CN109936633A

CN109936633A - 内容中心网络中基于内容重要度的协作缓存策略

Info

Publication number: CN109936633A
Application number: CN201910180869.1A
Authority: CN
Inventors: 熊炼; 李朋明; 陈翔; 朱红梅; 刘亦星
Original assignee: Chongqing University of Post and Telecommunications
Current assignee: Chongqing University of Post and Telecommunications
Priority date: 2019-03-11
Filing date: 2019-03-11
Publication date: 2019-06-25

Abstract

本发明公开了一种内容中心网络中基于内容重要度的协作缓存方法，属于互联网通信技术领域。该方法包括：接入节点收到用户请求时，首先利用区域内容流行度和用户对不同类型内容的偏好度计算内容区域重要度，以内容区域重要度指标实现缓存内容的选择；缓存命中前的转发节点统计需要缓存内容的全局重要度，并通过节点间协作实现缓存节点的选择；请求命中节点根据内容的区域重要度与全局重要度执行差异化缓存策略，将全局重要内容缓存在易于内容分发的重要中心节点，将区域重要内容等级匹配的缓存在便于用户获取的边缘节点；数据包返回时，节点根据缓存决策信息进行缓存放置。本发明从用户偏好出发，以内容重要度指标选择性缓存高质量内容，充分发挥不同位置节点的缓存优势，减小了用户内容请求时延，提高了缓存系统性能。

Description

内容中心网络中基于内容重要度的协作缓存策略

技术领域

本发明属于互联网通讯技术领域，特别涉及一种内容中心网络中基于内容重要度的协作缓存方法。

背景技术

为了解决传统IP网络中存在的传输效率低、可扩展性差和安全风险高的问题，人们提出了以内容为中心的下一代网络架构CCN(Content Centric Networking)。CCN的核心技术之一是网络内置缓存，网络内置缓存是指在网络设备上配置存储资源来缓存内容对象，以就近响应该内容的后续请求，降低重复传输相同内容而引起的链路负载，减少用户内容获取时延，提高网络传输效率。但实际网络中缓存空间越大反而操作复杂度越高，即CCN节点线速转发的需求限制了节点所能支持的缓存空间大小，而且面对网络中持续产生的海量内容，缓存空间总是相对有限。CCN缓存策略决定了那些节点缓存内容、节点缓存哪些内容，影响着缓存系统的性能。现有CCN缓存策略的研究是为了使相对有限的缓存资源发挥最大效率，能够相应更多用户的请求，提高内容分发效率，减少用户请求时延和网络负载。

目前研究为了提升缓存系统性能，均从“节点”与“内容”两个角度出发来设计缓存策略，既选择缓存内容提高缓存内容质量或选择缓存节点实现内容最佳放置。比如，现有研究考虑内容热度或者考虑冗余控制以提高缓存内容质量，却忽略了去用户与偏好对提高缓存内容质量的作用。选择缓存位置时，利用便于用户获取内容的边缘存储优势或利用便于内容快速分发的重要中心节点缓存优势，却忽略了不同位置节点的缓存优势并非不可调和。因此，缓存策略设计时应该同时优化缓存内容的选择和缓存位置的选择。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种内容中心网络中基于内容重要度的协作缓存策略，包括：

S1：对用户偏好敏感的接入节点收到用户发出的内容请求；

S2：接入节点根据用户偏好度与内容流行度计算内容区域重要度，实现缓存内容的选择；

S3：未响应请求的沿途节点转发数据包前，对需缓存内容统计内容的全局重要度，并通过节点间协作进行重要中心节点的选择；

S4：响应用户请求的节点，在返回数据包前进行差异化缓存决策，将全局重要内容缓存在易于内容分发的重要中心节点，将区域重要内容按重要度靠近用户缓存在相应等级的节点；

S5：数据包返回时，沿途节点匹配缓存决策信息确定是否缓存该内容。

进一步，步骤2的具体方法为：

1)内容区域重要度与区域用户偏好度和内容流行度有关。用户接入的第一跳节点为接入节点，接入节点对用户偏好最敏感，接入节点收到兴趣包后首先计算区域用户请求内容类型的偏好度：

