分布式缓存系统中一种优化缓存部署的图算法

数据缓存技术可以有效地减少网络拥塞,减轻服务器负载,加快信息访问速度.通过部署一组地域分布的缓存节点相互协作处理用户请求,可以进一步提高系统性能.在分布式缓存系统中,一个值得关注的问题是优化缓存的放置,使访问开销最小化.首先建立了一个理论模型来分析缓存副本放置对系统访问开销的影响.基于这个模型,缓存放置问题可以形式化地描述成一个最优化问题,提出了一种图算法来解决该问题.图算法使用修改的Dijkstra算法在访问代价图中寻找一条最短路径,该路径对应一种最优的缓存部署.理论上证明了图算法的正确性,并使用仿真实验对其性能进行评估.实验结果表明,图算法的性能优于大部分现有的分布式缓存机制.     

分布式缓存系统中一种优化缓存部署的图算法

数据缓存技术可以有效地减少网络拥塞,减轻服务器负载,加快信息访问速度.通过部署一组地域分布的缓存节点相互协作处理用户请求,可以进一步提高系统性能.在分布式缓存系统中,一个值得关注的问题是优化缓存的放置,使访问开销最小化.首先建立了一个理论模型来分析缓存副本放置对系统访问开销的影响.基于这个模型,缓存放置问题可以形式化地描述成一个最优化问题,提出了一种图算法来解决该问题.图算法使用修改的Dijkstra算法在访问代价图中寻找一条最短路径,该路径对应一种最优的缓存部署.理论上证明了图算法的正确性,并使用仿真实验对其性能进行评估.实验结果表明,图算法的性能优于大部分现有的分布式缓存机制.     

内容中心网络中基于区域集中化控制的协作缓存路由机制*

针对在内容中心网络(Content Centric Networking, CCN)中如何合理放置与高效利用应答数据的问题,该文将集中化控制的思想引入到内容缓存与查找中,提出一种协作缓存路由机制。缓存决策时,通过兴趣包和数据包携带标签的方式,确定沿途最大缓存收益区域;在最大缓存收益区域内,结合内容全局活跃度和节点可用缓存空间,选择内容最佳放置位置。路由查找时,将区域内容放置与路由转发相结合,增大缓存资源可用性。仿真结果表明,与经典算法相比,该机制以少量额外的开销提高了缓存命中率和跳数减少率,改善了缓存负载分布均衡性,提升了CCN网络缓存和传输效率。     

移动P2P网络中协同缓存的研究

在移动园区网环境中部署了P2P系统并提出了一种协同缓存策略。接入控制策略利用"阈值"和节点的位置关系选择缓存的数据。缓存替换策略利用价值函数"Cost"选择要替换掉的数据,该函数考虑了数据的被访问频率、大小及区域之间的距离这三个因素。数据一致性策略结合了Plain-Push和Pull-Every-time方案的优点并做了改进。通过两组模拟实验验证了这种协同缓存策略在降低时延、减少网络通信开销、提高缓存命中率方面具有较好的性能。     

基于缓存价值的命名数据网络缓存优化策略

为了解决当前命名数据网络（Named Data Network）中的传统缓存决定策略如LCE (Leave Copy Everywhere)、LCD (Leave Copy Down)、Prob (Copy with Probability)中存在的由于路由器缓存利用不合理导致的路由器缓存命中率过低,及满足用户请求所需跳数过多导致的时延过大等问题,提出一种基于缓存价值的缓存策略。该策略结合兴趣包路由跳数与所请求数据包大小,以及兴趣包所经过路由节点缓存情况,计算数据包缓存价值,由此将数据包缓存在合适的节点,以提高缓存命中率。在此基础上考虑下游节点的过滤效应,提出相对于传统缓存替换策略LRU、LFU的基于动态缓存价值的缓存替换策略,以进一步提高缓存命中率。经过大量仿真对比实验,验证了本文提出算法的有效性及可用性。     

无线网络环境下的缓存策略研究

日益普及的无线网络和移动设备为普适的Internet接入提供了良好的硬件基础,缓存技术是普适Internet场景中人们进行信息共享和分发的关键技术之一.综述了两类无线网络环境,即基于基础设施无线网络环境和移动自组网中的缓存策略,具体包括缓存放置策略、缓存替换策略、缓存一致性维护算法.进而分析、讨论了上述策略的优缺点,并指出了缓存策略的发展趋势.     

代理缓存替换一致性算法的研究

代理缓存技术能很好的解决Internet发展中出现的访问延迟过长、服务器过载等一系列的问题.针对代理缓存的一致性策略和替换策略还没有很好地结合起来的技术现状,设计并实现了一种新的优化代理缓存的替换一致性算法-RCA算法.这种算法包括一致性策略和替换策略两部分,一致性策略采用自适应TTL机制,替换策略是结合了LFU和LRU,并引入老化机制的LFRU算法.通过Trace-Driven模拟实验,结果表明RCA算法在文档命中率和文档字节命中率比上均优于传统的几个替换算法.     

