效率、转发能耗以及网络传输状态等各个方面。研究表明，从理论分析角度求得各方面的完全均衡是一件十分困难的工作，并且其实现复杂度会大大增加节点的运行能耗。因此，本发明将各种因素转化成阈值，通过阈值均衡CCMANET在各方面的性能表现，缓解了逐跳缓存或者基于距离的选择性缓存存在的问题。

发明内容

本发明的目的是为CCMANET提供一种提高网络整体性能的缓存策略，该策略通过对请求内容设置检索频次阈值与响应时间阈值，使缓存决策与内容流行度和响应时间相关联，优先缓存流行度较高、响应时间较长的内容，进而避免逐跳缓存造成的缓存能耗大、缓存资源紧张、检索隐私泄露等问题，同时克服基于距离判决的选择性缓存的间隔缓存策略存在的响应时间长、业务转发能耗大、网络拥塞等缺点。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种基于双重阈值判决的内容中心移动自组织网络缓存方法，其步骤包括：

1)在待定请求表PIT中添加两个字段，分别为检索频次p与响应时延t，并设置检索频次阈值p0与响应时延阈值t0；

2)当节点收到返回的内容数据包后，检查其内容缓存中是否已存储该内容，如果有，则丢弃该数据包；如果没有，则进行步骤3)；

3)查看其当前检索频次p，若p低于p0，则不缓存该内容；反之，若p不低于p0，则继续将其响应时延t与t0进行比较，若t低于t0，则不缓存该内容；反之，若t不低于t0，则缓存该内容。

进一步地，当节点接收到来自请求节点的兴趣包时，进行如下操作：

a)查看本地的内容缓存中是否存有对应的内容数据，如果有，则返回内容数据包；如果没有，则进行下一步操作；

b)查看本地的PIT列表中是否存在该兴趣包的请求记录，如果有，则说明已经转发过该兴趣包，正在等待检索结果，此时将检索频次p+1，然后将兴趣包丢弃；如果没有，则在PIT中增加该兴趣包的记录，设置检索频次p＝1，记录当前时间，然后向外转发该兴趣包。

进一步地，所述检索频次阈值p0的设定综合考虑内容类型、剩余内存大小、网络规模和应用环境因素，如下式所示：

其中，μ取决于内容类型，每种内容类型对应一个数值；取决于剩余内存大小，将剩余内存大小的情况分成若干区间，每个区间对应一个数值；γ取决于网络规模，每种规模对应一个数值；β为环境修正变量，针对不同的环境区别设定。

进一步地，所述响应时间阈值t0以CCMANET中m跳的平均响应时延为准，在此基础上根据内容类型进行修正，如下式所示：

其中，表示CCMANET中m跳的平均响应时延，△t表示不同内容类型的时延修正值，对时延越敏感的业务的修正值越小。

本发明针对内容中心移动自组织网络中的缓存问题提出了一种基于双重阈值判决的缓存方法，该方法具有以下优点：

1)创新性：当前CCMANET的缓存机制多为逐跳缓存或者是基于距离的选择性缓存方式，对网络传输性能的敏感性较差。本发明创新性地将缓存决策与内容的流行度与内容反馈响应延迟时间等因素相结合，在保证网络分发效率的情况下，降低了缓存开销，避免了逐跳缓存与距离性选择缓存存在的诸多问题。

2)实用性：本发明所提出的方法简单，很容易在CCMANET协议中实现，并且本方法属于分布式策略，每个节点独立判决，能够很好地适应CCMANET分布式组网、移动式工作的特点。

3)有效性：本发明所提供的方法，采用基于检索频次与内容响应时间的缓存判决策略，能够优先对检索频次高、响应时间长的内容进行缓存，增强了CCMANET缓存对网络状态的敏感性，提高了网络的整体应用性能。

附图说明

图1.节点接收到兴趣包的处理流程图。

图2.节点接收到内容数据包的处理流程图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面通过具体实施例和附图，对本发明做进一步说明。

本发明的基本思想包括：(1)综合考虑内容类型、缓存内存、网络规模、应用环境等因素，基于缓存开销、检索开销、以及响应时延和网络规模的关系，确定检索频次阈值p0与响应时间阈值t0；(2)在PIT(Pending Interest Table，待定请求表)中记录请求信息的检索频次值，通过比较内容的检索频次值与阈值p0的关系，确定是否要进行缓存：如果低于阈值p0，不缓存，否则，继续比较响应时间与响应时间阈值的关系；(3)在PIT中记录请求信息的响应时间t(接收到内容数据包的时间减去接收到该相应的内容兴趣包的时间)，若t大于t0，缓存，否则，说明和数据源离得很近，不缓存。

1.阈值的确定

(1)检索频次阈值p0

检索频次阈值p0的设定将综合考虑内容类型、剩余内存大小、网络规模、应用环境等因素，如公式(1)所示：

其中，μ取决于内容类型，内容包含语音、视频、数据等类型，每种内容类型对应一个数值；取决于剩余内存大小，将剩余内存大小的情况分成几个区间，每个区间对应一个数值；γ取决于网络规模，将网络规模分成大、中、小三种规模，然后每种规模对应一个数值；β为环境修正变量，针对不同的应用环境区别设定。

