對內(nèi)容中心網(wǎng)絡(luò)中緩存的研究及現(xiàn)狀分析的論文
1引言
隨著互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的爆炸式的發(fā)展，寬帶化、個(gè)性化、內(nèi)容海量化已經(jīng)成為了互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的主旋律，這也對現(xiàn)有TCP/IP網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)提出了新的要求。目前互聯(lián)網(wǎng)中廣泛采用仍然是點(diǎn)對點(diǎn)的通信，需要指定源主機(jī)的IP地址、目標(biāo)主機(jī)的IP地址，建立主機(jī)之間的通話。這種方式雖然簡單，但不能適應(yīng)不斷增長的信息訪問要求。CCN網(wǎng)絡(luò)以內(nèi)容為中心，摒棄了傳統(tǒng)TCP/IP網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，通過中間路由節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)緩存，解決了海量信息請求的問題。
以內(nèi)容為中心就是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的需求是內(nèi)容，而不是主機(jī)，即CCN不再關(guān)心內(nèi)容存儲在哪里，而僅關(guān)心內(nèi)容本身。傳輸模式由傳統(tǒng)的“推”改為“拉”，轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制由傳統(tǒng)的存儲轉(zhuǎn)發(fā)演進(jìn)為緩存轉(zhuǎn)發(fā)，使得CCN網(wǎng)絡(luò)能夠有效地支持內(nèi)容業(yè)務(wù)。因此，緩存節(jié)點(diǎn)的選取以及如何有效地緩存成為了CCN網(wǎng)絡(luò)中研究的熱點(diǎn)。
2CCN系統(tǒng)模型
CCN網(wǎng)絡(luò)的主要特點(diǎn)是以內(nèi)容為中心的請求應(yīng)答機(jī)制和網(wǎng)內(nèi)緩存技術(shù)。網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都具備了緩存功能，當(dāng)數(shù)據(jù)包沿請求路徑返回時(shí)，節(jié)點(diǎn)有選擇的進(jìn)行數(shù)據(jù)包的緩存。當(dāng)有相同的用戶請求到達(dá)該節(jié)點(diǎn)時(shí)，節(jié)點(diǎn)可以直接返回該數(shù)據(jù)，有效地提高了網(wǎng)絡(luò)資源的利用，避免了不必要的請求轉(zhuǎn)發(fā)。
如圖1所示CCN節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)模型，當(dāng)興趣包到達(dá)節(jié)點(diǎn)時(shí)，首先查看節(jié)點(diǎn)的CS中是否存在匹配的內(nèi)容，若匹配，直接將數(shù)據(jù)包返回;反之，查詢PIT中是否存在該興趣包的請求記錄，若存在，則將本次請求端口添加到PIT匹配條目中。如不存在，查詢FIB表格，若FIB中存3CCN緩存研究CCN作為一個(gè)新的網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)，它的緩存也有別于現(xiàn)有的TCP/IP架構(gòu)。在現(xiàn)有的緩存研究中，P2P(PeertoPeer)、等技術(shù)已經(jīng)非常的完善，并且得到了商用，但是這些都位于應(yīng)用層，存在大量冗余數(shù)據(jù)傳輸，網(wǎng)絡(luò)資源利用率不高。CCN是一個(gè)線性存儲的網(wǎng)絡(luò)，其所呈現(xiàn)出來的緩存透明化、泛在化和細(xì)粒度化等新的發(fā)展趨式，致使傳統(tǒng)的理論、模型和方法均無法直接無縫的移植到CCN緩存系統(tǒng)中。因此，針對CCN網(wǎng)絡(luò)的特性，許多國家都開展了CCN網(wǎng)絡(luò)緩存的研究，并提出了創(chuàng)造性的研究成果，以下分別從CCN網(wǎng)絡(luò)緩存決定策略和緩存替換策略兩個(gè)方面對現(xiàn)有緩存工作進(jìn)行介紹。
3.1緩存決定策略
緩存決定策略主要是為了解決當(dāng)某一數(shù)據(jù)到達(dá)緩存節(jié)點(diǎn)時(shí)，是否緩存該數(shù)據(jù)和如何緩存的問題。在傳統(tǒng)的Web緩存和CDN緩存中，某些時(shí)候可以通過先驗(yàn)的拓?fù)浜土髁恐R以及線下的計(jì)算實(shí)現(xiàn)緩存對象的預(yù)先放置，而在CCN中，緩存節(jié)點(diǎn)不再是固定的，緩存的流量類型也是多樣化的。因此，需要研究CCN的.緩存決定策略。
