[發明專利]基于TOPSIS熵權法的輕量級緩存策略

有效

• 申請號: 202110026486.6
• 申請日: 2021-01-08
• 公開（公告）號: CN112822275B
• 公開（公告）日: 2022-09-02
• 發明（設計）人: 桂易琪;陳永康
• 申請（專利權）人: 揚州大學
• 主分類號: H04L67/568
• 分類號: H04L67/568;H04L41/14;H04L45/74
• 代理公司: 揚州蘇中專利事務所(普通合伙) 32222
• 代理人: 許必元

本發明涉及基于TOPSIS熵權法的輕量級緩存策略，屬于內容中心網絡領域。本發明分析了內容中心網絡中緩存內容的放置問題，使用TOPSIS熵權法對用戶請求內容的過程進行建模，并合理的計算出路由節點內流行內容的緩存放置位置。另外，本發明還提出了減少緩存冗余的主動緩存替換策略和基于內容價值的被動緩存替換策略，與傳統的LRU替換策略相比提高了緩存利用率。本發明針對真實拓Tiscali?3257進行了大規模的仿真，仿真結果表明與傳統的主流方法相比，本發明能夠明顯提高網絡中的整體緩存命中率、降低時延、降低鏈路負載以及提高用戶體驗。

技術領域

本發明涉及基于TOPSIS熵權法的輕量級緩存策略，屬于內容中心網絡領域。

背景技術

隨著社會的發展，互聯網在我們的生活中發揮著越來越重要的作用，而互聯網數據流量在過去幾年中呈爆炸式增長。根據思科VNI的預測，到2022年，全球IP視頻流量將占所有IP流量(包括商業和用戶)的82％，高于2017年的75％。傳統的TCP/IP系統在數據包分發方面存在可擴展性差、安全性低、靈活性不足等諸多缺點。為了解決這個問題，近年來研究人員提出了以內容為中心的網絡架構(Information Centric Networking，ICN)來提高網絡服務質量。內容中心網絡(ICN)是一種新型的互聯網架構，有可能處理當前IP網絡固有缺陷的問題，并有望滿足未來的要求，以提高互聯網的質量。

ICN專注于“內容”，不再關心內容的具體位置。ICN的網內緩存可以有效降低流量冗余和源服務器負載。用戶、互聯網服務提供商(ISP)都可以從網內緩存中獲得巨大的收益。此外，網絡內緩存還可以與邊緣云計算、霧計算、車載自組織網絡、物聯網、第五代(5G)移動蜂窩網絡等相結合，以實現靈活、高效和可擴展的網絡服務。因此，針對網內緩存的研究一直是ICN領域關注的熱點之一。

ICN架構中，通信主要依靠兩種包:興趣包和數據包。每個路由器節點包含三種類型的數據結構:待定興趣表(PIT)、轉發信息庫(FIB)和內容存儲(CS)。路由器節點收到感興趣的數據包后，會在CS中尋找匹配的數據包。如果查找失敗，它將在PIT中檢查相同的未決請求。否則，PIT記錄接收興趣包的接口，并通過在FIB中查找名稱來轉發興趣包。數據包通過PIT條目返回給消費者。同時，數據包將根據路徑上節點的存儲空間進行緩存。

在本發明提出之前，ICN緩存策略領域中，有LCE、LCD、ProCache、CL4M等等，用這些緩存策略的缺點有：

(1)沒有充分考慮內容流行度以及詳細研究緩存放置位置。

(2)沒有充分考慮緩存替換策略而使用的LRU緩存替換策略。

發明內容

本發明的目的就在于克服上述缺陷，研制基于TOPSIS熵權法的輕量級緩存策略以提高網絡中的整體緩存命中率、降低延遲、降低鏈路負載以及提高用戶體驗。

本發明的技術方案如下：

基于TOPSIS熵權法的輕量級緩存策略，其特征在于，包括如下步驟：

(1)對ICN網絡中路由器內原始的CS表的數據結構進行改造；

(2)在ICN網絡中的路由器內添加節點信息記錄表；

(3)對ICN中原始的興趣包和數據包的數據結構進行改造；

(4)使用TOPSIS熵權法計算出命中節點(非服務器節點)中流行內容的緩存位置；

(5)周期性的執行主動緩存替換策略算法；

(6)根據命中節點類型(服務器節點和非服務器節點)執行不同的緩存放置策略和基于內容價值的被動緩存替換策略算法。