[发明专利]一种命名数据网络缓存方法、缓存器和存储介质

说明书

本发明涉及一种命名数据网络缓存方法、缓存器和存储介质。本发明的命名数据网络缓存方法包括步骤：判断节点所处的状态；根据节点所处的状态和待定兴趣表获取节点对于分类兴趣包的偏好度；根据待定兴趣表获取分类数据包的当地流行度；根据偏好度和当地流行度计算获取缓存概率；将缓存概率与缓存概率阈值比较，决定是否缓存。本发明还公开了一种命名数据网络缓存器和存储介质。本发明通过判断节点的状态来利用数据包的时空特性，且在确定是否缓存数据包的时候，综合考虑用户偏好度和数据包本地流行度，缓存网络中更加有效的数据内容，得到更好的缓存空间利用率，降低数据冗余度，且提高数据命中率，降低了平均跳数和时延。

技术领域

本发明属于通信技术领域，具体涉及一种基于数据时空特性的命名数据网络缓存方法、缓存器和存储介质。

背景技术

命名数据网络(NDN)是用内容名称代替现有互联网TCP/IP沙漏模型中的“细腰”IP，从而以内容名称作为内容获取、査询、转发和路由的依据。NDN里有两种数据结构：兴趣(Interest)包和数据(Data)包。兴趣包有内容名称、选择符和随机数四个字段，数据包有内容名称、签名、签名信息及内容四个字段。NDN通过对每个数据包进行签名来确保内容的安全性。兴趣包由内容请求者发起用于获取内容，内容提供者回复数据包作为对兴趣包的响应。NDN包含三个数据结构：转发信息表(FIB，Forwarding Information Base)、待定兴趣表(PIT，Pending Interest Table)和内容缓存(CS，Content Store)。FIB表中记录内容前缀的可达信息，包括内容前缀和Data包的下一跳转发接口(即转发接口)。PIT表记录己接收到但未得到响应的Interest包的转发痕迹，包括内容名称、Interest包的接收接口(即请求接口)及PIT各请求接口的生存时限。CS缓存用于临时存储与PIT条目相匹配的Data包，以满足后续来自其他内容请求者的相同请求。

当一个节点接收到一个兴趣包，它首先检测该节点的CS中是否有匹配的数据包，如果存在匹配的数据包，则将其按照兴趣包的输入接口返回。如果没有，则兴趣包的名字继续在PIT中检测，如果该内容名称在PIT中已经存在，这就意味着来自另一个消费者具有相同内容名称的兴趣包已经被接收并且提前被转发，那么节点则添加刚被接收兴趣包的输入接口到这个已存在的PIT条目。如果名字在PIT中不存在，兴趣包被添加到PIT并且按照FIB记录的信息进一步被转发。

当接收到数据包，它的内容名称被用来查找PIT，如果发现一个匹配的PIT条目，路由器则发送数据包到接收兴趣包的接口，缓存数据并且删除PIT条目。否则，数据包则是未经请求，将会丢弃。每个兴趣包都有一个相应的生存期，当生存期到期PIT条目被删除。

而NDN原始设计中的随处缓存策略，使得大量的冗余内容在网络中缓存，而且浪费有限的缓存资源、减少缓存命中，所以提出兼顾效率和开销的缓存冗余优化机制是非常有必要的。目前也出现了一些数据缓存的优化技术，如，王慧强等人在专利《一种基于缓存空间划分和内容相似度的命名数据网络缓存管理系统和管理方法》中提出将节点缓存空间划分为稳态区和动态区，并根据数据包之间相似程度来决定是否缓存数据包。刘期烈等人在专利《命名数据网络中一种基于流行度预测的协作缓存方法》中提出根据命名数据网络中内容被访问的频率以及内容到请求端的距离，对内容进行流行度预测，得出未来流行度高的内容和流行度低的内容，且在缓存时进行采取不同的策略，可以使流行度高的内容快速推送到边缘节点，使用户更快地在网内命中请求的内容。

上述方法分别依据数据的相似程度和流行度来决定是否缓存数据，没有考虑在车载自组织网络中，数据包的分布会随着时间空间的改变而改变，如在出行高峰期，人们对于交通信息的需求会更大，数据包缓存的时候如果对所有信息全部缓存，就会出现信息缓存延迟时间长、丢包率高等问题。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种命名数据网络缓存方法、缓存器和存储介质。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：