一种基于协同缓存的内容中心网络能耗优化策略

当前大多内容中心网络(Content-Centric Network,CCN)缓存决策策略研究都没有综合考虑请求热点、网络能耗、内容流行度和节点协同等相关要素。因此提出一种基于内容流行度的协同缓存策略来优化内容中心网络的能耗。该策略将CCN的一个自治区域网络中的所有内容路由器节点当作一个协同缓存组,并把协同缓存组中每个节点的缓存容量分为两部分,一部分用于自身节点和其他节点协同缓存内容;另一部分用于自身节点独立缓存本地最流行的内容,以提高协同缓存组中内容副本种类的多样性,从而减少网络中内容的重复传输,实现网络能耗的优化。建立相关的能耗优化模型,采用一种改进的遗传算法求解出该协同缓存组能耗优化问题的最优解。实验结果表明,与相关文献中的缓存决策策略相比,所提策略可以有效地降低CCN的能耗,提高其可扩展性,进而指导CCN的演化和部署。     

信息中心网络中的内置缓存技术研究

互联网的应用方式正从以面向主机的点对点通信为主转向以海量内容获取为主.为适应这一转变,研究界提出了多种以信息/内容为中心的新型网络架构.这类网络架构中最重要的特征之一是利用网络内置缓存提高接收者驱动的内容获取的传输效率和网络资源的利用率.与传统的Web缓存、CDN缓存等相比,ICN缓存系统呈现了缓存透明化、泛在化和细粒度化等新特征,对缓存系统的建模、行为理解和优化方法都提出了新的挑战.在介绍了ICN缓存系统的新特征及带来的挑战后,首先从多方面着重阐述和比较了缓存网络的优化方法,之后对缓存网络系统的理论模型研究现状加以阐述,然后分析了仍待解决的关键问题和未来的研究方向.     

内容中心网络中一种改进型缓存机制

内容中心网络( CCN)作为一种主要的未来网络架构,以命名的内容作为网内的主要元素之一,在网络研究中受到广泛关注。针对已有的CCN缓存方案内容副本替换严重的问题,提出一种内容热门度与节点中介中心度约束的缓存机制PopBetw。在基于节点中心度的基础上,从内容本身的属性热门度出发,避免非热门内容的不必要缓存,降低每个节点的缓存负荷,提高网络缓存性能。仿真结果表明,通过评估缓存大小和内容热门度对缓存性能的影响,PopBetw缓存策略可取得比LCE,LCPro和EgoBetw方案更高的缓存命中率和更小的路径延展度,明显降低网内缓存替换数量,有效减少网内节点中介中心性较大节点群的缓存替换数,达到整体性能最优化。     

DCS:一种实现NDN内容缓存的新方法

随着互联网内容分发效能要求的不断提高,内容中心网络研究已成为近年互联网体系结构研究的热点.针对现有路由器扩展支持内容中心网络路由引擎时缓存资源有限以及缓存管理操作困难等问题,提出一种新的内容缓存扩展方案DCS.该方案旨在不改变现有路由器硬件的前提下,利用用户终端空闲内存空间,通过软件升级的方式来支持NDN路由器的缓存功能.详细描述了DCS数据存取的算法流程,还对用户可提供出来作为网络缓存资源的空闲内存空间进行了统计和分析.     

一种基于SDN的ICN高效缓存机制

内置缓存是信息中心网络(ICN)架构最核心的思想之一。为了充分、高效地利用全网缓存资源,提出了一种基于SDN的ICN高效缓存机制(SIC)。该方法利用SDN控制面感知全网状态,在SDN控制面中根据ICN缓存节点的网络社团重要度特性以及社团节点重要度特性来生成缓存策略,使不同流行度的内容对象在各社团之间和同一社团内节点上的分布更合理。在多种实验条件下对SIC策略进行了仿真验证,结果表明与Hash+LRU、Betw+LRU相比,该策略能更好地提升缓存命中率、跳数减少率、平均社团经过个数,同时SDN的资源开销保持在较低的水平。     

