[发明专利]一种启发式CCN网络合作缓存方法

说明书

本发明提供了一种启发式CCN网络合作缓存方法，包括以下步骤：步骤S1、网络模型为两级CCN拓扑，两级CCN拓扑是由控制节点和普通节点组成；一个控制节点和多个普通节点组成一个SBS；步骤S2、缓存内容的流行度：步骤S3、最大化本地SBS命中率；步骤S4、最大化整个网络命中率；步骤S5、最大化用户获得的平均利润：步骤S6、最优分解因子的算法；步骤S7、控制节点的缓存替换；本发明在SBS本地命中率和全网命中率之间引入了SBS间合作缓存方式，在一定程度上增加了全网的内容多样性，提高了全网命中率；同时，SBS内部也进行合作缓存，提高本地命中率，最大化了用户获得的平均利润。

技术领域

本发明涉及信息中心网络技术领域，具体是涉及一种启发式CCN网络合作缓存方法。

背景技术

随着互联网的快速发展，出现了许多新型的网络应用，其中内容获取类应用占据了重要的位置。根据2018年的Cisco VNI报告：在过去的五年间，移动数据流量增长了18倍，其中，视频流占据全部的移动流量的60％。这个预测的增长不符合现有的TCP/IP面向连接的设计模式，它会增大网络中数据的传输，导致传输时延和能源消耗的增大。为了解决此问题，研究者们提出了以数据为中心的全新的网络模式——信息中心网络(InformationCentric Networking,ICN)，其中具有代表性的有内容中心网络(Content CentricNetworking,CCN)。

CCN是一种新型的网络模型，它有许多创新点，如：基于节点的缓存、基于名字的路由查找。其中能够缓存内容的节点是CCN的重要组成部分，它可以缓存流行的内容用于响应未来的需求。将内容缓存到更接近于用户的节点上，可以减少用户访问内容的代价，即增大用户获得的利润。因此，制定一个好的缓存策略会对用户获得的利润产生重要影响。

到目前为止，现有的缓存策略都是用于任意的CCN拓扑下的而不是有等级的网络拓扑下的，主要分为两类：非合作缓存策略和合作缓存策略。对于非合作缓存策略，网络中每个节点缓存内容是独立的。在这种情况下，每个节点都不知道其他节点缓存情况，会造成网络中内容冗余度增大、命中率减小。对于合作缓存策略，每个节点之间可以通过合作，降低网络中内容的冗余度、提高响应请求速度，从而提升用户获得的利润。然而在CCN任意的网络拓扑中，每个节点拥有同等的地位，合作是发生在所有节点间的，它不能很好的发挥出合作缓存的优势，反而会造成带宽资源浪费。因此，为了最大化用户获得的利润，研究一种用于有等级拓扑下的合作缓存策略是至关重要的。

发明内容

为了最大化用户利润，本发明的目的是提供一种启发式CCN网络合作缓存方法，该策略用于两级CCN拓扑下：控制节点和普通节点，一个控制界点和多个普通节点组成一个小型基础系统(Small Base System,SBS)。该方法用一个分解因子将每个SBS中的控制节点的缓存空间划分为复制部分和独特部分两部分。复制部分缓存最流行的内容，不用担心全网络的内容冗余度，用于提升SBS的命中率；独特部分缓存较不流行的内容，每个控制节点的独特部分缓存的内容在全网中副本数都为一，用于增大全网的内容多样性。另外，我们可以通过最大化用户获得的平均利润来得到最优的分解因子。针对这个合作缓存算法还提出了控制节点内容替换策略。

本发明为解决上述技术问题采用的技术方案是：一种启发式CCN网络合作缓存方法，包括以下步骤：

步骤S1、网络模型：该网络模型为两级CCN拓扑，两级CCN拓扑是由控制节点和普通节点组成；控制节点可以缓存内容，还可以控制管理相邻的普通节点，普通节点只可以缓存和转发内容；一个控制节点和多个普通节点组成一个小型基础系统SBS；每个SBS中的控制节点的缓存空间通过分解因子λ(0≤λ≤1)划分为两部分，一部分为复制部分，复制部分缓存相同的最流行内容的副本，另一部分为独特部分，独特部分缓存其它SBS没有缓存的内容；