[发明专利]一种内容中心网络中文件的最优缓存配置方法

说明书

本发明涉及一种内容中心网络中文件的最优缓存配置方法，具体步骤如下：步骤1，分别定义缓存命中率和能量消耗函数；步骤2，建立联合最大化的性能目标函数；步骤3，用贪心算法解决该问题，得到最优缓存配置。本发明方法不仅实现了同时考虑缓存命中率和能耗两方面性能，而且实现过程简单，便于分布式求解，有效提高了缓存配置效率。

技术领域

本发明涉及一种内容中心网络中文件的最优缓存配置方法，属于无线通信网络中资源分配和调度领域。

背景技术

随着多媒体流量的爆炸式增长，现有的通信网络架构难以承受巨大的用户需求。同时通信系统中网络流量随时间有着明显的变化，在高峰时期网络会十分拥堵，而在非高峰时间网络空闲并不能得到很好的利用。

缓存机制通过在非高峰时间段将内容存储在网络里有存储能力的节点上(路由器，服务器或者终端用户等)，在高峰时间段这些缓存可以满足用户的请求。这样的方式可以有效的将部分网络流量从高峰时间段转移到非高峰时间段，从而降低网络拥堵。由于网络中流量的巨大一部分源自于对热点内容文件的重复下载，如果网络中的边缘服务器(靠近用户)缓存这些热点内容将会极大的减少网络带宽消耗并且提高内容传输延迟。为了满足用户对互联网中内容需求的爆炸性增长，缓存机制在近年来已经获得越来越多的关注。对于缓存机制来说，最重要的是设计最优内容存储方案：对于一个给定的预期内容需求，确定每个缓存节点中放置的文件内容，以便最大化由缓存服务器满足的请求数量(即命中率)。

出于真实系统的考量，我们可以在内容中心网络(Content Centric Networking，CCN)中设计缓存问题。目前，以内容为中心的网络已经成为互联网中传播内容最有前景的架构。这种新型的网络架构有两个主要特征：按名称路由和网内缓存。按名称路由确保内容而不是主机在网络中有最高优先级，所以可以从不同地点多次获取单个内容。网内缓存有助于降低传播时延和网络负载。在内容中心网络中，每个内容路由器具有缓存能力，可以缓存目标文件。通过使用缓存机制，CCN可以显著减少网络负载。因为用户请求不再需要全都通过源服务器，而可以由一个离用户更近的CCN内容路由器来满足。虽然在过去有大量优秀的工作是针对于CCN网络的，但他们仅仅关注网络资源利用率的提高，而关于能量消耗的部分却被忽略。日益严格的环境标准和迅速增长的能量成本已经引领了互联网中能量效率的趋势。互联网中的能量消耗已经在全球能源消耗比例中占据了高达10％并且这个比例还在持续增长。就能量效率来说，CCN网络可以通过较短的内容传输距离和去重复传输来降低传输的能量。但同时，CCN网络通过在每个内容路由器端提供缓存能力而产生额外的能量消耗。不同种类的硬件技术可以实现网络中的缓存机制，每种硬件技术都有不同的能量系数和存储容量。总之，网络中的传输能量和缓存能量存在倒数关系。因此，在CCN网络中研究能量消耗是十分有价值的。

发明内容

本发明的目的是提供一种内容中心网络中文件的最优缓存配置方法。在内容中心的网络中，同时考虑用户命中率最大和缓存能耗消耗最小的情况下，文件缓存的最优方法。最大命中率的缓存策略和最小能量消耗的缓存策略在一定程度上是对立的两个目标。这是因为在最大命中率的缓存策略中，我们需要尽可能的缓存概率大的文件，但对于用户来说，在获取文件时这些概率大的文件其消耗的能量却不一定是小的。因此在这里我们将同时考虑命中率和能量消耗来获得最优的缓存内容放置。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种无线网络中文件的分布式缓存优化方法，具体步骤如下：

步骤1：分别定义缓存命中率和能量消耗函数；

步骤2：建立联合最大化的性能目标函数；

步骤3：用贪心算法解决该问题得到最优缓存配置。

所述步骤1的具体步骤如下：