P_M＝count_M/count_All

其中，count_M为节点处M类内容的请求数，count_All为节点收到的内容请求总数。

2)算法利用多个周期的请求变化趋势，采用指数平均加权法计算内容流行度CL_ij：

其中，χ为观察周期个数，β为衰减因子，算法中取β＝2/(χ+1)，L_ij(T)为内容i在周期T内的请求次数与总请求数的比值。

3)节点结合内容偏好度P_M和内容流行度CL_ij指标计算内容区域重要度：

4)节点根据内容区域重要度计算内容的重要度等级：

W_i＝R_i/U

其中，R_i为重要度排名，U为内容总数，节点根据W_i选择需要缓存的内容。

5)若W_i＜ΔW，说明内容为区域重要内容，此时令兴趣包Local Importance Level字段值LIL_i＝W_i，然后更新Interest Total Hops字段值ITH_i后转发请求。ITH_i值每经过一节点都加1操作来记录请求经过跳数，仅需缓存的区域重要内容更新ITH_i。

若W_i≥ΔW则令LIL_i值为0，然后匹配转发信息表直接转发请求，接入节点也是通过判断LIL_i值是否为0决定是否计算内容区域重要度。

进一步的，所述步骤S3包括：

1)未响应请求的沿途节点匹配请求经过跳数ITH_i值，ITH_i不为零则说明内容为需缓存内容，节点统计内容区域重要内容：

AD_i＝∑_j∈Vcount_T_i

其中，V为内容请求经过节点的集合，count_T_i为节点j处i内容的请求次数。

2)未响应请求的节点通过协作实现重要中心节点的选择，首先节点j收到兴趣包后计算内容i的本地活跃度：

SV_ij＝count_T_i-AD_i/AH_i

其中，AH_i为上一重要中心节点所在跳数。若SV_ij＞0则意味着本节点更易于内容分发，节点更新兴趣包Activity Hop字段值AH_i为当前请求经过跳数ITH_i。若SV_ij≤0不更新AH_i。

3)节点转发兴趣包前，更新AD_i与ITH_i值。非区域重要内容则无需计算全局重要度、选择重要中心节点和更新ITH_i值。

4、根据权利要求1所述的一种内容中心网络中基于内容重要度的协作缓存方法，其特征在于，所述缓存决策包括：

在缓存命中节点，若匹配到兴趣包中ITH_i值为0，即内容不是区域重要内容，内容无需缓存也不需要缓存决策，此时节点直接向用户返回数据。若ITH_i值不为0，内容需要缓存时，节点计算内容全局重要度：

NAD_i＝(AD_i/ITH_i-AD_min)/(AD_max-AD_min)

其中，AD_max和AD_min分别为节点处最大与最小内容活跃值，ITH_i为请求经过跳数。节点根据内容全局重要度执行差异化缓存决策，确定缓存执行跳数。

5、根据权利要求4所述的一种内容中心网络中基于内容重要度的协作缓存方法，其特征在于，所述缓存执行跳数包括：

1)若NAD_i＞ΔAD，则将内容缓存在重要中心节点，缓存执行跳数ECH_i＝AH_i。

2)若NAD_i≤ΔAD，则按内容重要度等级匹配相应级别的节点，内容越重要缓存距离用户越近，缓存执行跳数为：

ECH_i＝Round(W_i*ITH_i)。

其中，W_i为内容的区域重要度等级。此外，节点向用户返回数据包前将ECH_i值写入数据包Execution Cache Hops字段，并写入Data Total Hops字段值DTH_i＝ITH_i。后续收到数据包的节点匹配缓存决策信息执行缓存放置。

6、根据权利要求5所述的一种内容中心网络中基于内容重要度的协作缓存方法，其特征在于，所述缓存放置包括：

在数据包返回的过程中，节的收到数据包后会首先查看本地缓存信息表CS(Content Store)是否有缓存该内容，本节点已缓存说明该内容请求已被满足，此时节点丢弃此数据包。本节点未缓存该内容时，节点匹配ECH_i值为空即内容全局重要度不高时，直接转发数据包。ECH_i值不为空，节点则通过数据包中ECH_i与DTH_i值决定是否进行缓存放置。

1)若DTH_i＞ECH_i，即未到缓存放置节点，则对数据表中DTH_i值进行减1操作后转发。

2)若DTH_i＝ECH_i则执行缓存操作，然后将数据包DTH_i值进行减1操作后向下转发。

3)若DTH_i＜ECH_i，即缓存决策跳数已失效，则所经过节点直接转发数据包。

本发明的有益效果在于：

本发明以用户对不同类型内容的偏好和内容流行度作为区域内容重要度指标，选择需缓存内容，提高缓存内容质量；然后对需缓存内容执行差异化缓存策略，将全局重要内容即全局活跃的内容缓存在重要中心节点，非全局重要内容则按区域重要度等级与节点等级匹配缓存。最终实现用户就近获取区域重要内容，全局重要内容也能够快速分发给更多用户。

