基于流行度的數(shù)據(jù)命名網(wǎng)絡(luò)的均衡分布緩存方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種數(shù)據(jù)命名網(wǎng)絡(luò)的緩存技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于流行度的數(shù) 據(jù)命名網(wǎng)絡(luò)的均衡分布緩存方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 數(shù)據(jù)命名網(wǎng)絡(luò)（NDN)是解決當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)不適應(yīng)內(nèi)容服務(wù)的眾多方案中的一個(gè)。NDN著眼于目前互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的特點(diǎn)，不再用IP地址該樣標(biāo)識(shí)內(nèi)容屬主的信息作為路由的索 弓I，提出按照內(nèi)容的名字來(lái)查找和分發(fā)數(shù)據(jù)，并在分發(fā)數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)的中間節(jié)點(diǎn)緩存數(shù)據(jù)。該樣 數(shù)據(jù)請(qǐng)求可W不用到達(dá)數(shù)據(jù)源便能夠被中間緩存節(jié)點(diǎn)應(yīng)答。NDN的設(shè)計(jì)思想主要基于很多 網(wǎng)絡(luò)用戶或者應(yīng)用只關(guān)注于內(nèi)容本身、對(duì)于數(shù)據(jù)從哪里來(lái)的或者怎樣來(lái)的并不關(guān)也的網(wǎng)絡(luò) 應(yīng)用事實(shí)。
[0003]NDN該種機(jī)制對(duì)于無(wú)線移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)該樣用戶位置變化頻繁的網(wǎng)絡(luò)更為適應(yīng)。當(dāng)用戶 移動(dòng)到另外一個(gè)位置時(shí)，它可W使用數(shù)據(jù)名字從周圍節(jié)點(diǎn)迅速請(qǐng)求或者重新請(qǐng)求到其所需 的內(nèi)容，而不用像IP網(wǎng)絡(luò)中為能夠持續(xù)獲得數(shù)據(jù)一定要保持同先前數(shù)據(jù)源節(jié)點(diǎn)的連接關(guān) 系W及與特定節(jié)點(diǎn)的鄰接關(guān)系。而且，NDN不需要給每個(gè)節(jié)點(diǎn)分配IP地址，節(jié)點(diǎn)直接用應(yīng) 用數(shù)據(jù)名字轉(zhuǎn)發(fā)興趣包和數(shù)據(jù)包，很好地避開(kāi)了當(dāng)前IP網(wǎng)絡(luò)中移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的IP地址分配問(wèn) 題。
[0004]但是，NDN網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)要支持像Adhoc網(wǎng)絡(luò)或者車載網(wǎng)絡(luò)（C2C，不包括C2I)該樣沒(méi) 有基礎(chǔ)設(shè)施的無(wú)線移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景是有局限的，因?yàn)槊總€(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的存儲(chǔ)能力是有限的。該 里我們將該樣沒(méi)有基礎(chǔ)設(shè)施的、采用NDN基本機(jī)制構(gòu)成的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)稱為純無(wú)線NDN網(wǎng)絡(luò)。如 果對(duì)NDN機(jī)制不加W完善只采用基本的沿著數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)的節(jié)點(diǎn)上緩存的方式，對(duì)于中間節(jié)點(diǎn) 來(lái)說(shuō)，是很難支持的。為此，必須提供適當(dāng)?shù)木彺娌呗圆拍軌驖M足無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用需要。
