一種基于緩存空間劃分和內(nèi)容相似度的命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)緩存管理系統(tǒng)和管理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，具體涉及一種基于緩存空間劃分和內(nèi)容相似度的命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)緩存管理系統(tǒng)和管理方法。
【背景技術(shù)】
[0002]命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)(NDN，Named Data Network)是一種以內(nèi)容為中心的未來(lái)網(wǎng)絡(luò)。命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)都具有緩存功能，緩存技術(shù)即為命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)之一。當(dāng)用戶發(fā)送興趣包Interest Packet在網(wǎng)絡(luò)中某個(gè)節(jié)點(diǎn)的緩存里找到請(qǐng)求內(nèi)容后，內(nèi)容形成數(shù)據(jù)包Data Packet將沿著興趣包Interest Packet傳播的路徑原路返回，此時(shí)稱請(qǐng)求在該節(jié)點(diǎn)緩存命中。數(shù)據(jù)包Data Packet經(jīng)過(guò)路徑中的節(jié)點(diǎn)時(shí)，節(jié)點(diǎn)根據(jù)緩存策略判斷是否緩存數(shù)據(jù)包Data Packet中內(nèi)容。如何提高緩存命中率、如何減少內(nèi)容冗余、如何保證內(nèi)容多樣性是緩存機(jī)制的核心問(wèn)題。若命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中緩存策略不恰當(dāng)，將會(huì)導(dǎo)致緩存效率低，嚴(yán)重影響網(wǎng)絡(luò)性能。
[0003]目前，命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中現(xiàn)有緩存策略主要包括LCE(Leave Copy Everywhere)緩存策略、IXD(LeaVe Copy Down)緩存策略和Betw緩存策略。LCE緩存策略要求內(nèi)容在返回路徑上所有節(jié)點(diǎn)都要緩存，這種策略雖然對(duì)節(jié)點(diǎn)中內(nèi)容進(jìn)行了及時(shí)更新，但會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)大量?jī)?nèi)容冗余，同時(shí)降低網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容多樣性。LCD緩存策略要求內(nèi)容只在其命中節(jié)點(diǎn)下一跳節(jié)點(diǎn)緩存，這種緩存策略雖然保證了網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容多樣性，但流行度高的內(nèi)容被訪問(wèn)多次時(shí)，同樣也會(huì)產(chǎn)生大量?jī)?nèi)容冗余。Betw緩存策略要求內(nèi)容在返回時(shí)選擇路徑上最重要的節(jié)點(diǎn)緩存數(shù)據(jù)，這種緩存策略雖然提高了節(jié)點(diǎn)緩存命中率，但當(dāng)路徑上重要節(jié)點(diǎn)請(qǐng)求過(guò)多時(shí)，需緩存內(nèi)容也越多，增大節(jié)點(diǎn)負(fù)載。在命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)緩存策略方面，專(zhuān)利“在命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中使用多路徑路由和內(nèi)容緩存的無(wú)縫移動(dòng)方案”(CN201280039368.8)，選取第一附接點(diǎn)(PoA)和第二附接點(diǎn)(PoA)接收緩存內(nèi)容數(shù)據(jù)。第一附接點(diǎn)(PoA)用于附接到移動(dòng)節(jié)點(diǎn)(MN)指示一個(gè)或多個(gè)鄰近附接點(diǎn)(PoA)，第二附接點(diǎn)來(lái)自第一附接點(diǎn)(PoA)的一個(gè)或多個(gè)鄰近附接點(diǎn)(PoA)。該專(zhuān)利利用節(jié)點(diǎn)間接性緩存內(nèi)容數(shù)據(jù)，與本發(fā)明采用的方法和針對(duì)的問(wèn)題均不同。