基于动态流行度与请求代价的命名数据网络缓存策略

为实现高效的命名数据网络(NDN)缓存替换,设计动态流行度与请求代价相结合的缓存替换策略。使每个节点单独计算缓存内容的动态流行度与请求代价的加权(DPC)值,并基于该值进行缓存内容的替换,保留高流行度与高请求代价的内容。在此基础上,根据内容的DPC值对其分类,执行区分化的缓存决策算法,合理选择节点放置缓存。实验结果表明,相对于典型NDN缓存策略,该策略能有效提高缓存命中率,降低平均跳数。     

一种新的基于连续哈希函数的合作式Web缓存系统

提出了一种新的基于连续哈希函数的合作式缓存系统。针对传统合作式缓存系统中多级转发造成的高时延和多重哈希计算问题，设计了一种高效的Web对象定位和路由模式，保证任意Web请求只需计算一次哈希且至多经过一次转发就可到达目标节点。采用失效-触发的策略来解决路由表一致性维护的问题，减少了网络开销，提高了系统的可扩展性和可靠性。仿真实验表明，该系统性能优于基于互联网缓存协议和缓存阵列路由协议的系统。     

节点缓存感知的DTN概率路由算法

针对DTN网络中节点缓存资源有限的问题,为提高网络中节点缓存利用率,提出考虑节点缓存剩余率的概率路由算法。根据网络中节点缓存剩余率划分节点状态,针对不同状态节点采取相对应的消息转发机制,在此基础上调整消息丢弃策略和冗余副本删除策略。仿真结果表明,与PROPHET、Epidemic等路由算法相比,该算法能够有效提高网络通信性能,实现消息递交率和网络开销等关键指标的优化,将平均时延控制在可接受的范围内。     

An Effective Cache Replacement Algorithm in Transcoding-Enabled Proxies

In this paper, we address the problem of cache replacement for transcoding proxy caching. Transcoding proxy is a proxy that has the functionality of transcoding a multimedia object into an appropriate format or resolution for each client. We first propose an effective cache replacement algorithm for transcoding proxy. In general, when a new object is to be cached, cache replacement algorithms evict some of the cached objects with the least profit to accommodate the new object. Our algorithm takes into account of the inter-relationships among different versions of the same multimedia object, and selects the versions to replace according to their aggregate profit which usually differs from simple summation of their individual profits as assumed in the existing algorithms. It also considers cache consistency, which is not considered in the existing algorithms. We then present a complexity analysis to show the efficiency of our algorithm. Finally, we give extensive simulation results to compare the performance of our algorithm with some existing algorithms. The results show that our algorithm outperforms others in terms of various performance metrics.     

Coordinated multimedia object replacement in transcoding proxies

Finding replacement candidates for accommodating a new object is an important research issue in web caching. Due to the new emerging factors in the transcoding proxy and the aggregate effect of caching multiple versions of the same multimedia object, this problem becomes more important and complex as audio and video applications have proliferated over the Internet, especially in the environment of mobile computing systems. This paper addresses coordinated cache replacement in transcoding proxies. First, we propose an original model which determines cache replacement candidates on all candidate nodes in a coordinated fashion with the objective of minimizing the total cost loss for linear topology. We formulate this problem as an optimization problem and present a low-cost optimal solution for deciding cache replacement candidates. Second, we extend this problem to solve the same problem for tree networks. Finally, we conduct extensive simulations to evaluate the performance of our solutions by comparing with existing models.     

基于低能耗与高缓存命中并存的缓存替换算法

近年来无线传感器被广泛地利用在各个领域,与之相关的优化节能研究也层出不穷.作为信息共享、分发关键技术的缓存技术节能研究成为了研究热点之一.从缓存替换算法的角度对缓存技术节能进行研究,先对已有的缓存替换算法进行比较分析,在继承二分法思想以及无线传感器网络中缓存替换策略的研究思想的基础上,整合基于低能耗和高缓存命中的两种替换算法,构建出兼顾低能耗和高缓存命中双目标的缓存替换算法.最后通过仿真验证该算法在平均延迟时间、能量消耗以及缓存命中三个方面均有不同程度的提升.     

基于MANET的组间协作缓冲算法

对MANET环境下的缓冲技术进行了研究,提出了一种组间协作缓冲算法。该算法充分考虑了数据的访问频率,数据缓冲节点到数据源节点的距离、数据的大小和数据的一致性。从缓冲数据的使用角度出发,实现了组间的协作缓冲,使缓冲的数据更合理化,提高了缓冲的命中率。实验证明,提出的算法能显著地减少查询执行的能量消耗,改善查询的平均响应时间。     