[0005]數(shù)據(jù)的流行度一個(gè)經(jīng)常被緩存策略考慮的因素，但各種策略對(duì)請(qǐng)求計(jì)數(shù)的處理是 不一樣的。比如，wave用文件請(qǐng)求計(jì)數(shù)的指數(shù)函數(shù)作為推薦下游節(jié)點(diǎn)緩存的文件子塊數(shù)。 但在NDN網(wǎng)絡(luò)中不具一般性，而且最終形成的數(shù)據(jù)分布還是比較集中，兀余度也比較高。還 有針對(duì)ISP(InternetServiceProvider)內(nèi)部范圍網(wǎng)絡(luò)，要求各個(gè)節(jié)點(diǎn)維護(hù)樹(shù)形的拓?fù)?結(jié)構(gòu)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)定期從其子樹(shù)收集請(qǐng)求計(jì)數(shù)，對(duì)于計(jì)數(shù)小于闊值的數(shù)據(jù)則不予緩存。該算法 用復(fù)雜計(jì)算換取ISP外部流量的減少。不過(guò)算法真正實(shí)現(xiàn)起來(lái)限制比較大，而且只適合于 ISP內(nèi)部，不適合計(jì)算能力比較弱、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洳灰?guī)則且變化較快的純移動(dòng)NDN網(wǎng)絡(luò)。該算法 還在每次請(qǐng)求命中的下一級(jí)節(jié)點(diǎn)上緩存數(shù)據(jù)，來(lái)讓每個(gè)請(qǐng)求都將數(shù)據(jù)拉到離用戶更近一些 的節(jié)點(diǎn)上。但該算法該樣逐步拉近的做法對(duì)于數(shù)據(jù)離用戶較遠(yuǎn)的情況還是會(huì)增加很多響應(yīng) 時(shí)間。如果能在開(kāi)始就將數(shù)據(jù)緩存到用戶周圍，那么就可W減少更多響應(yīng)時(shí)間和網(wǎng)絡(luò)流量。
[0006]另外在緩存節(jié)點(diǎn)的選擇方面，NDN的基本方案是在應(yīng)答數(shù)據(jù)途徑的節(jié)點(diǎn)上緩存數(shù) 據(jù)。該樣做的好處是可W梢?guī)Ь彺妫琖最少的通信量達(dá)到最大可能的緩存。問(wèn)題是可能占 用了過(guò)多的緩存空間，尤其是在純移動(dòng)NDN網(wǎng)絡(luò)中移動(dòng)節(jié)點(diǎn)緩存空間有限的情況下。也有 一些針對(duì)NDN的緩存策略，但因沒(méi)有考慮到NDN無(wú)線環(huán)境的節(jié)點(diǎn)負(fù)載W及動(dòng)態(tài)拓?fù)淇赡軒?來(lái)的數(shù)據(jù)緩存集中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 針對(duì)上述問(wèn)題中存在的不足之處，本發(fā)明提供一種基于流行度的數(shù)據(jù)命名網(wǎng)絡(luò)的 均衡分布緩存方法，使其提高了響應(yīng)速度、減少網(wǎng)絡(luò)流量，同時(shí)又兼顧移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的緩存能 力、減少數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中的兀余程度。
[0008]為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種基于流行度的數(shù)據(jù)命名網(wǎng)絡(luò)的均衡分布緩存 方法，包括如下步驟：
[0009] S10、中間節(jié)點(diǎn)要判斷自己距離請(qǐng)求數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)的距離；
[0010] S20、在每個(gè)中間節(jié)點(diǎn)為每個(gè)數(shù)據(jù)記錄其流行度；
[0011] S30、查詢?cè)摴?jié)點(diǎn)中的PIT表，得到該數(shù)據(jù)包對(duì)應(yīng)的跳數(shù)H;查詢流行度表，得到該 數(shù)據(jù)包對(duì)應(yīng)的流行度P;
[0012] S40、計(jì)算數(shù)據(jù)的緩存值，將該數(shù)據(jù)的緩存值與闊值進(jìn)行比較，最終決定該節(jié)點(diǎn)是 否緩存到來(lái)的數(shù)據(jù)包。
[0013] 優(yōu)選的，所述步驟S10中包括W下步驟：
[0014] S101、為了得到請(qǐng)求節(jié)點(diǎn)與中間節(jié)點(diǎn)的距離，在興趣包中增加一個(gè)跳數(shù)字段；
