[发明专利]一种基于蚁群算法的内容中心网络缓存定位方法

说明书

技术领域

本发明属于内容中心网络领域，具体涉及内容中心网络缓存定位方法。

背景技术

当今互联网在起源之初，主要的应用需求是计算资源共享，而经过50多年的发展，互联网的使用已发生了巨大的变化，现在互联网的主要使用需求是内容的获取和分发。虽然应用发生了很大的变化，但互联网的体系结构仍然是主机到主机(Host-to-Host)通信模式。对于以发布和获取信息为主的互联网应用，端到端通信模式存在明显的不足，比如每次存取内容，都要间接映射到内容所在的设备。目前广泛应用的端到端(P2P)技术和内容分发网络(CDN)技术，虽然在一定程度上缓解了用户对“内容/信息共享”的需求，但仍无法克服用户根本需求与网络设计理念不匹配带来的诸多问题。

针对上述问题，国际上主流的研究思路是建立内容中心网络CCN(Content Centric Network)，根据整个网络的需求，重新思考和定义网络的架构，使网络中的通信不再关注内容的存储位置，而仅关心需要获取的内容本身。

CCN是内容分布式存储的网络，缓存的充分利用对CCN性能的提升至关重要。现有的缓存策略主要有全路径缓存、随机缓存等，前者是数据返回时，整个路径上的节点都缓存内容；后者是在每个节点处以一定概率决定是否缓存，但是这两种策略都会带来网络缓存冗余。针对这两个策略的不足，有研究提出了一种改进方案，综合考虑距离和节点中心度这两个因素，缓存概率大小由这两个因素共同决定。但是上述策略共同的缺点都是路径外的节点无法感知周围的缓存，导致缓存利用率不高，网络冗余流量大。

目前蚁群算法已经在多个领域广泛应用，其在内容中心网络中的研究主要有文献[1]提出的SoCCeR路由算法，其核心思想是利用发送探测包的方式寻找网络中的缓存内容，并对网络状态进行考察，沿途更新信息素表。蚁群算法的自适应调节能力可以改善大范围内可能出现的链路拥塞。SoCCeR的优势显而易见：能够实现分布式的、自适应的网络路由机制，能够将蚁群算法的优势发挥出来，比如鲁棒性，自治性，可控性，协同性，多样性等。

但是，CCN一大特点就是具有局部流量特性，即在一定的范围，大多数都是重复请求相同的内容。SoCCeR算法虽然能在全局范围内定位到缓存，但是没有考虑局部网络的流量特性以及缓存生存时间的有效性，在局部范围内主动探测缓存，会导致局部范围开销和延迟很大。

为了解决局部范围内缓存定位问题，一些协作缓存路由算法被提出。具有代表性的有节点与邻居节点交换缓存信息以及节点向周围节点通告缓存信息。这些算法能解决局部范围流量冗余问题，请求无需重复被转发，网络中的冗余流量将大大减少，请求响应时间也会减小。

对比文件

[1]S.Shanbhag,N.Schwan,I.Rimac,and M.Varvello,“Soccer:services over content-centric routing,”in ACM SIGCOMM workshop on Information-centric networking,2011,pp.62–67.

发明内容

本发明的目的是提供一种基于蚁群算法的内容中心网络缓存定位方法，通过双向蚂蚁的主动通告和探测，提高网络中缓存的利用率，从而提高内容中心网络的整体性能。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

1)本发明采用三种蚂蚁类型，通告蚂蚁、探测蚂蚁和更新蚂蚁。路由器缓存内容后，会生成通告蚂蚁，通告蚂蚁用于广播缓存内容信息。缓存内容信息的通告需要限定在一定的跳数内，因为CCN具有局部流量特性，同时需要限定缓存的生存时间，若缓存生存时间超时，缓存信息即失效。本发明还设计了蚂蚁信息表AIT(Ant Information Table)，蚂蚁信息表由内容名、接口、缓存存放时间、缓存生存时间、概率构成，通告蚂蚁广播时需要携带缓存生存时间、缓存存放时间，每个节点将在AIT中记录这两个时间，用于之后的时间条件判断，以提高缓存的命中率。