附图说明

图1为本发明基于内容重要度的协作缓存策略整体流程图。

图2为本发明中网络传输的数据包格式。

图3为本发明中节点对兴趣包的处理流程图。

图4为本发明中节点对数据包的处理流程图。

具体实施方案

下面将结合附图，对本发明实施例中技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，以上所举实施例也仅为本发明的优选实施方式，并不用以限制本发明。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

Claims

1.一种内容中心网络中基于内容重要度的协作缓存方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

S1：对用户偏好敏感的接入节点收到用户发出的内容请求；

S3：未响应请求的沿途节点转发兴趣包前，对需缓存内容统计内容的全局重要度，并通过节点间协作选择重要中心节点；

S5：数据包返回时，沿途节点匹配缓存决策信息进行缓存放置。

2.根据权利要求1所述的一种内容中心网络中基于内容重要度的协作缓存方法，其特征在于，所述步骤S2包括：

1)用户接入的第一跳节点为接入节点，接入节点收到兴趣包后计算区域用户请求偏好度：

P_M＝count_M/count_All

4)节点根据内容区域重要度得到内容重要度等级：

W_i＝R_i/U

其中，R_i为重要度排名，U为内容总数。节点根据W_i确定内容是否需缓存，需要缓存则令兴趣包Local Importance Level字段值LIL_i＝W_i，不需要缓存则令LIL_i＝0(用于判断节点是否为接入节点)。请求转发前仅对需缓存内容更新Interest Total Hops字段值ITH_i，ITH_i值每经过一节点累加1。

3.根据权利要求1所述的一种内容中心网络中基于内容重要度的协作缓存方法，其特征在于，所述步骤S3包括：

1)未响应请求的节点匹配ITH_i值为0时直接转发请求，否则统计内容全局重要度：

AD_i＝∑_j∈Vcount_T_i

2)未响应请求的节点j对需缓存内容i计算内容本地活跃度：

SV_ij＝count_T_i-AD_i/AH_i

其中，AH_i为上一重要中心节点所在跳数。若SV_ij＞0则意味着本节点更易于内容分发，此时节点更新兴趣包Activity Hop字段值AH_i。若SV_ij≤0不更新AH_i值。

3)节点转发兴趣包前，节点仅对需缓存内容更新Activity Degree字段值AD_i和ITH_i。

4.根据权利要求1所述的一种内容中心网络中基于内容重要度的协作缓存方法，其特征在于，所述缓存决策包括：

若内容无需缓存则直接返回数据包，若内容需要缓存则计算内容全局重要度：

NAD_i＝(AD_i/ITH_i-AD_min)/(AD_max-AD_min)

其中，AD_max和AD_min分别为节点处最大与最小内容活跃值，ITH_i为请求经过跳数。节点则根据内容全局重要度执行差异化缓存决策，确定缓存执行跳数。

5.根据权利要求4所述的一种内容中心网络中基于内容重要度的协作缓存方法，其特征在于，所述缓存执行跳数包括：

2)若NAD_i≤ΔAD，则按内容重要度等级匹配相应级别的节点，内容越重要缓存距离用户越近，缓存执行跳数ECH_i＝Round(W_i*ITH_i)。

返回数据包前节点将ECH_i值写入数据包Execution Cache Hops字段，并写入DataTotal Hops字段值DTH_i＝ITH_i。后续收到数据包的节点匹配缓存决策信息执行缓存放置。

6.根据权利要求5所述的一种内容中心网络中基于内容重要度的协作缓存方法，其特征在于，所述缓存放置方法包括：

节的收到数据包后首先查看本地是否缓存该内容，已缓存则丢弃数据包。本地未缓存时，对非区域重要内容直接转发数据包。需缓存内容若匹配到DTH_i＝ECH_i，执行缓存操作并更新DTH_i值后转发(DTH_i值每经过一个节点累减1)。若DTH_i＞ECH_i则仅更新DTH_i值并转发，若DTH_i＜ECH_i则直接转发。