基于内容流行度和节点替换率的缓存方法及装置

摘要

本发明公开了一种基于内容流行度和节点替换率的缓存方法及装置，该方法包括：在将服务节点请求的数据包回传至请求节点时，在所述数据包中设置指针K，并对所述指针赋值缓存间隔M；在所述数据包回传时，每经过一个节点，所述指针K减1；检测所述数据包是否到达请求节点，若到达，则结束；否则，判断所述指针K是否为0；根据判断结果，缓存所述数据包。一方面使得热点内容在网络中具有较多的副本，以提高请求节点的服务质量；另一方面通过节点的内容替换率来调控内容的缓存，使得节点避免处于高频率的内容替换状态而导致系统性能下降。

说明书

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，具体涉及一种基于内容流行度和节点替换率的缓存方法及装置。

背景技术

移动自组织网络(MobileAdHocNetwork，MANET)因其无需基础设施、组网快捷、抗毁性强等特点受到越来越多的关注，并且在军事和民用领域都具有广阔的应用前景。但是，MANETE中节点自由移动引起的网络拓扑动态变化以及缺乏基础设施的有效控制，导致基于TCP/IP协议的MANET难以建立稳定的端到端链路，这不仅使得网络难以实现高效的数据传输，也阻碍了MANET的实际应用。

内容中心网络(ContentCentricNetwork，CCN)属于“革命式”的未来互联网体系架构，能够从根本上解决IP网络在可扩展性和内容分发有效性方面存在的问题。CCN使用内容名字而不是IP地址进行数据传递，让内容本身成为网络中的核心要素，使得因特网从IP无视内容(content-oblivious)的网络变成面向内容(content-oriented)的网络。

内容中心移动自组织网络(ContentCentricMANET，CCMANET)是将内容中心网络(ContentCentricNetwork，CCN)中以内容为中心的思想应用到移动自组织网络(MobileAdHocNetwork，MANET)中而形成的新型网络架构。在CCMANET中，请求节点需要某一内容数据时会向周围邻居节点广播兴趣包(InterestPacket)，当一个节点收到该兴趣包时，它首先检查本地缓存是否有请求的数据，如果缓存有该数据，则直接返回给请求节点；否则，用户请求会转发给下一跳节点直至到达一个缓存有请求内容的节点或者源服务节点(统称为服务节点)。服务节点会沿兴趣包路径回传内容数据包(DataPacket)至请求节点，路径上的任何节点都可以根据某种原则，决定是否需要缓存该内容的副本，以满足其他节点对该内容的后续请求。CCMANET能够克服传统MANET中的许多缺点，并带来新的特性。例如：不需要为每个节点分配IP地址，基于内容名的路由避免了路由回路，提高了内容传输中的安全性等。

目前国内外有关CCMANET的研究正处于起步阶段，并逐步成为一个新的研究热点。无论对CCN还是对MANET来说，缓存都是其关键技术之一。因此，对结合了CCN和MANET的CCMANET来说，缓存必然也是其关键技术之一。CCMANET的基本策略LCE(LeaveCopyEverywhere)是在数据包返回路径的每个节点都缓存该内容。这种策略会在网络中产生大量内容冗余备份，降低内容的多样性。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供了一种基于内容流行度和节点替换率的缓存方法及装置，减少了网络中数据的冗余，提高了内容的多样性。

第一方面，本发明提供一种基于内容流行度和节点替换率的缓存方法，包括：

在将服务节点请求的数据包回传至请求节点时，在所述数据包中设置指针K，并对所述指针赋值缓存间隔M；

在所述数据包回传时，每经过一个节点，所述指针K减1；

检测所述数据包是否到达请求节点，若到达，则结束；否则，判断所述指针K是否为0；

根据判断结果，缓存所述数据包。

可选的，所述根据判断结果，缓存所述数据包，包括：

在所述指针K为0时，判断当前节点剩余缓存空间是否能容纳新数据包；

在当前节点剩余缓存空间能容纳新数据包时，则在该节点缓存所述数据包，同时继续向下一节点转发所述数据包，重置K＝M；

或，

在当前节点剩余缓存空间不能够容纳新数据包时，计算该节点及其相邻节点的内容替换率，并将所述数据包缓存在内容替换率最小的节点上，依次替换所述内容替换率最小的节点上的内容，同时继续向下一节点转发所述数据包，重置K＝M。

