面向信息中心网络中基于流体动力学理论的缓存放置决策评分方法技术

本发明专利技术公开了一种面向信息中心网络中基于流体动力学理论的缓存放置决策评分方法，根据用户发送的请求，动态计算每个请求所经过节点的服务请求率，直至命中节点。利用请求服务率更细粒度评估当前节点对请求内容的重要性。同时利用流体动力学理论映射缓存决策过程，并依据其容器中液体温度高低决策缓存是否在该容器存储，本发明专利技术的技术效果在于，有效地提高了面向信息中心网络缓存的命中率，尤其在有限的缓存资源时仍然取得较好的结果，同时，有效解决了信息中心网络冗余问题，极大减少网络的相同内容的备份个数，使得网络缓存资源得到充分地利用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及网络缓存技术邻域，特别涉及一种面向信息中心网络中基于流体动力学理论的缓存放置决策评分方法。
技术介绍
随着信息技术和互联网应用的快速普及，互联网应用范围和规模已经远远超越了设计初衷，逐渐取代了一些传统通讯媒介，成为当前信息社会的重要基础设施。互联网应用的主体已经转向文字信息和多媒体音频等内容的获取，信息服务内容已成为网络服务的主题。在互联网内容和需求高速发展的同时，当前的互联网的需求逐渐暴露出越来越多问题。以TCP/IP协议为核心技术的互联网面临着日益严重的技术挑战。目前网络主要通过数据包交换方式满足主机之间端对端的数据传输，在网络的安全性、可靠性、灵活性、移动性、拥塞控制和路由效率等方面暴露出许多不适应性。尤其在一些典型的覆盖网络优化解决方案P2P、CDN、云计算、大数据等技术在提高数据共享和分发效率的同时，更加剧了网络的冗余。信息中心网络(Information Centric Networking,ICN)采用以信息为中心的网络通信模型，取代传统的以地址为中心的网络通信模型，通信模式从主机到主机演进为主机到网络，传输模式由传统的“推”改为“拉”，安全机制构建在信息上而不是主机上，转发机制由传统的存储转发演进为缓存转发，体系结构支持主机移动，从而更好满足大规模网络内容分发、移动内容存取、网络流量均衡等需求。但这种全新网络架构在理论、技术和应用方面尚有许多问题亟待解决。信息中心网络是未来互联网架构中较有潜力的一种新一代互联网体系结构，拥有全新的工作机制和缓存机制。为了保证更高效的网络利用率、提高数据的可用性，ICN架构大量使用数据缓存机制。ICN缓存性能优化研究主要包括，缓存放置策略研究，缓存替换策略研究和缓存内容定位机制研究。缓存放置策略作为缓存技术的重要研究方向之一，用来判断一个内容是否需要缓存以及该内容缓存在哪些节点上是合理的，缓存放置策略是解决网络内容冗余度高和缓存利用率低等问题的有效方法。针对ICN缓存问题的研究，国内外已经提出一些缓存放置策略算法：(1)默认缓存放置策略为全缓存策略，即表示在请求的内容返回路径上所有的中间节点对内容进行缓存。该策略简单易行，但导致网络冗余和缓存替换率大大提高，进而降低缓存命中率；(2)向下复制保留策略和向下复制删除策略，前者表示内容的副本只被保存在内容源的下一跳节点，后者表示将内容复制到下一跳节点，而且将命中节点的内容删除。虽然在一定程度上减少冗余，但在有限的缓存条件下，其优势并不明显；(3)概率缓存策略是一种随机缓存策略，它允许传输路径上的节点根据多种因素独立计算缓存概率，并基于加权概率执行放置策略，以实现缓存分布的公平性和优化配置。由于没有考虑相邻节点的影响，无法有效地减少缓存的冗余；(4)中心介数缓存策略将内容缓存在介数最大的节点上。在拓扑较小时，在一定程度上提高缓存的命中率，但同时导致介数较大节点负载过重和替换内容频繁；(5)协作缓存策略能够克服单点缓存处理能力弱、资源不足等问题，通过节点之间相互协作共享处理能力和资源，从而降低内容冗余度、提高缓存利用率和网络性能。但在请求较多时会出现较大延迟和负载。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有的信息中心网路缓存放置决策算法不能有效地解决网络冗余、高延迟和负载等问题，提出一种面向信息中心网络中基于流体动力学理论的缓存放置决策评分方法。为了实现上述技术目的，本专利技术的技术方案是：一种面向信息中心网络中基于流体动力学理论的缓存放置决策评分方法，包括以下步骤：步骤1：建立基于流体动力学的请求模型，包括容器、连接各容器的管子和储存于容器内的液体，每个带缓存的用户节点分别对应一个容器，容器之间的管子对应网络拓扑中的边并由阀门控制，液体对应用户节点中存储的内容；步骤2：根据内容请求进行初始化，设定请求服从分布参数；步骤3：针对每次的用户请求，计算其经过节点的服务请求率并映射为对应的温度，然后以最小的服务请求率值对应最高的温度来进行排序，同时计算至命中节点的跳数，计算请求节点至命中节点路径上中心介数最大的节点BC；步骤4：如果跳数大于2，且经过的路由器容器温度为0℃，则计算将液体缓存至与BC节点相连的两个容器；步骤5：如果温度不为0℃，选取温度高的前2个容器缓存液体；步骤6：重复步骤2-5，直至所有请求都发送完成。所述的一种面向信息中心网络中基于流体动力学理论的缓存放置决策评分方法，所述的步骤2中，内容请求满足以下条件：1)请求到达满足泊松分布；2)内容热度分布服从Zipf分布规律：qm＝c/ma，其中参数满足：a＞0和qm表示内容m被请求的概率，a表用户请求的内容集中程度。所述的一种面向信息中心网络中基于流体动力学理论的缓存放置决策评分方法，所述的步骤2中，设定请求服从分布参数包括请求次数间隔、设定发布者的温度、液体在容器内的高度、初始化时中间路由节点容器温度。所述的一种面向信息中心网络中基于流体动力学理论的缓存放置决策评分方法，所述的步骤3中，在计算服务请求率时，根据流体动力学原理计算液体从一个容器流到另一个容器引起的体积变化，其中：从a到a′之间的管子中液体流速其中g表示重力加速度，h表示液体高度；则当流动在时间间隔i结束时，流动的液体体积Saa′为： S aa ′ = v aa ′ · w aa ′ · Δ k = 2 g [ h a ( i ) - h a ′ ( i ) ] · w aa ′ · Δ k ]]>其中Waa′为管子的截面积，Δk为请求间隔。所述的一种面向信息中心网络中基于流体动力学理论的缓存放置决策评分方法，所述的步骤3中，在计算服务请求率时，根据流体动力学原理计算液体从一个容器流到另一个容器引起的温度变化，其中： t a ( 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种面向信息中心网络中基于流体动力学理论的缓存放置决策评分方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：建立基于流体动力学的请求模型，包括容器、连接各容器的管子和储存于容器内的液体，每个带缓存的用户节点分别对应一个容器，容器之间的管子对应网络拓扑中的边并由阀门控制，液体对应用户节点中存储的内容；步骤2：根据内容请求进行初始化，设定请求服从分布参数；步骤3：针对每次的用户请求，计算其经过节点的服务请求率并映射为对应的温度，然后以最小的服务请求率值对应最高的温度来进行排序，同时计算至命中节点的跳数，计算请求节点至命中节点路径上中心介数最大的节点BC；步骤4：如果跳数大于2，且经过的路由器容器温度为0℃，则计算将液体缓存至与BC节点相连的两个容器；步骤5：如果温度不为0℃，选取温度高的前2个容器缓存液体；步骤6：重复步骤2‑5，直至所有请求都发送完成。

