[发明专利]命名数据网络中基于视频直播系统的缓存方法

说明书

本发明公开了命名数据网络中基于视频直播系统的缓存方法，找到场景中需要对数据包进行缓存的目标路由器，通过只在目标路由器中缓存相应的数据包，从而达到减少网络中的流量消耗与冗余的缓存的目的。本发明用实时会话表添加实时会话记录的方式用来记录实时会话的状态，在每条实时会话记录中，通过记录实时会话的前缀名字来区分不同的实时会话；通过记录实时会话的数据包到达的时间来判断实时会话是否已经关闭；通过状态为激活或者待激活来决定是否缓存这个实时会话中的数据包；通过记录数据包的总跳数值，并结合兴趣包的跳数信息来判断是否将记录的状态变为激活；通过统计数据包缓存的个数与缓存命中的个数来决定是否将将记录的状态变为未激活。

技术领域

本发明涉及一种命名数据网络中基于视频直播系统的缓存方法。

背景技术

随着近几年互联网的迅速发展与普及，网络使人们之间的交流更加便捷。从由文字与图片相结合的论坛，到使用视频来展示自己的作品，再到通过实时直播与他人共同分享一段时光，据统计，2002-2017年中，视频占据网络运营商流量总数已超过60％，其中网络的发展对于互联网中承载的内容的增多有很大的推动作用。而基于TCP/IP的以面向连接为基础构架的互联网在传输这些丰富的内容时会产生大量重复的传输，从而造成了网络中大量的资源浪费。

命名数据网络(NDN)是以信息为中心的网络。该网络将用户分为生产者和消费者两种角色。消费者向网络中发送兴趣包，生产者生产数据包用于满足兴趣包。兴趣包与数据包都有名字这一属性，当两者的名字相同时，即匹配成功，消费者就通过兴趣包获取到了想要的数据包。

NDN中的路由器主要有三个数据结构，分别是FIB，PIT与CS。兴趣包通过FIB来寻找生产者的位置；路由器转发兴趣包之后，会记录兴趣包的来源端口在PIT上，当接收到对应的数据包的时候，就可以从相应的端口转发出去了。从宏观上来看，就是兴趣包通过FIB找到了数据包，数据包则沿着兴趣包相反的路径返回到消费者处。当数据包还没有返回时，如果路由器又接收到一个相同的兴趣包，路由器不会转发这个兴趣包，而是将其也记录在PIT上，等数据包到来时分别从两个端口转发回去，这个操作称为兴趣包的聚合。如果两个兴趣包之间间隔时间比较长，没能进行聚合，NDN路由器提供了缓存的功能，可以将之前接收到的数据包缓存在CS中，那么新来的兴趣包也就不必再进行转发，直接从CS中获取数据包即可。

NDN通过名字这一属性，使路由器可以得知自己所传输数据的特点，从而方便了网络中数据包的复用，主要通过缓存减少了对网络资源的浪费。

当前对于NDN缓存方面的研究还是有很多的，有基于内容热度与节点介数的NDN网络缓存策略，充分利用内容与节点信息选择最佳的位置放置缓存，可以保证一些有价值的数据被缓存在正确的位置上；也有通过概率进行缓存的策略，对比默认的全缓存，可以有效地减少网络中的冗余缓存；在实时场景下，也存在针对实时会议的缓存策略，通过检测与会人数来筛选缓存的路由器。

当前的对于缓存的研究通常是设定缓存可以满足之后的兴趣包为前提进行设计与实现的。但是对于直播这种实时场景而言，数据包具有较高的时效性，也就是消费者基本不会关注几分钟之前的数据包。所以相较于普通的热点信息资源可能在一段时间内被反复地访问，在直播场景中所缓存的数据包正常情况下基本不会被之后的兴趣包所请求，所以一般的缓存策略，或是基于概率，或是基于热度的方式进行缓存在直播场景中是没有意义的。但直播场景中某些部分的路由器却可以高效率地使用缓存，这些路由器中的缓存是属于兴趣包在PIT中聚合失败失效的补充手段，所以直播场景中的缓存策略是根据实时性强的特点有着其特殊性的。

发明内容

本发明针对直播场景提出针对拥有实时性的数据包的缓存方法，主要的目的是找到场景中需要对数据包进行缓存的路由器(即目标路由器)，通过只在目标路由器中缓存相应的数据包，从而达到减少网络中的流量消耗与冗余的缓存的目的。

本发明提供一种命名数据网络中基于视频直播系统的缓存方法，包括以下流程：