[0004]綜上所述，目前緩存管理方案對(duì)節(jié)點(diǎn)空間沒(méi)有進(jìn)行劃分，并且節(jié)點(diǎn)沒(méi)有主動(dòng)選擇緩存內(nèi)容的權(quán)利，主要缺點(diǎn)表現(xiàn)在:
[0005](I)在節(jié)點(diǎn)空間不劃分的情況下，若節(jié)點(diǎn)被頻繁請(qǐng)求時(shí)，則該節(jié)點(diǎn)需緩存大量數(shù)據(jù)，使得節(jié)點(diǎn)緩存內(nèi)容更新過(guò)快，從而導(dǎo)致緩存命中率降低。
[0006](2)節(jié)點(diǎn)沒(méi)有主動(dòng)選擇緩存內(nèi)容的權(quán)利，即使該節(jié)點(diǎn)已經(jīng)緩存該內(nèi)容或相似內(nèi)容，它不能主動(dòng)拒絕緩存該內(nèi)容。這將增加單節(jié)點(diǎn)內(nèi)容冗余，降低緩存效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種基于緩存空間劃分和內(nèi)容相似度的命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)緩存管理系統(tǒng)。本發(fā)明的目的還在于提供一種基于緩存空間劃分和內(nèi)容相似度的命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)緩存管理方法。
[0008]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0009]基于緩存空間劃分和內(nèi)容相似度的命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)緩存管理系統(tǒng)，包括緩存空間劃分模塊、內(nèi)容相似度匹配模塊、動(dòng)態(tài)區(qū)緩存模塊、動(dòng)態(tài)緩存替換模塊:
[0010](I)緩存空間劃分模塊對(duì)節(jié)點(diǎn)緩存空間劃分為穩(wěn)態(tài)區(qū)和動(dòng)態(tài)區(qū)、存儲(chǔ)穩(wěn)態(tài)區(qū)內(nèi)容信息和獲取動(dòng)態(tài)區(qū)內(nèi)容信息；檢測(cè)節(jié)點(diǎn)緩存內(nèi)容，節(jié)點(diǎn)以主要緩存內(nèi)容名稱Content Name進(jìn)行命名，記為節(jié)點(diǎn)名稱Node Name ;若總緩存空間大小為N，設(shè)定閾值α，0〈 α〈1，則穩(wěn)態(tài)區(qū)空間為N* α，剩余緩存空間設(shè)定為動(dòng)態(tài)區(qū)空間，并將主要緩存內(nèi)容存儲(chǔ)在穩(wěn)態(tài)區(qū)，內(nèi)容信息存儲(chǔ)形式為:內(nèi)容名稱Content Name,空間Size,更新時(shí)間Update Time,訪問(wèn)次數(shù)Times ;清空動(dòng)態(tài)區(qū)存儲(chǔ)內(nèi)容；在設(shè)定時(shí)間Tupdata內(nèi)對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行重新檢測(cè)，若穩(wěn)態(tài)區(qū)內(nèi)容被訪問(wèn)次數(shù)大于M，M>0，M事先設(shè)定，不進(jìn)行穩(wěn)態(tài)區(qū)內(nèi)容更新；若穩(wěn)態(tài)區(qū)內(nèi)容被訪問(wèn)次數(shù)小于M，M>0，M事先設(shè)定，將主動(dòng)獲取動(dòng)態(tài)區(qū)內(nèi)容信息，對(duì)節(jié)點(diǎn)主要緩存內(nèi)容進(jìn)行重新檢測(cè)；更新穩(wěn)態(tài)區(qū)存儲(chǔ)內(nèi)容、更新節(jié)點(diǎn)名稱、清空動(dòng)態(tài)區(qū)存儲(chǔ)的內(nèi)容；將節(jié)點(diǎn)名稱發(fā)送給內(nèi)容相似度匹配模塊，動(dòng)態(tài)區(qū)空間大小和內(nèi)容信息發(fā)送給動(dòng)態(tài)區(qū)緩存模塊；
[0011](2)內(nèi)容相似度匹配模塊根據(jù)內(nèi)容相似度判斷是否緩存數(shù)據(jù)包Data Packet中內(nèi)容，并接收緩存空間劃分模塊發(fā)送的節(jié)點(diǎn)名稱；當(dāng)數(shù)據(jù)包Data Packet經(jīng)過(guò)節(jié)點(diǎn)時(shí)，獲取數(shù)據(jù)包包名與節(jié)點(diǎn)名稱Node Name進(jìn)行前綴名稱匹配，匹配相似度Srontent大于β時(shí)，節(jié)點(diǎn)不緩存該內(nèi)容；當(dāng)匹配相似度Srantent小于或等于β時(shí)，節(jié)點(diǎn)對(duì)該內(nèi)容進(jìn)行緩存；將內(nèi)容信息發(fā)送給動(dòng)態(tài)區(qū)緩存模塊；
