一種基于社團的ICN二步緩存方法技術

本發明專利技術涉及一種基于社團的ICN二步緩存方法，其特征在于包括以下步驟：一、SDN控制器基于信息描述長度壓縮技術識別ICN網絡中的社團結構，對ICN網絡進行社團劃分；二、計算出各節點的節點社團重要度；三、SDN控制器基于openflow協議收集各社團中的節點的狀態信息；四、計算各社團的節點的一步緩存優先級；五、用戶發起興趣請求，向網絡請求感興趣的數據內容；六、ICN交換機負責路由及搜索用戶的興趣包數據；七、SDN控制器計算新的緩存信息，制定二步緩存策略并向ICN交換機下發二步緩存策略；八、各節點根據SDN控制器下發的規則，執行二步緩存策略。本發明專利技術為ICN緩存機制的進一步優化提供一種有效的途徑。

A community based ICN two step caching method

The invention relates to a method of two step cache associations based on ICN, which comprises the following steps: first, SDN controller information describing community structure identification in ICN network length compression based on community division of the ICN network; two, calculate each node of the cluster node service importance; three, based on SDN controller state information collection nodes of the openflow protocol in the community; step four, each computing node cache priority associations; five, user interest request, request the data content of interest to the network; six, ICN switch is responsible for routing and search the user interest packet data; seven, the SDN controller calculates the new cache information the two step, making two step strategy and cache cache strategy to ICN switch; eight, each node based on SDN controller under the rules, implement the two step caching strategy. The invention provides an effective way for further optimizing the ICN caching mechanism.

