一种内容中心网络的跨层缓存方法及其节点的制作方法
【技术领域】
[0001] 本申请涉及网络缓存方法，特别涉及一种内容中心网络的跨层缓存的方法及其节 点。
【背景技术】
[0002] 移动流量增长迅速，并且大部分的流量消耗都来自于视频流。大规模网络中的内 容共享与传输直接影响传输性能，影响用户体验。如何将这些大量的数据以较快的速度和 较低的网络拥塞分发成为一个重大的挑战。传统的基于IP的端到端的通信模式在数据传 输和内容分发方面虽然取得了一定的成功，但是它在移动性、灵活性和拥塞等方面一直面 临着重大的问题。因此，一种新型的网络架构CCN(Content Centric Networking)被提出 以实现快速的内容分发。内容中心网络通过网内缓存技术实现信息的获取与缓存，让用户 可以从请求用户到内容服务器之间传输路径的中间节点上获取内容，大大降低了用户获取 内容的时延，减小了通信链路的拥塞，同时降低了服务器的负载。
[0003] CCN网络的网内缓存是重要的研究方向之一。W. K. Chai在《Cache "less for more"in information-centric networks》中提出根据社交网络中节点的 betweenness centrality值来选择缓存节点。其中betweenness centrality是一种评价网络节点重要 性的方法，betweenness centrality越大的节点的，网络中的最短路径经过的次数越大，当 节点按照最短路径传输内容时，节点上途径内容的几率更大。CCN不同于IP网络，它选择让 更多的内容的缓存在网络中betweenness centrality大的节点，当用户请求内容时，可以 直接从传输路径上的缓存中间节点获取，不需从服务器获取内容，大大减小了服务器的网 络负载，降低了内容的获取时延，提升内容共享效率。每个路由器将内容缓存在本地的缓存 空间，当缓存空间已满时，路由器节点根据一定的替换原则将旧的内容替换更新成新的内 容。在网络中的不同节点存在相同的副本。
[0004] 但是，什么时候将什么内容缓存在何地是缓存设计主要涉及的问题，因此如何根 据具体的应用场景设计有效的缓存策略对缓存的性能至关重要。由于网络参数随着缓存而 不断变化，在动态网络下研究节点的跨层缓存设计现在还处于初步阶段，对社交网络场景 来说，缓存空间有限，如何提高缓存空间的存储效率，较小内容缓存替换开销，降低用户获 取内容时延，提高内容命中率成为重要的研究课题。
[0005] 即现有的缓存方法存在以下缺陷：
[0006] 首先，根据介数中心性进行沿路径缓存策略是在有线网场景下提出的，在扁平化 的分布式场景下的研究较少，在社交网络场景下，用户间是分布式自组织形式，因此在更加 接近真实网络的复杂网络下研究具有更实际的意义。
[0007] 其次，现有的沿路径缓存策略，仅仅从网络层的因素来决定节点或者用户是否进 行缓存，重要节点虽然能大大减小内容获取时延，但是节点的缓存副本数多，节点缓存空间 需要不断的替换更新，重要节点的大量负载容易缩短节点的寿命，哪些节点应该缓存哪些 内容直接影响了网络缓存性能。
[0008] 再次，缓存位置的因素是主要考虑了网络单层的参数指标，单层指标无法有效的 提高网络传输效率。当网络中的多场景多参数进行对比时，无法根据传输路径上节点之间 的多参数关系设计高效的适用于社交网络的缓存设计方案。
【发明内容】
[0009] 有鉴于此，本申请提供一种内容中心网络的跨层缓存方法及其节点，选用扁平化 的复杂网络作为应用场景，使得该方法更加接近社交网络的实际场景，使得研究更加现实 意义。本发明在考虑网络层节点重要性的同时，加入考虑物理层节点的替换频率，并且从 社交网络的特征出发，考虑了用户对内容的偏好程度，将偏好作为一个衡量节点的标准。最 后，本发明采用一种灰度关联分析的方法，将内容传输路径上的多节点的多因素结合起来， 提出了综合物理层、网络层和应用层的跨层缓存策略。
[0010] 本申请提供一种内容中心网络的跨层缓存方法，包括如下步骤：
[0011] 步骤S1 :内容请求者依据用户的需求发起携带请求内容名字的兴趣包；
[0012] 步骤S2 :节点接收兴趣包，判断该节点是否是可以提供请求内容的内容提供者或 缓存命中节点；如果否，则执行步骤S3 ;
[0013] 步骤S3 :查找未决请求表，判断未决请求表中是否有该请求内容的名字，如果有 则执行步骤S4,否则执行步骤S5 ;