GCaching--一种网格协同缓存系统

协同缓存通过多个代理缓存服务器的协同工作,可以充分利用各服务器的缓存空间,提高缓存命中率．网格技术可以方便地共享和整合异构的服务器资源．结合网格和协同技术,提出了一种网格协同缓存系统Gcaching,它将地域上分布的多个代理缓存服务器组成缓存池,充分利用缓存资源,协同工作,为用户提供更好的服务能力．Gcaching系统设计并实现了一种缓存放置和替换算法GCPR,它使用周期缓存更新策略,根据用户访问模式自适应地调整缓存数据的分布．仿真实验表明,GCPR算法的缓存命中率和平均访问跳数都优于传统的LRU等算法．     

一种移动流媒体分层协同缓存系统

随着移动互联网的发展和用户数量的增加,网络中的音视频服务普遍采用动态缓存机制来减轻回程主干网的带宽压力和提高用户的观影体验。如何根据网络和用户需求,调整不同节点的缓存内容,以减少主干网的带宽压力,是当前缓存部署迫切需要解决的问题。基于子模函数理论,本文提出主动和被动资源分配调整方案及其算法。主动方案根据资源的流行度把视频文件部署到缓存节点上,以达到用户访问代价的最小化;被动方案根据音视频流行度的变化对节点上缓存的内容进行实时调整,以提高缓存资源的利用率和用户体验,降低主干网的带宽消耗。最小访问代价算法的复杂度与缓存空间容量大小相关,在缓存空间紧张时能快速迭代出资源的分配方案。数值仿真表明,主动和被动分配资源分配方案能有效降低远程服务器的带宽压力和提高用户体验。     

一种基于AAE的协同多播主动缓存方案

随着用户终端数量的激增和5G技术的发展,形成了宏基站和小基站并存的网络。同时超高清视频、云VR/AR等应用对时延提出了更高的要求。为了缩短5G网络中的时延,文中结合小基站协同、多播和用户行为可预测的特性,提出了一种基于对抗自动编码(Adversarial Autoencoders, AAE)的协同多播主动缓存方案(Collaborative Multicast Proactive Caching Scheme Based on Adversarial Autoencoders, CMPCAAE)。该方案首先根据用户的特征信息将用户划分成偏好不同的用户组,然后通过AAE预测每个用户组可能请求的内容。为了减少缓存内容的冗余,采用蚁群算法(Ant Colony, ACO)将预测的内容预先部署到各小基站以实现小基站间的协同。在内容分发阶段,若分组中用户请求的是流行度高的内容,则以多播的方式将该内容主动缓存到分组中其他未发送请求的用户,否则以正常的方式进行分发。仿真结果表明,CMPCAAE方案在系统的平均请求时延和丢失率方面均优于经典的缓存方案。     

基于内容中心性的概率缓存内容放置方法

为减少信息中心网络的缓存冗余,改善缓存命中率和利用率,提出了一种基于内容中心性的概率缓存内容放置方法(content-centrality-based probabilistic caching content placement method, CCPCP).与传统网络中仅用来刻画网络拓扑结构的中心性指标不同,采用的内容中心性指标,不仅能刻画缓存节点的位置中心属性,而且能刻画信息内容本身属性.该方法中,沿途各缓存节点综合考虑内容中心性和内容获取时延自适应地计算各自缓存概率,即内容所在节点位置越居于中心,内容热度越高,内容获取时延节省越优的内容被缓存的概率就越高.仿真实验表明:与现有基于概率缓存内容放置方法相比较,CCPCP方法缓存内容副本数目较少,减少率可达到32%以上,CCPCP方法显著地减少了缓存冗余,降低了内容获取时延,提高了缓存命中率和缓存内容利用率.     

命名数据网络中一种基于节点分类的数据存储策略

缓存是命名数据网络(named data networking, NDN)有别于传统网络最突出的特性之一,NDN中默认所有节点都具有缓存所有经过数据的功能.这种“处处缓存”策略导致网内大量冗余数据的产生,使网内缓存被严重浪费.针对上述问题,首次提出了一种基于节点分类(based on node classification, BNC)的数据存储策略.基于节点位置的不同,将数据返回客户端所经过的节点分为“边缘”类节点与“核心”类节点.当数据经过“核心”类节点时,通过权衡该类节点的位置与数据在不同节点的流行度分布,将数据存储在对其他节点最有利的节点中;当数据经过“边缘”类节点时,通过该数据流行度来选择最有利于客户端的位置.仿真结果表明,提出的策略将有效提高数据命中率,减少数据请求时延和距离.     