[0012](3)動(dòng)態(tài)區(qū)緩存模塊用于分配動(dòng)態(tài)區(qū)緩存空間、存儲(chǔ)內(nèi)容信息，并接收內(nèi)容相似度匹配模塊發(fā)送的內(nèi)容信息；當(dāng)節(jié)點(diǎn)需要緩存內(nèi)容時(shí)，該模塊根據(jù)內(nèi)容大小分配動(dòng)態(tài)區(qū)緩存空間；內(nèi)容信息，內(nèi)容名稱Content Name,空間Size,更新時(shí)間Update Time,訪問(wèn)次數(shù)Times ;當(dāng)緩存空間不足時(shí)，動(dòng)態(tài)區(qū)替換模塊對(duì)動(dòng)態(tài)區(qū)緩存內(nèi)容信息進(jìn)行處理；
[0013](4)動(dòng)態(tài)區(qū)替換模塊是用于管理動(dòng)態(tài)區(qū)內(nèi)容替換、存儲(chǔ)內(nèi)容信息，并接收動(dòng)態(tài)緩存模塊的內(nèi)容信息；當(dāng)緩存空間不足時(shí)，動(dòng)態(tài)區(qū)根據(jù)訪問(wèn)次數(shù)Times值判斷替換次序，當(dāng)訪問(wèn)次數(shù)Times值越小時(shí)，優(yōu)先級(jí)越高，首先替換優(yōu)先級(jí)高的內(nèi)容信息；當(dāng)訪問(wèn)次數(shù)Times值相同時(shí)，采用最近最久未使用策略LRU對(duì)存儲(chǔ)內(nèi)容進(jìn)行替換處理。
[0014]基于緩存空間劃分和內(nèi)容相似度的命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)緩存管理方法，包括如下步驟:
[0015](I)緩存空間劃分模塊判斷節(jié)點(diǎn)是否需要進(jìn)行更新，若需要更新，執(zhí)行(2);否則將節(jié)點(diǎn)名稱交由內(nèi)容相似度匹配模塊，執(zhí)行⑶；
[0016](2)緩存空間劃分模塊對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)，獲取節(jié)點(diǎn)主要緩存內(nèi)容存儲(chǔ)在穩(wěn)態(tài)區(qū)中，并清空動(dòng)態(tài)區(qū)存儲(chǔ)內(nèi)容；
[0017](3)內(nèi)容相似度匹配模塊接收接收緩存空間劃分模塊發(fā)送的節(jié)點(diǎn)名稱，并獲取經(jīng)過(guò)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)包Data Packet包名；
[0018](4)內(nèi)容相似度匹配模塊判斷是否內(nèi)容相似度Sranten#否大于β，0.5〈β〈I ;將數(shù)據(jù)包Data Packet的包名和節(jié)點(diǎn)名稱進(jìn)行前綴名稱匹配，匹配相似度Srantent大于β時(shí)，節(jié)點(diǎn)對(duì)該內(nèi)容不進(jìn)行緩存，緩存管理結(jié)束；否則，當(dāng)匹配相似度Srantant小于或等于β時(shí)，則交由動(dòng)態(tài)區(qū)緩存模塊，執(zhí)行(5)；
[0019](5)動(dòng)態(tài)區(qū)緩存模塊判斷動(dòng)態(tài)區(qū)空間是否充足，并接收內(nèi)容相似度匹配模塊發(fā)送的內(nèi)容信息，若動(dòng)態(tài)區(qū)剩余空間大于內(nèi)容空間即為空間充足，執(zhí)行步驟(6);否則交由動(dòng)態(tài)區(qū)替換模塊，執(zhí)行步驟(7);
[0020](6)動(dòng)態(tài)區(qū)緩存模塊根據(jù)內(nèi)容空間大小分配動(dòng)態(tài)區(qū)空間，存儲(chǔ)內(nèi)容信息，內(nèi)容名稱Content Name,空間 Size,更新時(shí)間 Update Time,訪問(wèn)次數(shù) Times;
[0021](7)動(dòng)態(tài)區(qū)替換模塊管理動(dòng)態(tài)區(qū)內(nèi)容，并對(duì)該內(nèi)容進(jìn)行存儲(chǔ)；根據(jù)訪問(wèn)次數(shù)Times進(jìn)行替換更新，當(dāng)訪問(wèn)次數(shù)Times值越小時(shí)，