[發(fā)明專利]一種內(nèi)容中心網(wǎng)絡(luò)中文件的最優(yōu)緩存配置方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710106111.4
• 申請日: 2017-02-27
• 公開（公告）號: CN106998353B
• 公開（公告）日: 2020-07-31
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 鄒君妮;王悅
• 申請（專利權(quán)）人: 上海大學(xué)
• 主分類號: H04L29/08
• 分類號: H04L29/08
• 代理公司: 上海上大專利事務(wù)所(普通合伙) 31205
• 代理人: 陸聰明

本發(fā)明涉及一種內(nèi)容中心網(wǎng)絡(luò)中文件的最優(yōu)緩存配置方法，具體步驟如下：步驟1，分別定義緩存命中率和能量消耗函數(shù)；步驟2，建立聯(lián)合最大化的性能目標(biāo)函數(shù)；步驟3，用貪心算法解決該問題，得到最優(yōu)緩存配置。本發(fā)明方法不僅實現(xiàn)了同時考慮緩存命中率和能耗兩方面性能，而且實現(xiàn)過程簡單，便于分布式求解，有效提高了緩存配置效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種內(nèi)容中心網(wǎng)絡(luò)中文件的最優(yōu)緩存配置方法，屬于無線通信網(wǎng)絡(luò)中資源分配和調(diào)度領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著多媒體流量的爆炸式增長，現(xiàn)有的通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)難以承受巨大的用戶需求。同時通信系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)流量隨時間有著明顯的變化，在高峰時期網(wǎng)絡(luò)會十分擁堵，而在非高峰時間網(wǎng)絡(luò)空閑并不能得到很好的利用。

緩存機制通過在非高峰時間段將內(nèi)容存儲在網(wǎng)絡(luò)里有存儲能力的節(jié)點上(路由器，服務(wù)器或者終端用戶等)，在高峰時間段這些緩存可以滿足用戶的請求。這樣的方式可以有效的將部分網(wǎng)絡(luò)流量從高峰時間段轉(zhuǎn)移到非高峰時間段，從而降低網(wǎng)絡(luò)擁堵。由于網(wǎng)絡(luò)中流量的巨大一部分源自于對熱點內(nèi)容文件的重復(fù)下載，如果網(wǎng)絡(luò)中的邊緣服務(wù)器(靠近用戶)緩存這些熱點內(nèi)容將會極大的減少網(wǎng)絡(luò)帶寬消耗并且提高內(nèi)容傳輸延遲。為了滿足用戶對互聯(lián)網(wǎng)中內(nèi)容需求的爆炸性增長，緩存機制在近年來已經(jīng)獲得越來越多的關(guān)注。對于緩存機制來說，最重要的是設(shè)計最優(yōu)內(nèi)容存儲方案：對于一個給定的預(yù)期內(nèi)容需求，確定每個緩存節(jié)點中放置的文件內(nèi)容，以便最大化由緩存服務(wù)器滿足的請求數(shù)量(即命中率)。

出于真實系統(tǒng)的考量，我們可以在內(nèi)容中心網(wǎng)絡(luò)(Content Centric Networking，CCN)中設(shè)計緩存問題。目前，以內(nèi)容為中心的網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為互聯(lián)網(wǎng)中傳播內(nèi)容最有前景的架構(gòu)。這種新型的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)有兩個主要特征：按名稱路由和網(wǎng)內(nèi)緩存。按名稱路由確保內(nèi)容而不是主機在網(wǎng)絡(luò)中有最高優(yōu)先級，所以可以從不同地點多次獲取單個內(nèi)容。網(wǎng)內(nèi)緩存有助于降低傳播時延和網(wǎng)絡(luò)負載。在內(nèi)容中心網(wǎng)絡(luò)中，每個內(nèi)容路由器具有緩存能力，可以緩存目標(biāo)文件。通過使用緩存機制，CCN可以顯著減少網(wǎng)絡(luò)負載。因為用戶請求不再需要全都通過源服務(wù)器，而可以由一個離用戶更近的CCN內(nèi)容路由器來滿足。雖然在過去有大量優(yōu)秀的工作是針對于CCN網(wǎng)絡(luò)的，但他們僅僅關(guān)注網(wǎng)絡(luò)資源利用率的提高，而關(guān)于能量消耗的部分卻被忽略。日益嚴格的環(huán)境標(biāo)準和迅速增長的能量成本已經(jīng)引領(lǐng)了互聯(lián)網(wǎng)中能量效率的趨勢。互聯(lián)網(wǎng)中的能量消耗已經(jīng)在全球能源消耗比例中占據(jù)了高達10％并且這個比例還在持續(xù)增長。就能量效率來說，CCN網(wǎng)絡(luò)可以通過較短的內(nèi)容傳輸距離和去重復(fù)傳輸來降低傳輸?shù)哪芰俊５瑫r，CCN網(wǎng)絡(luò)通過在每個內(nèi)容路由器端提供緩存能力而產(chǎn)生額外的能量消耗。不同種類的硬件技術(shù)可以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中的緩存機制，每種硬件技術(shù)都有不同的能量系數(shù)和存儲容量。總之，網(wǎng)絡(luò)中的傳輸能量和緩存能量存在倒數(shù)關(guān)系。因此，在CCN網(wǎng)絡(luò)中研究能量消耗是十分有價值的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種內(nèi)容中心網(wǎng)絡(luò)中文件的最優(yōu)緩存配置方法。在內(nèi)容中心的網(wǎng)絡(luò)中，同時考慮用戶命中率最大和緩存能耗消耗最小的情況下，文件緩存的最優(yōu)方法。最大命中率的緩存策略和最小能量消耗的緩存策略在一定程度上是對立的兩個目標(biāo)。這是因為在最大命中率的緩存策略中，我們需要盡可能的緩存概率大的文件，但對于用戶來說，在獲取文件時這些概率大的文件其消耗的能量卻不一定是小的。因此在這里我們將同時考慮命中率和能量消耗來獲得最優(yōu)的緩存內(nèi)容放置。

為達到上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：

一種無線網(wǎng)絡(luò)中文件的分布式緩存優(yōu)化方法，具體步驟如下：

步驟1：分別定義緩存命中率和能量消耗函數(shù)；

步驟2：建立聯(lián)合最大化的性能目標(biāo)函數(shù)；

步驟3：用貪心算法解決該問題得到最優(yōu)緩存配置。

所述步驟1的具體步驟如下：