[0014] 步骤S4 :如果未决请求表中有该请求内容的名字，表示该兴趣包曾经到达过该节 点，则在未决请求表的该请求内容的名字条目中增加该兴趣包到来的节点端口，并丢弃该 兴趣包，结束该方法；
[0015] 步骤S5 :如果未决请求表中没有该内容条目，则为兴趣包添加该节点的三元组， 向其他节点转发添加三元组后的兴趣包，这些接收了兴趣包的节点继续执行步骤S2,直至 查找到可提供请求内容的内容提供者或缓存命中节点。
[0016] 本申请还提供一种内容中心网络的节点，包括：
[0017] 收发器：接收兴趣包和数据包，并转发兴趣包和数据包；
[0018] 判断装置：判断该节点是否是可以提供请求内容的内容提供者或缓存命中节点， 如果否，则触发查找装置；
[0019] 查找装置：可查询未决请求表，判断未决请求表中是否有该请求内容的名字；如 果未决请求表中有该请求内容的名字，表示该兴趣包曾经到达过该节点，则在未决请求表 的该请求内容的名字条目中增加该兴趣包到来的节点，并丢弃该兴趣包；如果未决请求表 中没有该内容条目，则为兴趣包添加该节点的三元组，将添加三元组后的兴趣包发送给收 发器进行转发。
[0020] 由以上技术方案可见，本申请可达到以下技术效果：
[0021] (1)本发明考虑了社交网络场景下的节点缓存设计，根据社交网络的拓扑特性提 出自组织扁平化的复杂网络CCN缓存设计方案，从而让CCN缓存为社交网络提供更好的服 务质量；
[0022] (2)本发明考虑网络层节点的重要性作为缓存因素之一，重要的节点在网络中承 担更加重要的作用，对这个网络的缓存性能起着举足轻重的作用；
[0023] (3)本发明根据内容传输路径上多缓存因素的特征，用更加适用于动态网络变化 的灰度关联分析法从网络的物理层、网络层、应用层来综合分析决定缓存位置和缓存策略， 提出更加有效的缓存策略，大大降低了服务器的负载，降低了内容获取时延。
【附图说明】
[0024] 为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他 的附图。
[0025] 图1是本申请的节点的网络场景层次图；
[0026] 图2是本申请的结构图；
[0027] 图3是兴趣包的结构图；
[0028] 图4是数据包的结构图；
[0029] 图5是三元组和缓存概率向量的流向图；
[0030] 图6是该跨层缓存方法及其装置的方法流程图。
[0031] 图7是本申请的节点构造图。
【具体实施方式】
[0032] 为了使本领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例 中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅 仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术 人员所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
[0033] 下面结合本申请附图进一步说明本申请具体实现。
[0034] 本申请提供一种提出面向社交网络的内容中心网络跨层缓存方法。如图1所示， 在社交网络场景中，一个节点涉及到三层：物理层、网络层和应用层。下面将详细介绍一个 节点的三层构成：
[0035] -、物理层
[0036] 节点的物理设备属于物理层范畴，标识了节点的物理层属性，例如设备的存储空 间，节点的地理坐标，节点的概率分布特性等。
[0037] 二、网络层
[0038] 节点在网络中位置的重要性：核心位置还是边缘位置，标识了用户的网络层属性， 例如度数、介数中心性、接近度、互信息、特征向量等。
[0039] 三、应用层
[0040] 在应用层，社交网络节点间的联系和节点的用户对内容的喜好不同构成了社交节 点独特的社交特征。例如节点的请求频率，节点对内容的偏好，内容流行度，内容的优先级 等。
[0041] 在网络缓存中，考虑了每个层会影响缓存的因素，从而让节点的缓存更加有效。本 发明中，从节点和内容之间的关系出发，运用CCN的特点，关注内容本身而不是关注位置， 考虑了节点的用户对社交内容的偏好程度，根据节点的缓存特性来选择缓存策略。
[0042] 该方法的具体步骤如图2和图6所示，包括：
[0043]