可选的，所述依次替换所述内容替换率最小的节点上的内容，包括：

按照内容流行度从低到高的顺序依次替换所述内容替换率最小的节点上的内容。

可选的，所述缓存间隔M为：

$>M=a·\frac{P}{S}$>

其中，P为内容流行度，指单位时间内当前服务节点向其他请求节点提供该内容的次数；S为内容大小，以chunk为单位；a为比例系数。

第二方面，本发明还提供了一种基于内容流行度和节点替换率的缓存装置，包括：

回传模块，用于在将服务节点请求的数据包回传至请求节点时，在所述数据包中设置指针K，并对所述指针赋值缓存间隔M；

回传处理模块，用于在所述数据包回传时，每经过一个节点，所述指针K减1；

检测模块，用于检测所述数据包是否到达请求节点，在所述数据包到达请求节点时，结束所述数据包的回传；

判断模块，用于在所述检测模块检测所述数据包未到达请求节点时，判断所述指针K是否为0；

缓存模块，用于根据判断结果，缓存所述数据包。

可选的，所述缓存模块，用于：

在所述指针K为非0值时，将所述数据包转发至下一节点。

可选的，所述缓存模块，用于：

在所述指针K为0时，判断当前节点剩余缓存空间是否能容纳新数据包；

在当前节点剩余缓存空间能容纳新数据包时，则在该节点缓存所述数据包，同时继续向下一节点转发所述数据包，重置K＝M；

或，

在当前节点剩余缓存空间不能够容纳新数据包时，计算该节点及其相邻节点的内容替换率，并将所述数据包缓存在内容替换率最小的节点上，依次替换所述内容替换率最小的节点上的内容，同时继续向下一节点转发所述数据包，重置K＝M。

可选的，所述缓存模块，用于：

按照内容流行度从低到高的顺序依次替换所述内容替换率最小的节点上的内容。

可选的，所述缓存间隔M为：

$>M=a·\frac{P}{S}$>

其中，P为内容流行度，指单位时间内当前服务节点向其他请求节点提供该内容的次数；S为内容大小，以chunk为单位；a为比例系数。

由上述技术方案可知，本发明提供的一种基于内容流行度和节点替换率的缓存方法及装置，通过在数据包中设置指针，并对该指针进行赋值，设置缓存间隔，最后根据指针的数值以及该数据包是都到达请求节点，来缓存该数据包，降低了某些节点负载过大，内容更替过于频繁的问题。

附图说明

图1为本发明一实施例提供的一种基于内容流行度和节点替换率的缓存方法的流程示意图；

图2为本发明另一实施例提供的一种基于内容流行度和节点替换率的缓存方法的流程示意图；

图3为本发明一实施例提供的一种基于内容流行度和节点替换率的缓存装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

图1示出了本发明一实施例提供的一种基于内容流行度和节点替换率的缓存方法的流程示意图，如图1所示，该方法包括如下步骤：

101、在将服务节点请求的数据包回传至请求节点时，在所述数据包中设置指针K，并对所述指针赋值缓存间隔M。

可理解的是，服务节点是沿请求包转发路径向请求节点回传请求内容数据包的。

102、在所述数据包回传时，每经过一个节点，所述指针K减1；

103、检测所述数据包是否到达请求节点，若到达，则结束；否则，判断所述指针K是否为0；

104、根据判断结果，缓存所述数据包。

上述方法通过在数据包中设置指针，并对该指针进行赋值，设置缓存间隔，最后根据指针的数值以及该数据包是都到达请求节点，来缓存该数据包，降低了某些节点负载过大，内容更替过于频繁的问题。

下面通过具体的实施例对上述方法进行详细说明。

图2示出了本发明一实施例提供的一种基于内容流行度和节点替换率的缓存方法的流程示意图，如图2所示，该方法包括如下步骤：

201、在将服务节点请求的数据包回传至请求节点时，在所述数据包中设置指针K，并对所述指针赋值缓存间隔M。

为了合理确定缓存间隔，一方面要增加网络中高内容流行度的副本数，以提高多数请求节点请求高内容流行度的服务质量；另一方面要减少大文件内容的副本数，以提高网络内容的多样性。因此，本发明提供的缓存间隔计算方法为：