目前CCN網(wǎng)絡(luò)中緩存決定策略的研究主要分為兩個(gè)方面，非協(xié)作式緩存和協(xié)作式緩存。CCN默認(rèn)緩存決定策略是一種非協(xié)作式的全緩存策略LCE，即網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)對收到的任何數(shù)據(jù)包均進(jìn)行緩存，是一種“無效緩存”。
介紹了兩種常用的顯示協(xié)同的緩存策略，LCD和MCD策略，是對LCE的改進(jìn)，降低緩存冗余性。
提出的緩存策略都屬于隱式協(xié)同的策略，考慮內(nèi)容的流行度，進(jìn)行概率性的緩存。該類型的策略能夠很好地提高用戶請求的命中率，同時(shí)減小了內(nèi)容替換的頻率。但現(xiàn)有的流行度設(shè)計(jì)不符合CCN網(wǎng)絡(luò)的Chunk模型。
當(dāng)前對CCN網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容緩存方面雖然也取得了一些進(jìn)步，有的也給出了數(shù)學(xué)模型，但總體上還處于一種理論研究的初級階段，要想實(shí)際應(yīng)用還有許多問題有待解決。
3.2緩存替換策略
緩存替換策略主要是解決緩存空間已滿時(shí)，應(yīng)該刪除緩存中的哪些內(nèi)容以騰出存儲空間。在傳統(tǒng)的緩存替換算法中，絕大多數(shù)算法是利用訪問頻率或者訪問時(shí)間為標(biāo)準(zhǔn)來制定的。在信息中心網(wǎng)絡(luò)中，要求緩存工作在線速條件下，因此緩存替換算法應(yīng)該盡可能的高效。
現(xiàn)有CCN文獻(xiàn)中最常見的置換策略是最近最少使用策略LRU，在該策略中，最近最少使用的數(shù)據(jù)塊將被率先置換。
文獻(xiàn)[8]中提出了_種最近最少訪問頻率策略LRFU。該算法為緩存空間中的每一個(gè)內(nèi)容緩存項(xiàng)中維護(hù)_個(gè)權(quán)值，用來表示該內(nèi)容是否被替換。但由于該參數(shù)值固定，無法動(dòng)態(tài)適應(yīng)訪問模式的變化，因而會(huì)造成緩存系統(tǒng)性能下降。
文獻(xiàn)[9]提出_種基于流行度偏好的置換策略：每次隨機(jī)選擇兩個(gè)數(shù)據(jù)塊，將其中具有更高流行度的數(shù)據(jù)塊置換掉，通過這種設(shè)計(jì)試圖使流行度低的數(shù)據(jù)塊更長時(shí)間停留在緩存內(nèi)，保證CCN網(wǎng)絡(luò)中不同流行度的內(nèi)容能夠分布均勻，但該策略存在流行度低的數(shù)據(jù)塊可能長期無法被置換的問題，不能達(dá)到良好效果。
3.3存在問題
現(xiàn)有的CCN網(wǎng)絡(luò)緩存研究還處于初級階段，各種問題解決方案不夠完善，缺乏CCN網(wǎng)絡(luò)總體考慮。不同的應(yīng)用面向的內(nèi)容對象具有高度異質(zhì)性，典型的如Web對象、用戶產(chǎn)生內(nèi)容(UGC)、VoD對象和文件共享對象。這些對象在空間的規(guī)模、對象大小、對象流行度方面有著很大的差異。同時(shí)，現(xiàn)有的文獻(xiàn)研究中大多以流行度作為其內(nèi)容價(jià)值的衡量標(biāo)準(zhǔn)，這是不完善的，不同類別內(nèi)容的價(jià)值不能夠完全以流行度的高低顯示出來，例如政治、經(jīng)濟(jì)方面的內(nèi)容，流行度不_定很高，但內(nèi)容的價(jià)值卻很大。因此，流行度分析模型有待進(jìn)一步的完善。
4結(jié)束語
目前，現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)已難以滿足人們?nèi)找嬖鲩L的各種內(nèi)容需求，內(nèi)容逐漸成為網(wǎng)絡(luò)的主體。作為未來網(wǎng)絡(luò)研究的重要技術(shù)，內(nèi)容中心網(wǎng)絡(luò)擺脫了傳統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)對信息的束縛，使內(nèi)容成為體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中心，通過網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容路由器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行內(nèi)容的緩存，解決了海量信息高效傳輸?shù)膯栴}。本文綜述分析了CCN網(wǎng)絡(luò)中內(nèi)容緩存的問題，首先對現(xiàn)有文獻(xiàn)中提出的各種緩存策略進(jìn)行了分析，提出各自存在的問題。
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