多缓存容量场景下的D2D内容缓存布设优化方案

在终端直传（D2D）缓存网络中,用户有限且各异的缓存能力是制约缓存效率的一个关键参数,然而现有文献大多考虑不同用户具有相同的缓存能力,针对这一不足有必要进行用户具有不同缓存容量下的D2D内容缓存布设方案优化。首先,鉴于用户终端的移动性和随机分布特性,利用随机几何理论将网络中不同缓存容量的用户节点建模为相互独立的齐次泊松点过程;其次,考虑本地卸载和邻近D2D链路卸载两种内容卸载方式,推导得到网络缓存命中率;最后,将最大化缓存命中率作为优化目标函数,提出了基于坐标梯度的联合缓存布设（JCP）算法,从而得到多用户多缓存容量场景下的内容缓存布设方案。仿真结果表明,与现有的缓存布设方案相比,由JCP得到的缓存布设方案可以有效提高缓存命中率。     

IP路由缓存技术研究

针对目前用于IP路由查找的地址缓存技术和前缀缓存技术的局限性,分析了骨干网路由表前缀重叠特征,提出了一种基于阈值的IP路由缓存方法,该方法结合了地址缓存和前缀缓存技术,无需进行前缀扩展,克服了地址缓存技术缓存空间要求过大、前缀缓存技术无法缓存内部前缀节点的问题,在缓存空间、缓存命中率、缓存公平性以及路由增量更新方面具有优势;仿真实验表明对于路由条目超过260000的路由表,缓存空间大小为30000,选择阈值K=4时97%以上的节点可实现1:1缓存,其余节点采用地址缓存,缓存失效率小于0.02,可以用小的缓存空间实现高速线速转发.     

On exploring aggregate effect for efficient cache replacement in transcoding proxies

Recent technology advances in mobile networking have ushered in a new era of personal communication. Users can ubiquitously access the Internet via many emerging mobile appliances, such as portable notebooks, personal digital assistants (PDAs), and WAP-enabled cellular phones. While the transcoding proxy is attracting an increasing amount of attention in this environment, it is noted that new caching strategies are required for these transcoding proxies. We propose an efficient cache replacement algorithm for transcoding proxies. Specifically, we formulate a generalized profit function to evaluate the profit from caching each version of an object. This generalized profit function explicitly considers several new emerging factors in the transcoding proxy and the aggregate effect of caching multiple versions of the same object. It is noted that the aggregate effect is not simply the sum of the costs of caching individual versions of an object, but rather, depends on the transcoding relationship among these versions. The notion of a weighted transcoding graph is devised to evaluate the corresponding aggregate effect efficiently. Utilizing the generalized profit function and the weighted transcoding graph, we propose, in this paper, an innovative cache replacement algorithm for transcoding proxies. In addition, an effective data structure is designed to facilitate the management of the multiple versions of different objects cached in the transcoding proxy. Using an event-driven simulation, it is shown that the algorithm proposed consistently outperforms companion schemes in terms of the delay saving ratios and cache hit ratios.     

基于QoE的无人机网络部署和缓存策略优化方法

为了最大限度提升用户的体验质量,设计了一个使用支持缓存的无人机进行辅助通信的蜂窝网络模型。该模型使用无人机通信和边缘缓存相结合的方式来进行流量卸载,通过联合优化无人机部署,缓存放置和用户关联以实现用户QoE的最大化,并使用平均意见得分来对其进行评估。基于问题定义,提出了一个无人机部署、缓存放置和用户关联的联合优化算法,以最大化MOS。该联合算法使用K-means聚类算法为用户创建基于用户位置的无人机部署集群,使用基于罚函数的凸优化算法以获得缓存放置策略,使用贪心算法以获得对用户的关联策略。多次仿真实验验证了所提出算法的有效性和可行性。实验结果表明,与三种基准算法相比,所提出的联合优化算法在MOS、回程流量卸载率和内容访问时延三方面均具有更好的性能。     

面向费用优化的云存储缓存策略

为提高云存储的访问速率并降低费用,提出了一种面向费用优化的云存储缓存策略。利用几乎免费的局域网环境下的多台桌面计算机,在本地建立一个分布式文件系统,并将其作为远端云存储的缓存。进行文件读取时,首先查找其是否在缓存中,若存在则直接从缓存读取;若不存在则从远端云存储读取。采用了最近最少使用(LRU)算法进行缓存替换,将冷门数据从缓存中替换掉。以亚马逊简单存储服务(S3)作为远端的云存储服务,对原型系统进行了简单的性能测试。测试结果表明,使用了所提出的缓存策略后,在降低费用的同时能够显著提高文件读取的速度。     

A weighted segment-based caching algorithm for video streaming objects over heterogeneous networking environments

Traditional caching technology is not applicable to cache video streaming objects over heterogeneous networking environments. The popularity of mobile devices in the heterogeneous networking environments make the access of Internet content become a common phenomenon. To support different mobile devices in the heterogeneity networking environments, a transcoding proxy is used to transcode different versions of the streaming videos according to clients’ requests. In this paper, we propose a weighted caching replace strategy for video streaming objects over heterogeneous networking environments. A new caching algorithm with static weight transcoding graph and dynamic caching relation tree is introduced. The proposed algorithm is compared with LRU, LFU, CP and PF cache algorithms in three parts: hit ratio, byte hit ratio, and average transmission delay. Experimental results show that the proposed algorithm outperforms than traditional LRU, LFU, CP and PF cache algorithms.