【技术特征摘要】
1.一种面向信息中心网络中基于流体动力学理论的缓存放置决策评分方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：建立基于流体动力学的请求模型，包括容器、连接各容器的管子和储存于容器内的液体，每个带缓存的用户节点分别对应一个容器，容器之间的管子对应网络拓扑中的边并由阀门控制，液体对应用户节点中存储的内容；步骤2：根据内容请求进行初始化，设定请求服从分布参数；步骤3：针对每次的用户请求，计算其经过节点的服务请求率并映射为对应的温度，然后以最小的服务请求率值对应最高的温度来进行排序，同时计算至命中节点的跳数，计算请求节点至命中节点路径上中心介数最大的节点BC；步骤4：如果跳数大于2，且经过的路由器容器温度为0℃，则计算将液体缓存至与BC节点相连的两个容器；步骤5：如果温度不为0℃，选取温度高的前2个容器缓存液体；步骤6：重复步骤2-5，直至所有请求都发送完成。2.根据权利要求1所述的一种面向信息中心网络中基于流体动力学理论的缓存放置决策评分方法，其特征在于，所述的步骤2中，内容请求满足以下条件：1)请求到达满足泊松分布；2)内容热度分布服从Zipf分布规律：qm＝c/ma，其中参数满足：a＞0和qm表示内容m被请求的概率，a表用户请求的内容集中程度。3.根据权利要求1所述的一种面向信息中心网络中基于流体动力学理论的缓存放置决策评分方法，其特征在于，所述的步骤2中，设定请求服从分布参数包括请求次数间隔、设定发布者的温度、液体在容器内的高度、初始化时中间路由节点容器温度。4.根据权利要求1所述的一种面向信息中心网络中基于流体动力学理论的缓存放置决策评分方法，其特征在于，所述的步骤3中，在计算服务请求率时，根据流体动力学原理计算液体从一个容器流到另一个容器引起的体积变化，其中：从a到a′之间的管子中液体流速其中g表示重力加速度，h表示液体高度；则当流动在时间间隔i结束时，流动的液体体积Saa′为： S aa ′ = v aa ′ · w aa ′ · Δ k = 2 g [ h a ( i ) - h a ′ ( i ) ] · w aa ′ · Δ k ]]>其中Waa′为管子的截面积，Δk为请求间隔。5.根据权利要求1所述的一种面向信息中心网络中基于流体动力学理论的缓存放置决策评分方法，其特征在于，所述的步骤3中，在计算服务请求率时，根据流体动力学原理计算液体从一个容器流到另一个容器引起的温度变化，其中： t a ( i + 1 ) = t a ( i ) · [ S a ( i ) - Σ a ′ ...

【专利技术属性】
技术研发人员：阳旺，吴帆，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43