$>M=a·\frac{P}{S}$>

其中，P为内容流行度，指单位时间内当前服务节点向其他请求节点提供该内容的次数；S为内容大小(以chunk为单位)；a为比例系数。

202、在所述数据包回传时，每经过一个节点，所述指针K减1；

203、检测所述数据包是否到达请求节点，若到达，则结束；否则，执行步骤204。

204、判断所述指针K是否为0，若是，则执行步骤205，否则，执行步骤202。

205、判断当前节点剩余缓存空间是否能容纳新数据包，如果是，执行步骤206，否则执行步骤207-208。

206、在该节点缓存所述数据包，同时继续向下一节点转发所述数据包，重置K＝M。

207、计算该节点及其相邻节点的内容替换率。

208、将所述数据包缓存在内容替换率最小的节点上，依次替换所述内容替换率最小的节点上的内容，同时继续向下一节点转发所述数据包，重置K＝M。

具体的，按照内容流行度从低到高的顺序依次替换所述内容替换率最小的节点上的内容。

为准确衡量节点的负载情况和缓存状态，基于节点介数和替换率的内容中心网络网内缓存策略，采用如下方法计算节点缓存替换率Re(v)：

$>\mathrm{Re}\left(v\right)=\frac{\underset{i=1}{\overset{m}{\Sigma }}S\left(f_i\right)}{C\left(v\right)}$>

其中S(f_i)是节点v被替换内容f_i的大小(单位是chunk)，C(v)是节点v的缓存大小，m是单位时间内节点v被替换的内容个数。

上述方法不仅能够保证高流行度内容的服务质量，还能够提高网络中内容的多样性，有效地提高了网络中节点存储资源的利用率。

通过综合考虑内容流行度和节点替换率来决定在返回内容路径上的哪些节点缓存内容数据，一方面使得热点内容在网络中具有较多的副本，以提高请求节点的服务质量；另一方面通过节点的内容替换率来调控内容的缓存，使得节点避免处于高频率的内容替换状态而导致系统性能下降。

图3示出了本发明实施例提供的一种基于内容流行度和节点替换率的缓存装置的结构示意图，如图3所示，该装置包括：

回传模块31，用于在将服务节点请求的数据包回传至请求节点时，在所述数据包中设置指针K，并对所述指针赋值缓存间隔M；

回传处理模块32，用于在所述数据包回传时，每经过一个节点，所述指针K减1；

检测模块33，用于检测所述数据包是否到达请求节点，在所述数据包到达请求节点时，结束所述数据包的回传；

判断模块34，用于在所述检测模块检测所述数据包未到达请求节点时，判断所述指针K是否为0；

缓存模块35，用于根据判断结果，缓存所述数据包。

在本实施例的一个优选的实施例中，所述缓存模块35，用于：

在所述指针K为非0值时，将所述数据包转发至下一节点。

在本实施例的一个优选的实施例中，所述缓存模块35，用于：

在所述指针K为0时，判断当前节点剩余缓存空间是否能容纳新数据包；

在当前节点剩余缓存空间能容纳新数据包时，则在该节点缓存所述数据包，同时继续向下一节点转发所述数据包，并重置K＝M；

或，

在当前节点剩余缓存空间不能够容纳新数据包时，计算该节点及其相邻节点的内容替换率，并将所述数据包缓存在内容替换率最小的节点上，依次替换所述内容替换率最小的节点上的内容，同时继续向下一节点转发所述数据包，并K＝M。

在本实施例的一个优选的实施例中，所述缓存模块35，用于：

按照内容流行度从低到高的顺序依次替换所述内容替换率最小的节点上的内容。

上述实施例中所述缓存间隔M为：

$>M=a·\frac{P}{S}$>

其中，P为内容流行度，指单位时间内当前服务节点向其他请求节点提供该内容的次数；S为内容大小，以chunk为单位；a为比例系数。

上述装置与上述方法是一一对应的关系，本实施例不再对上述装置的实施细节进行详细说明。

本发明的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。