[发明专利]一种内容中心物联网络的内容缓存方法

说明书

本发明提出了一种内容中心物联网络的内容缓存方法，其包括如下的具体步骤：S1、网络节点缓存空间均为空闲状态，划分出p个缓存内容大小的缓存空间作为待下沉区，记为D区，其余空间作为剩余区，记为R区；S2、计算网络节点缓存的所有缓存内容的预期收益的变化率ΔE，并按照预期收益的变化率ΔE从大到小的顺序将缓存内容分配进R区或D区，先给R区分配缓存内容，超出R区大小限制的内容被分配进D区，若D区内存在自身节点生产的内容，则将该缓存内容删除；并且若分配进D区的缓存内容超过其空间大小限制，则删除超过的缓存内容。本发明能够提供更快的内容请求响应，提高了缓存空间的有效利用率，同时降低了整体网络的能耗。

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，特别地涉及一种内容中心物联网络的内容缓存方法。

背景技术

随着物联网技术的飞速发展，物联网中的设备数量正在爆发式的增长，物联网的应用场景已经从单独部署的工业场景不断的向个人以及商业应用渗透。相关预测数据显示，全球活跃的物联网设备数量将在2025年超过200亿。如何实现海量物联网设备的互联互通以及内容信息的高效分发，对统一的物联网架构体系提出了严重的挑战。与核心网络相比，物联网的网元设备通常是资源受限的，它在计算能力、存储空间以及网络传输带宽上都十分有限。此外，物联网具有高度的异质性，感知节点设备的处理能力各异，节点之间的通信技术与标准有很大区别。在网络能耗方面，节点设备大多由独立的电池供电，在计算处理以及网络传输的能耗上有较强的限制。传统的IP网络是为保障主机之间有效的通信而设计的。为了适应物联网的上述特性，许多研究项目完成了大量的通信协议开发工作，其涉及范围从数据链路层一直到应用层。然而，物联网天然的以内容为中心，用户对感知设备探测的数据感兴趣，而不关心其具体的网络位置。以IP为中心的网络体系限制了物联网中内容的高效获取与分发。

内容中心网络(Content Centric Networking,CCN)是一种新型的网络框架，它采用了内容与位置相分离的设计原则，为内容分发提供了一种新的方式。相比较IP网络，CCN将命名内容作为网络的中心，在内容分发时不再依赖端到端的连接。另外，CCN天然的支持网内缓存技术，用户可以在内容请求路径上命中缓存，从而降低网络获取时延并减轻网络负载。CCN网络架构中，CCN的核心组件包括内容表(Content Store，CS)、转发信息库(Forwarding Information Base，FIB)以及待响应兴趣表(Pending Interest Table，PIT)。CCN网络中的节点之间的通信主要通过兴趣包以及数据包来完成。兴趣包是内容请求节点发出的，携带有内容名称等信息。数据包是内容提供者发出的，可以是内容源节点或者缓存节点，数据包内携带有请求内容的数据信息。

节点接受到兴趣请求包时，首先，在自身的CS表中查询是否存在完全匹配项目。如果找到匹配项，则将数据从接受到兴趣包的端口转发出去。否则，在PIT中查找是否存在匹配项，如果存在，说明节点之前接受过相同内容的请求，将本次接收兴趣包的端口添加到该PIT条目上，丢弃兴趣包。否则，在PIT条目中新增一个条目，并通过最大前缀匹配的方式在FIB表中查询对应条目，将兴趣包按照该条目指定的端口转发出去。节点接受到数据包时，根据内容名称在PIT中查询匹配项。若存在，将数据包按照该条目指定的端口转发出去，并按照缓存策略执行缓存功能，转发结束后删除PIT中对应条目。若不存在，直接丢弃该数据包。

在内容中心物联网络中，CCN缓存技术可以有效地提高内容分发效率、降低内容获取时延与网络负载，其在数据包的回传路径的每个节点上缓存内容。常用的CCN缓存技术有沿路径缓存以及概率缓存，其是通过固定概率或者经过计算的动态概率值来决定是否缓存内容。

经典的内容中心网络缓存策略，没有对物联网中的多版本内容进行有效的管理，失效的内容缓存无法及时清理。