[发明专利]基于流行度的数据命名网络的均衡分布缓存方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种数据命名网络的缓存技术领域，特别是涉及一种基于流行度的数据命名网络的均衡分布缓存方法。

背景技术

数据命名网络(NDN)是解决当前互联网不适应内容服务的众多方案中的一个。NDN着眼于目前互联网应用的特点，不再用IP地址这样标识内容属主的信息作为路由的索引，提出按照内容的名字来查找和分发数据，并在分发数据经过的中间节点缓存数据。这样数据请求可以不用到达数据源便能够被中间缓存节点应答。NDN的设计思想主要基于很多网络用户或者应用只关注于内容本身、对于数据从哪里来的或者怎样来的并不关心的网络应用事实。

NDN这种机制对于无线移动网络这样用户位置变化频繁的网络更为适应。当用户移动到另外一个位置时，它可以使用数据名字从周围节点迅速请求或者重新请求到其所需的内容，而不用像IP网络中为能够持续获得数据一定要保持同先前数据源节点的连接关系以及与特定节点的邻接关系。而且，NDN不需要给每个节点分配IP地址，节点直接用应用数据名字转发兴趣包和数据包，很好地避开了当前IP网络中移动节点的IP地址分配问题。

但是，NDN网络结构要支持像Ad hoc网络或者车载网络（C2C，不包括C2I）这样没有基础设施的无线移动网络场景是有局限的，因为每个网络节点的存储能力是有限的。这里我们将这样没有基础设施的、采用NDN基本机制构成的无线网络称为纯无线NDN网络。如果对NDN机制不加以完善只采用基本的沿着数据经过的节点上缓存的方式，对于中间节点来说，是很难支持的。为此，必须提供适当的缓存策略才能够满足无线网络的应用需要。

数据的流行度一个经常被缓存策略考虑的因素，但各种策略对请求计数的处理是不一样的。比如，wave用文件请求计数的指数函数作为推荐下游节点缓存的文件子块数。但在NDN网络中不具一般性，而且最终形成的数据分布还是比较集中，冗余度也比较高。还有针对ISP（Internet Service Provider）内部范围网络，要求各个节点维护树形的拓扑结构，每个节点定期从其子树收集请求计数，对于计数小于阈值的数据则不予缓存。该算法用复杂计算换取ISP外部流量的减少。不过算法真正实现起来限制比较大，而且只适合于ISP内部，不适合计算能力比较弱、网络拓扑不规则且变化较快的纯移动NDN网络。该算法还在每次请求命中的下一级节点上缓存数据，来让每个请求都将数据拉到离用户更近一些的节点上。但该算法这样逐步拉近的做法对于数据离用户较远的情况还是会增加很多响应时间。如果能在开始就将数据缓存到用户周围，那么就可以减少更多响应时间和网络流量。

另外在缓存节点的选择方面，NDN的基本方案是在应答数据途径的节点上缓存数据。这样做的好处是可以捎带缓存，以最少的通信量达到最大可能的缓存。问题是可能占用了过多的缓存空间，尤其是在纯移动NDN网络中移动节点缓存空间有限的情况下。也有一些针对NDN的缓存策略，但因没有考虑到NDN无线环境的节点负载以及动态拓扑可能带来的数据缓存集中。

发明内容

针对上述问题中存在的不足之处，本发明提供一种基于流行度的数据命名网络的均衡分布缓存方法，使其提高了响应速度、减少网络流量，同时又兼顾移动节点的缓存能力、减少数据在网络中的冗余程度。

为了解决上述问题，本发明提供一种基于流行度的数据命名网络的均衡分布缓存方法，包括如下步骤：

S10、中间节点要判断自己距离请求数据的节点的距离；

S20、在每个中间节点为每个数据记录其流行度；

S30、查询该节点中的PIT表，得到该数据包对应的跳数H；查询流行度表，得到该数据包对应的流行度P；

S40、计算数据的缓存值，将该数据的缓存值与阈值进行比较，最终决定该节点是否缓存到来的数据包。

优选的，所述步骤S10中包括以下步骤：

S101、为了得到请求节点与中间节点的距离，在兴趣包中增加一个跳数字段;

S102、初始化NDN网络时，在PIT表中增加一个跳数项，记作h,对于PIT表中已有该请求数据名字表项时，增加接口的同时，用新到来兴趣包中的跳数与原记录比较，记录更新值为两者较大值;若PIT表中还没有该请求数据名字表项时，则增加表项，并直接用兴趣包中的跳数填充该项。

优选的，所述步骤S20中包括以下步骤：

S201、流行度表中的记录有固定的有效期，超过有效期的记录将被清除：即若数据在一定时间内多次被请求，我们认为该数据比较流行，应该在中间节点缓存，否则认为缓存的价值不大；