[发明专利]一种基于内容流行度的CCN缓存分区置换方法

说明书

技术领域

本发明属于网络技术领域，更准确地说，本发明涉及一种基于内容流行度的CCN缓存分区置换方法。

背景技术

自20世纪60年代互联网出现以来，互联网得以迅猛发展，其应用主体已然从最初的硬件共享转移到文字、图片和视频等信息的共享上。用户更加关注内容的获取速度、质量与安全性而非从何处获取到内容。现有的以主机为中心的网络体系已难以满足互联网的发展需求，虽然出现了CDN、P2P等改进技术，但仍无法克服其暴露出的诸多不适应性问题。因此构建新的网络体系成为必然，在此背景下以信息为中心的网络（ICN：Information Centric Networking）应运而生。

所谓以信息为中心的网络，就是将网络中的一切看作是内容，是一个内容互联而非主机互联的网络，其核心对象是内容，通过内容的名字标识每一个信息。自2006年起，国外学术界开展了多项关于下一代Internet体系结构的研究项目，包括UC Berkeley RAD实验室提出的“面向数据的网络架构”（Data-Oriented Network Architecture，DONA）、欧盟FP7的4WARD以及“发布/订阅式互联网路由范例”（The Publish-Subscribe Internet Routing Paradigm，PSIRP）、Palo Alto Research Center提出的“内容中心网络”（Content-Centric Networking，CCN）等，这些研究项目中毫无例外的都采用了以信息为中心的网络架构思想，其中CCN以其在内容分发效率、网络安全和部署方面等具有的显著地优势受到研究人员越来越多的关注，从而成为下一代Internet架构的研究热点。

内容中心网络最大的特点之一就是内建缓存功能，用户通过发送兴趣包（Interest Packet，IP）来寻求所需内容，找到后返回数据包（Data Packet，DP）。兴趣包和数据包的内容如图1和图2所示。每个节点都包含内容存储器（Content Store,CS）用于存储途径当前节点的数据包。由于内容名字是唯一标识且与内容请求者及内容提供者不关联，节点缓存的数据包可被其他用户请求并使用。CCN网络的存储功能增加了网络中内容的副本，提高用户在网络中节点而非源服务器节点获取所需内容的概率，从而降低了用户对于内容请求的时延，减轻了源服务器的受访压力。因此，缓存设计与性能在CCN中占据重要地位。

有关缓存的研究主要集中在两个方向：缓存决策策略及缓存置换策略。前者定义了CCN节点是否需要缓存当前内容的规则；后者定义了CCN节点如何存入新内容、移除旧内容的规则。在网络内容远大于CCN节点缓存容量的情况下，合理的决策策略与置换策略协同工作才能保证CCN性能。

由于CCN的研究现阶段尚处于起步阶段，文献中，缓存决策策略常默认使用到达即存的LCE策略（Leave Copy Everywhere），置换策略则使用原IP网络中的置换策略，如文献1（J.Choi,J.Han,E.Cho,T.T.Kwon,and Y.Choi,“A Survey on Content-Oriented Networking for Efficient Content Delivery,”IEEE Communications Magazine,pp.121–127,2011）和文献2（I.Psaras,R.G.Clegg,R.Landa,W.K.Chai,and G.Pavlou,“Modelling and Evaluation of CCN-Caching Trees,”IFIP Networking,2011.）使用最近最少使用策略（Least Recently Used，LRU），文献3（K.Katsaros,G.Xylomenos,and G.C.Polyzos,“MultiCache:An overlay architecture for information-centric networking,”Computer Networks,pp.1–11,2011.）使用最近最多使用策略（Most Recently Used，MRU）及最近最频繁使用策略（Most Frequently Used，MFU）。

现有策略多为传统IP网络中的缓存置换策略，没有充分利用CCN的以内容为中心、内容流行度有高低之分的特点，从而带来低流行度内容命中率低，用户获取低流行度内容的平均命中距离过远的问题。

发明内容