[0015]S102、初始化NDN網(wǎng)絡(luò)時(shí)，在PIT表中增加一個(gè)跳數(shù)項(xiàng)，記作h，對(duì)于PIT表中已有 該請(qǐng)求數(shù)據(jù)名字表項(xiàng)時(shí)，增加接口的同時(shí)，用新到來(lái)興趣包中的跳數(shù)與原記錄比較，記錄更 新值為兩者較大值；若PIT表中還沒(méi)有該請(qǐng)求數(shù)據(jù)名字表項(xiàng)時(shí)，則增加表項(xiàng)，并直接用興趣 包中的跳數(shù)填充該項(xiàng)。
[0016] 優(yōu)選的，所述步驟S20中包括W下步驟：
[0017] S201、流行度表中的記錄有固定的有效期，超過(guò)有效期的記錄將被清除：即若數(shù)據(jù) 在一定時(shí)間內(nèi)多次被請(qǐng)求，我們認(rèn)為該數(shù)據(jù)比較流行，應(yīng)該在中間節(jié)點(diǎn)緩存，否則認(rèn)為緩存 的價(jià)值不大；
[0018]S202、找到數(shù)據(jù)包返回經(jīng)過(guò)某個(gè)中間節(jié)點(diǎn)時(shí)，先考察該中間節(jié)點(diǎn)的存儲(chǔ)能力，如果 緩存所需要的空間小于該節(jié)點(diǎn)的空閑空間的某個(gè)比例，就進(jìn)行下一步判斷，否則直接決定 不緩存。
[0019] 優(yōu)選的，所述步驟S30中，在計(jì)算數(shù)據(jù)的緩存價(jià)值之前需要確定一個(gè)闊值，將數(shù)據(jù) 的緩存價(jià)值與闊值相比較。
[0020] 優(yōu)選的，所述步驟S40中，緩存標(biāo)志字段的設(shè)置是為了避免鄰近節(jié)點(diǎn)的兀余存儲(chǔ) 值的設(shè)置分為W下H種情況：
[0021] S401、如果計(jì)算出的緩存價(jià)值大于闊值，將緩存該數(shù)據(jù)包，但需在轉(zhuǎn)發(fā)該數(shù)據(jù)包 時(shí)，將其數(shù)據(jù)包頭中的緩存控制項(xiàng)設(shè)置為0;
[0022] S402、如果要轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)決定不緩存數(shù)據(jù)而只是轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，并且是因?yàn)樯弦?跳節(jié)點(diǎn)已經(jīng)緩存而不再緩存，即數(shù)據(jù)包頭中的緩存控制項(xiàng)為0時(shí)，將該緩存控制項(xiàng)設(shè)置為 1 ;
[0023]S403、如果該數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)因?yàn)楣?jié)點(diǎn)的空閑空間不夠而不緩存，則將緩存控制項(xiàng)設(shè)置 為2。
[0024] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有W下優(yōu)點(diǎn)：
[002引本發(fā)明為了讓NDN網(wǎng)絡(luò)能夠支持Adhoc模式，對(duì)其緩存策略進(jìn)行了研究，針對(duì)純 無(wú)線NDN網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一個(gè)緩存機(jī)制，讓數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)的中間節(jié)點(diǎn)綜合考慮數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò) 中的分布情況W及節(jié)點(diǎn)自身的緩存能力來(lái)決定是否在緩存該數(shù)據(jù)，該種緩存機(jī)制可W使數(shù) 據(jù)盡可能地接近需要的節(jié)點(diǎn)W提高響應(yīng)速度、減少網(wǎng)絡(luò)流量，但同時(shí)又兼顧移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的緩 存能力減少數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中的兀余程度。
【附圖說(shuō)明】
[0026] 圖1是本發(fā)明中實(shí)施例對(duì)興趣包處理的流程圖；
[0027] 圖2是本發(fā)明中實(shí)施例對(duì)數(shù)據(jù)包處理的流程圖；
[0028] 圖3是本發(fā)明的實(shí)施例流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，下面結(jié)合附圖與實(shí)例對(duì)本 發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，但所舉實(shí)例不作為對(duì)本發(fā)明的限定。
[0030] 如圖1至圖3所示，本發(fā)明的實(shí)施例包括如下步驟：