【技術實現步驟摘要】
一種基于社團的ICN二步緩存方法
本專利技術涉及一種基于社團的ICN二步緩存方法。
技術介紹
當下互聯網產業迅猛發展，新型網絡應用層出不窮，對網絡傳輸效率的要求越來越高。然而，以TCP/IP協議棧為主的現有互聯網架構不斷暴露出一系列缺陷，包括結構固化、擴展性較差、移動性支持受限、安全性先天不足等問題，無法適應當前互聯網發展的需求。為了徹底地解決以上問題，學術界提出了軟件定義網絡(SDN)和以信息為中心的網絡(ICN)。為了進一步優化網絡，降低用戶請求內容的響應時延，ICN引入緩存機制，將內容緩存在更靠近用戶的地方，從而降低用戶的訪問時延，減少網絡帶寬的消耗和服務器的負載。但是，當前已提出的眾多緩存機制中，依然存在“緩存無效”、“緩存同質化”等問題需要解決。緩存放置策略用于確定內容的緩存位置，可分為沿途緩存與旁路緩存兩類機制。沿途緩存是指內容對象被緩存在它所在沿路返回途中所經過的節點上的緩存機制，包括處處緩存、選擇性緩存等。沿途緩存的不足之處是，容易造成緩存冗余，較容易造成無效緩存，浪費資源。旁路緩存機制通過事先收集網絡狀態信息，再計算緩存放置的全局最優化方案。例如葛國棟等提出基于最大內容活躍因子的路徑緩存策略，首先根據內容活躍因子在轉發路徑上找到最大熱點請求區域，然后采用一致性Hash協同緩存選擇區域內的緩存節點。劉外喜等利用鏈路的空閑帶寬將內容緩存到相鄰節點，并根據轉發端口數的比例、下游節點的鏈路利用率和內容的生命周期等調整內容對象在節點上的緩存概率。與現有工作不同，本文按社團區域緩存內容對象，在全網范圍內合理分散緩存對象，將內容對象按其流行度緩存在各社團內具有不同重要度的節點上，一方面可以實現負載均衡，另一方面可以提高各社團內各節點緩存內容的多樣化。
技術實現思路
本專利技術針對現有技術的不足，提供一種基于社團的ICN二步緩存方法。該方法ICN中引入SDN的思想和復雜網絡的社團理論，提出基于社團特性的ICN緩存策略，通過社團分析，識別出ICN中的社團邊界，再通過“二步緩存”機制將內容對象合理地緩存在每個社團中的合適節點上，為ICN緩存機制的進一步優化提供一種有效的途徑。為了達到上述目的，本專利技術一種基于社團的ICN二步緩存方法，主要包括以下步驟：第一步、SDN控制器基于信息描述長度壓縮技術識別ICN網絡中的社團結構，對ICN網絡進行社團劃分；第二步、計算出各節點的節點社團重要度；第三步、SDN控制器基于openflow協議收集各社團中的節點的狀態信息；第四步、計算各社團的節點的一步緩存優先級；第五步、用戶發起興趣請求，向網絡請求感興趣的數據內容；第六步、ICN交換機負責路由及搜索用戶的興趣包數據；第七步、SDN控制器根據重新計算的流行度來計算新的緩存信息，制定二步緩存策略，并向ICN交換機下發二步緩存策略；第八步、各節點根據SDN控制器下發的規則，執行二步緩存策略。優選地，所述第三步中的狀態信息包括有剩余存儲空間，存儲容量、節點社團重要度和內容流行度等。優選地，所述第六步中，當內容對象初次被網絡中的節點請求時，SDN控制器下發流表，將內容對象引流到各社團一步緩存優先級最高的節點中，并由指定節點緩存該內容。作為上述方案的進一步改進，所述內容對象被引流到各社團一步緩存的過程中會被判斷一步緩存是否超時，如果未超時則繼續等待超時。作為上述方案的進一步改進，所述內容對象被引流到各社團一步緩存的過程中，當暫存時間達到給定周期T時，SDN控制器重新計算各暫存內容的全局流行度和局部流行度，并據此計算各內容對象的二步緩存位置，以實現緩存內容空間分布的合理化。在第一步中采用基于信息描述長度壓縮技術解決ICN網絡的社團劃分問題。以路由器/交換機為節點，以它們之間的物理連接為邊構建復雜網絡，以網絡模塊度公式(1)為目標函數，優化算法將網絡劃分為不同的社團：其中Nc表示網絡中社團的數目，M表示網絡中連接的總數，mc表示社團c內節點之間的連接數，dc表示社團c內所有節點度數之和。所述第二步中，節點社團重要度是指節點在其所在社團中的重要度。其定義如下：其中，c為網絡中的社團數目，vi表示以網絡中的路由器為節點，路由器之間的物理鏈路為邊構建的鄰接矩陣的第i個特征向量，vik表示特征向量vi中的第k個元素。所述第四步中，在內容對象產生的最初階段，其流行度(包括全局流行度和局部流行度)較難計算，且不準確。為此，本專利技術專利提出二步緩存機制來解決流行度計算不準確衍生的問題。