所有参量的具体数值将基于统计分析确定，但基于对缓存开销、检索开销、以及响应时延和网络规模的关系考虑，设置原则如下：

·内容包的数据量越大，μ值越大；

·剩余内存越小，值越大；

·网络规模越小，γ值越大。

(2)响应时间阈值

响应时间阈值t0将以CCMANET中m跳的平均响应时延为准，在此基础上根据内容类型进行修正，如公式(2)所示：

其中，表示CCMANET中m跳的平均响应时延，△t表示不同内容类型的时延修正值越是对时延敏感的业务的修正值越小。m值取决于实际网络的网络拓扑、应用场景等因素。网络拓扑密集的情况下，m值相对较大。一般情况下，m值可取值为1。

2.节点接收到内容兴趣包

当节点接收到来自请求节点的兴趣包时，系统将采取如图1所示的处理方法，主要流程如下：

(1)节点收到请求节点发送过来的兴趣包后，首先查看本地的内容缓存CS中是否存有对应的内容数据。如果有，返回内容数据包；如果没有，进行下一步操作；

(2)查看本地的PIT列表中是否存在该兴趣包的请求记录，如果有，说明已经转发过该兴趣包，正在等待检索结果，此时将检索频次p+1，然后将兴趣包丢弃；如果没有，在PIT中增加该兴趣包的记录，设置检索频次p＝1，记录当前时间，赋给t1，然后向外转发该兴趣包。

3.节点接收到内容数据包

当节点接收到内容数据包时，系统将采取如图2所示的处理方法，主要流程为：

(1)节点收到内容数据包，记录接收时间t2；

(2)查看本地内容缓存CS中是否存有相同的内容数据。如果有，丢弃数据包，如果没有，进行下一步操作；

(3)查看本地PIT中是否有该内容的请求记录，如果没有，说明其它节点没有通过本地节点检索过该信息，丢弃该数据；如果有，说明其它节点层通过本节点检索过该信息，则转发该信息；然后进行下一步操作。

(4)查看PIT中记录的该内容的检索频次值p，若p<p0，说明检索频次太低，此时不缓存该信息，直接丢弃；反之，即若p≥p0，则进行下一步操作；

(5)计算该信息的响应时延t，t＝t2-t1；

(6)比较t与响应时延阈值t0，若t<t0，说明临近存在内容源，此时放弃缓存，将数据包丢弃；反之，即若t≥t0，则缓存该内容。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，本领域的普通技术人员可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围，本发明的保护范围应以权利要求书所述为准。

Claims (8)

1.一种基于双重阈值判决的内容中心移动自组织网络缓存方法，其步骤包括：

1)在待定请求表PIT中添加两个字段，分别为检索频次p与响应时延t，并设置检索频次阈值p0与响应时延阈值t0；

2)当节点收到返回的内容数据包后，检查其内容缓存中是否已存储该内容，如果有，则丢弃该数据包；如果没有，则进行步骤3)；

3)查看其当前检索频次p，若p低于p0，则不缓存该内容；若p不低于p0，则继续将其响应时延t与t0进行比较，若t低于t0，则不缓存该内容；若t不低于t0，则缓存该内容。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：当节点接收到来自请求节点的兴趣包时，进行如下操作：

a)查看本地的内容缓存中是否存有对应的内容数据，如果有，则返回内容数据包；如果没有，则进行下一步操作；

b)查看本地的PIT列表中是否存在该兴趣包的请求记录，如果有，则说明已经转发过该兴趣包，正在等待检索结果，此时将检索频次p+1，然后将兴趣包丢弃；如果没有，则在PIT中增加该兴趣包的记录，设置检索频次p＝1，记录当前时间，然后向外转发该兴趣包。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述检索频次阈值p0的设定综合考虑内容类型、剩余内存大小、网络规模和应用环境因素，如下式所示：

其中，μ取决于内容类型，每种内容类型对应一个数值；取决于剩余内存大小，将剩余内存大小的情况分成若干区间，每个区间对应一个数值；γ取决于网络规模，每种规模对应一个数值；β为环境修正变量，针对不同的环境区别设定。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于：内容包的数据量越大，μ值越大；剩余内存越小，值越大；网络规模越小，γ值越大。

5.如权利要求3所述的方法，其特征在于：所述内容类型包含语音、视频、数据；所述网络规模分成大、中、小三种规模。

6.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述响应时间阈值t0以CCMANET中m跳的平均响应时延为准，在此基础上根据内容类型进行修正，如下式所示：

$t0=\stackrel{\&OverBar;}{t}+\mathrm{\&Delta;}t,$

其中，表示CCMANET中m跳的平均响应时延，△t表示不同内容类型的时延修正值，越是对时延敏感的业务的修正值越小。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于：所述m的值取决于实际网络的网络拓扑和应用场景因素，在网络拓扑密集的情况下，m值相对较大。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于：所述m的取值为1。