[0031] S10、中間節(jié)點(diǎn)要判斷自己距離請(qǐng)求數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)的距離；
[0032] 為了得到請(qǐng)求節(jié)點(diǎn)與中間節(jié)點(diǎn)的距離，我們?cè)谂d趣包中增加一個(gè)跳數(shù)字段。該跳 數(shù)字段在興趣包每次被轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)加一。
[0033] 此外在初始化NDN網(wǎng)絡(luò)時(shí)，在PIT表中增加一個(gè)跳數(shù)項(xiàng)，記作h。對(duì)于PIT表中已 有該請(qǐng)求數(shù)據(jù)名字表項(xiàng)時(shí)，增加接口的同時(shí)，用新到來(lái)興趣包中的跳數(shù)與原記錄比較，記錄 更新值為兩者較大值巧P該跳數(shù)記錄所有請(qǐng)求節(jié)點(diǎn)中最遠(yuǎn)的距離)。若PIT表中還沒(méi)有該請(qǐng) 求數(shù)據(jù)名字表項(xiàng)時(shí)，則增加表項(xiàng)，并直接用興趣包中的跳數(shù)填充該項(xiàng)。
[0034] S20、在每個(gè)中間節(jié)點(diǎn)為每個(gè)數(shù)據(jù)記錄其流行度；
[0035] 該記錄為一定時(shí)間內(nèi)該節(jié)點(diǎn)收到的請(qǐng)求該數(shù)據(jù)的興趣包的次數(shù)，該計(jì)數(shù)記做P。每 收到一個(gè)請(qǐng)求數(shù)據(jù)包該數(shù)據(jù)增加1。
[0036] 流行度表中的記錄有固定的有效期，超過(guò)有效期的記錄將被清除。即若數(shù)據(jù)在一 定時(shí)間內(nèi)多次被請(qǐng)求，我們認(rèn)為該數(shù)據(jù)比較流行，應(yīng)該在中間節(jié)點(diǎn)緩存。否則認(rèn)為緩存的價(jià) 值不大。
[0037] 在找到數(shù)據(jù)包返回經(jīng)過(guò)某個(gè)中間節(jié)點(diǎn)時(shí)，先考察該中間節(jié)點(diǎn)的存儲(chǔ)能力，如果緩 存所需要的空間小于該節(jié)點(diǎn)的空閑空間的某個(gè)比例，就進(jìn)行下一步判斷，否則直接決定不 緩存。
[0038] S30、查詢?cè)摴?jié)點(diǎn)中的PIT表，得到該數(shù)據(jù)包對(duì)應(yīng)的跳數(shù)H;查詢流行度表，得到該 數(shù)據(jù)包對(duì)應(yīng)的流行度P;
[0039] 在計(jì)算數(shù)據(jù)的緩存價(jià)值之前需要確定一個(gè)闊值，將數(shù)據(jù)的緩存價(jià)值與闊值相比 較。出于通用性的考慮，不管任何網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)都將闊值設(shè)為2,其中流行度與跳數(shù)所占的 權(quán)值均為1。
[0040] S40、計(jì)算數(shù)據(jù)的緩存值，將該數(shù)據(jù)的緩存值與闊值進(jìn)行比較，最終決定該節(jié)點(diǎn)是 否緩存到來(lái)的數(shù)據(jù)包。
[0041] 緩存價(jià)值Vi的計(jì)算公式如下：
[004引Vi=y(ah+目B。）（m〉=M)
[0043] 其中，h為查詢PIT表中請(qǐng)求該數(shù)據(jù)的興趣包的跳數(shù)，p為該數(shù)據(jù)的流行度，B為流 行度的基數(shù)(該里取2)。
[0044]a為跳數(shù)的權(quán)重系數(shù)，因?yàn)殚熤抵性O(shè)定跳數(shù)的權(quán)重為1 =
T為某種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，T長(zhǎng)邊可W為該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的最長(zhǎng)邊長(zhǎng)或者最長(zhǎng) 路由路長(zhǎng)，W長(zhǎng)邊的一半作為可緩存距離的參考值是為了實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中的均衡分布，因此可 得
[0045]目為流行度的權(quán)重系數(shù)。因?yàn)殚熤抵性O(shè)定流行度的權(quán)重為
N為 某種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)，WN的十分之一作為可緩存流行度的參考值是為了使網(wǎng)絡(luò)中 的緩存盡可能的緩存流行熱