首先，根據社團中節點的狀態信息(如緩存容量、利用率及節點社團重要度等)計算一步緩存內容對象的優先級，當內容對象生產并被網絡中的節點請求時，該內容對象暫時緩存在社團中一步緩存優先級最高的節點中；其次，當內容對象暫存在社團中達到某一給定的時間周期T時，SDN控制器根據全網以及各社團節點對該內容對象的請求情況計算全局流行度和局部流行度，并據此重新計算對內容對象的二步緩存位置。增加二步緩存可以讓一步緩存中的內容對象在緩存位置以及時間上的分布更趨于合理化。節點k的一次緩存優先級Sk定義為：在全局流行度方面，在一定時間周期內，統計內容c被用戶請求的次數，用Popu(c)表示在當前統計周期內的對于內容c的訪問頻率，用R(c)表示本周期內對內容c的訪問次數，則內容c的流行度計算如下：在局部流行度方面，針對ICN內容的局部流行度較難確定的問題，本專利技術將內容的局部流行度定義在社團結構內部，提出一種基于社團的ICN局部內容流行度確定方法。局部流行度更能體現社團內的用戶興趣，根據局部流行度替換緩存內容，更有利于社團內部節點緩存內容在時空分布上趨于合理。在一定時間周期內，統計內容c在一個社團i內被用戶請求的次數，用Popui(c)表示在當前統計周期內的對于內容c的訪問頻率，用Ri(c)表示本周期內對內容c的訪問次數，則內容c的流行度計算如下：本專利技術提出一種SDN(軟件定義網絡)環境下基于網絡社團特性的ICN(信息中心網絡)二步緩存機制。ICN通過在數據傳輸過程中將內容對象緩存在網絡的節點中，達到降低其他用戶請求該數據的傳輸時延，然而現有的緩存節點選擇機制存在同質化和無效緩存等不足之處。為緩解上述問題，更好地發揮ICN緩存機制的優勢，本專利技術專利通過分析ICN網絡的社團結構，根據ICN的社團特性選擇合理的節點緩存內容對象，不但提高網絡中緩存內容的多樣化，而且還降低無效緩存的概率，具體包括：一是基于信息描述長度的壓縮技術分析ICN的社團結構特性，并分析社團內的節點對于社團的重要程度；二是通過“二步緩存”的機制，基于內容對象的全局流行度和局部流行度將內容對象合理地緩存在每個社團中最佳的節點上。本專利技術為ICN緩存機制的進一步優化提供一種有效的途徑。附圖說明圖1為本專利技術基于社團的ICN二步緩存方法實施的流程示意圖。具體實施方式以下結合附圖和具體實施例對本專利技術進行詳細描述，但不作為對本專利技術的限定。參照圖1，本專利技術實施例一種基于社團的ICN二步緩存方法，主要包括以下步驟：第一步、SDN控制器基于信息描述長度壓縮技術識別ICN網絡中的社團結構，對ICN網絡進行社團劃分；第二步、計算出各節點的節點社團重要度；第三步、SDN控制器基于openflow協議收集各社團中的節點的狀態信息，該狀態信息包括有剩余存儲空間，存本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于社團的ICN二步緩存方法，其特征在于，主要包括以下步驟：第一步、SDN控制器基于信息描述長度壓縮技術識別ICN網絡中的社團結構，對ICN網絡進行社團劃分；第二步、計算出各節點的節點社團重要度；第三步、SDN控制器基于openflow協議收集各社團中的節點的狀態信息；第四步、計算各社團的節點的一步緩存優先級；第五步、用戶發起興趣請求，向網絡請求感興趣的數據內容；第六步、ICN交換機負責路由及搜索用戶的興趣包數據；第七步、SDN控制器計算新的緩存信息，制定二步緩存策略，并向ICN交換機下發二步緩存策略；第八步、各節點根據SDN控制器下發的規則，執行二步緩存策略。

【技術特征摘要】
1.一種基于社團的ICN二步緩存方法，其特征在于，主要包括以下步驟：第一步、SDN控制器基于信息描述長度壓縮技術識別ICN網絡中的社團結構，對ICN網絡進行社團劃分；第二步、計算出各節點的節點社團重要度；第三步、SDN控制器基于openflow協議收集各社團中的節點的狀態信息；第四步、計算各社團的節點的一步緩存優先級；第五步、用戶發起興趣請求，向網絡請求感興趣的數據內容；第六步、ICN交換機負責路由及搜索用戶的興趣包數據；第七步、SDN控制器計算新的緩存信息，制定二步緩存策略，并向ICN交換機下發二步緩存策略；第八步、各節點根據SDN控制器下發的規則，執行二步緩存策略。2.根據權利要求1所述的一種基于社團的ICN二步緩存方法，其特征在于，所述第三步中的狀態信息包括有剩余存儲空間...

【專利技術屬性】
技術研發人員：羅建楨，蔡君，戴青云，雷方元，
申請(專利權)人：廣東技術師范學院，
類型：發明
國別省市：廣東,44