[发明专利]一种软件定义网络的虚拟缓存通道缓存管理方法

说明书

技术领域

本发明涉及计算机网络领域，在软件定义网络和内容中心网络融合架构下的软件定义网络控制器的集中控制和感知全网信息，特别涉及联合优化缓

存决策和缓存替换的一种软件定义网络的虚拟缓存通道缓存管理方法。

背景技术

随着互联网的发展，人们对网络的主要应用需求变为进行信息获取和数据传输，而原有的基于IP的点对点的网络通信模式已经不能很好地满足人们的需求。尤其是随着视频类业务的不断增长，人们对于网络进行海量数据传输的能力要求越来越高。网络规模的急速增长和新应用的不断引入，引发了学者们对于未来网络的研究。内容中心网络正是研究者们提出的未来互联网架构之一。

高效的内容缓存机制是内容中心网络架构的重要组成部分。当收到兴趣包时，CCN节点首先查找内容存储器。如果有数据的名字和兴趣包的名字形成了匹配，CCN节点直接返回兴趣包请求的内容。CCN节点的内容存储器本质上就是现在路由器中的缓存空间。IP路由器和CCN路由器都可以缓存数据包，但区别是IP路由器的缓存数据不能被重复利用，而CCN路由器的缓存数据是由特定的名字标识的，可以实现重复利用。对于静态数据，CCN几乎能够达到最优化的内容分发，甚至对于动态内容，用户也可以受益于内容的多播机制或者在数据包丢失后简单地采用重新发送兴趣包的方式处理。鉴于缓存的重要性，缓存管理因而成为CCN架构研究的重点之一。

软件定义网络(SDN)是一种基于软件的网络技术，它倡导控制与数据的分离。软件定义网络架构将网络分为应用层、控制层、数据层。应用层通过北向接口向控制层提供开放的编程接口和网络视图，控制层包括控制器和网络操作系统，并通过南向接口控制数据层进行数据处理、转发和收集。控制平面与数据平面的解耦、开放的可编程接口、集中化的控制使软件定义网络技术在简化网络基础设施，提升网络管理效率方面具有独特优势。

一方面，传统的内容中心网络缺乏对全网感知的能力，捕捉不到网络的动态变化，这样会使得做出的缓存决策结果失去了意义；另一方面，在内容中心网络和软件定义网络融合架构下只关注于缓存决策策略而不考虑缓存替换策略的话，可能会使得上次缓存决策的结果被替换出去，造成缓存命中率降低以及网络资源的浪费。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种软件定义网络的虚拟缓存通道缓存管理方法，综合考虑缓存决策和缓存替换，并提出依据代价的辅助缓存方法等数学模型进行缓存管理。在研究内容中心网络缓存管理方法的过程中，引入软件定义网络集中控制和全网感知等概念，将两种未来网络的优势结合起来，提出软件定义网络的虚拟缓存通道管理方法，为研究内容中心网络缓存问题提出一种有效的方法。

为达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种软件定义网络的虚拟缓存通道缓存管理方法，利用软件定义网络和内容中心网络融合架构下控制器集中控制和全网感知优势，根据全局网络拓扑和网络内容的信息，考虑不同流行度的内容被消费者持续访问可能性的不同、节点内部已缓存内容的详细信息的局限性、缓存替换策略单独执行因素，采用缓存决策策略和缓存替换策略协同工作的缓存管理方法，其特征在于，为数据层交换机增加相关表项，控制器周期性地收集内容请求信息，并通过内容流行度统计模型和内容流行度修正模型对收集到的信息进行预处理，预处理后的信息在包处理流程中，控制器利用依据代价的辅助缓存方法进行缓存决策，做出对于内容最优的缓存位置选择和对于节点最优的替换选择。

所述的数据层交换机增加相关表项，具体为：

在数据层交换机的内容存储器数据结构中添加三个表项：内容流行度CP(Content Popularity)、当前周期访问频次Fr(Frequence)和是否为本节点最不重要内容Flag，其中CP指标为对应内容的历史流行度，Fr指标为一个时间周期T内节点收到对于该内容的请求频次，Flag指标用来标记当前时间周期流行度最低的缓存内容，Flag标识的存在可以避免节点查找最低流行度内容进行重复的比较工作。

所述的通过内容流行度统计模型和内容流行度修正模型对收集到的信息进行预处理，具体为：