[發明專利]一種基于軟件定義網絡的內容中心網絡緩存方法

有效

• 申請號: 201710295143.3
• 申請日: 2017-04-28
• 公開（公告）號: CN107105043B
• 公開（公告）日: 2019-12-24
• 發明（設計）人: 曲樺;趙季紅;劉軍;李巖松;趙東坡;馬慧
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H04L29/08
• 分類號: H04L29/08;H04L12/24
• 代理公司: 61200 西安通大專利代理有限責任公司
• 代理人: 范巍

本發明提出一種基于軟件定義網絡的內容中心網絡緩存方法，在軟件定義網絡和內容中心網絡融合架構下，通過控制器對全局網絡拓撲和緩存信息的感知，對緩存節點和內容進行集中控制和整體緩存優化。控制器周期性的對緩存信息進行統計，然后根據數據層緩存決策的請求進行緩存優化。本發明將節點的重要度和邊緣度以及內容的流行度納入緩存決策策略中，根據以上信息進行數學建模，并應用粒子群智能算法對數學模型進行優化。本發明充分利用了控制器對全局控制和邏輯中心化的優勢，使得緩存能夠在多節點協同下進行決策優化。

技術領域

本發明屬于在軟件定義網絡和內容中心網絡融合架構下的緩存決策策略，涉及控制器對于數據層操作的可編程性，以及控制器根據全網感知的信息并且應用粒子群智能算法對內容進行緩存決策。

背景技術

面對以實時音頻、高清視頻為主的海量互聯網流量，基于TCP/IP的傳統網絡架構在可用性、移動性、可擴展性、安全性等方面存在巨大挑戰，難以滿足當前網絡發展的要求。

內容中心網絡(CCN)被認為是解決現有網絡問題的有效途徑。內容中心網絡以用戶驅動的模式獲取內容，用戶發送內容請求，網絡通過內容緩存的方式實現快速響應。

高效的內容緩存機制是內容中心網絡架構的重要組成部分。關于緩存策略的研究主要分為2個方面：旁路緩存和路徑緩存存儲策略。旁路緩存存儲策略在整個網絡中選擇節點存儲內容，以提高內容的可用性。路徑緩存存儲策略僅僅在轉發路徑上選擇節點存儲內容，以均衡網絡流量，減少網絡延時。但現有的緩存策略在存儲節點和存儲內容的管理上仍然是一個技術難點。

軟件定義網絡(SDN)是一種基于軟件的網絡技術，它倡導控制與數據的分離。軟件定義網絡架構將網絡分為應用層、控制層、數據層。應用層通過北向接口向控制層提供開放的編程接口和網絡視圖，控制層包括控制器和網絡操作系統，并通過南向接口控制數據層進行數據處理、轉發和收集。控制平面與數據平面的解耦、開放的可編程接口、集中化的控制使軟件定義網絡技術在簡化網絡基礎設施，提升網絡管理效率方面具有獨特優勢。因此，學術界試圖將內容中心網絡和軟件定義網絡這兩種網絡架構相融合，以期創建既能高效管理，又能滿足海量數據流量分發的網絡架構。

將軟件定義網絡的設計思想引入到內容中心網絡緩存策略中，通過控制層實現對網絡拓撲和緩存內容的感知，對網絡中的存儲節點和內容進行集中控制。由于軟件定義網絡架構的集中控制的優勢，網絡管理者可以輕松實現對全網的存儲資源和存儲策略的統一管理。

粒子群智能算法(PSO)作為一種典型的群體智能優化算法，粒子群算法的思想源于對鳥群簡化社會模型的研究及行為模擬。粒子群算法具有簡單，易實現，精度高，收斂速度快且具有較少的可調參數等優點，在模糊控制、系統設計、復雜網絡優化等方面具有很大優勢。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于軟件定義網絡的內容中心網絡緩存方法。

為達到上述目的，本發明采用了以下技術方案：

本發明利用軟件定義網絡和內容中心網絡融合架構下控制器具有邏輯中心化以及對全網感知的優勢，根據全局網絡拓撲和網絡內容的信息，對內容和緩存進行集中和整體的優化；控制器周期性的對緩存信息進行統計，并在接收到數據層緩存請求后進行緩存決策；本發明還利用節點的重要度和邊緣度以及內容的流行度對節點和內容進行整體的緩存決策數學建模，并應用了粒子群智能算法進行優化。

1.相關定義

定義一：節點重要度，根據交換機在收到控制器下發的流表時，對下發的流表信息進行統計，根據交換機統計的信息可以得到每個內容的路由路徑經過此交換機(即緩存節點)的次數，次數越多則交換機對于該內容的重要度越大。用B_ik表示節點i(i＝1,...,M)對于內容k(k＝1,...,N)的重要度，并將其歸一化表示為表示節點i處對于內容的最大重要度。節點重要度能夠真實的反映出不同緩存節點處內容的請求次數，次數越多，節點對于該內容的重要度越大。