基于ICN网络架构的社区感知型MSN路由机制

移动社交网络(mobile social network,简称MSN)利用移动用户之间的社交关系,通过节点间的协作式转发实现消息交付.然而,随着大数据时代的到来,MSN需要满足移动用户日益增长的对内容(如视频)的需求.由于信息中心网络(information-centric networking,简称ICN)对移动性的支持,基于ICN架构,提出了一种MSN中基于社区划分的路由机制.在兴趣决策中,利用节点请求中的内容名字获取用户的兴趣偏好,进而计算用户间的兴趣差异度量;根据兴趣差异将节点划分为兴趣社区,依据这些兴趣社区进行兴趣包路由.在数据决策中,根据节点历史相遇信息计算用户间的相遇规律度量,根据相遇规律将节点划分为社交社区,依据这些社交社区进行数据包路由.同时,根据兴趣社区和社交社区信息优化节点的内容缓存,以快速满足未来的内容请求.进行了仿真实验,通过与现有机制在包交付率、平均延迟、平均跳数和网络开销方面的性能对比,表明所提出的机制是可行且有效的.     

ICN中的一种协作缓存机制

为了克服现有 Internet 架构存在的众所周知的缺点,未来网络的研究成为热点.ICN(information-centric networking)在众多新架构中正逐渐被公认为最有前途的方案.它把传输的内容缓存到沿途的节点.高效的缓存机制是它的一个重要研究方面.为此,提出了一种在分布式缓存机制中嵌入中心式缓存决策的机制(content-aware placement,discovery and replacement,简称APDR),它把内容的放置、发现、替换统一起来考虑,实现内容的有序缓存,提高网络的性能.APDR的主要思想是：Interest报文除了携带对内容的请求以外,还收集沿途各节点对该内容的潜在需求、空闲缓存等信息,使得Interest的汇聚点和目的地节点可以据此计算出一个缓存方案,并把该方案附加在Data报文上,通知返程途中的某些节点缓存该内容并设置指定的缓存时间.在多种实验条件下对APDR进行了仿真验证,结果表明,APDR 可以改善网络性能,包括缓存命中率、接入代价、替换数量、转发效率以及缓存鲁棒性等;而且APDR的额外开销也不大.     

命名数据网络中分组报文缓存优化方法

传统网络缓存系统中数据包级别的缓存难以实现,信息中心网络的出现使这个难题得以缓解,但数据包级别的缓存仍然面临严重的扩展性问题。通过分析当前限制数据包级别缓存实现的若干问题,提出了一种分组报文缓存优化方法。该方法通过根据分组前缀而非单个报文前缀建立索引来减少高速存储器的使用量,同时分组级别的流行度也用于优化缓存决策。定义了大量的评估指标,并通过广泛的实验来评估此方案的性能。实验结果表明,与之前的数据包级别的缓存方案相比,该方法可以大大减少高速存储器使用量,并且在服务器负载减少率、平均跳数减少率和平均缓存命中率方面取得显着改善。     

内容中心移动边缘网络用户移动感知缓存机制

为了提高内容中心移动边缘网络的缓存性能,提出了一种基于用户移动性感知和节点中心性度量的内容中心移动边缘网络缓存机制（user mobility-aware and node centrality based caching,简称UMANCC）.UMANCC机制利用边缘节点计算节点中心性、缓存空闲率以及小区内用户逗留时间.移动边缘网络控制器综合各边缘节点的信息,计算各边缘节点的重要性并进行排序,最后根据排序结果选择内容缓存节点.仿真实验结果表明：与传统缓存机制LCE及Prob相比,UMANCC有效减少用户获取内容的平均跳数高达15.9%,提高边缘节点缓存命中率至少13.7%,减少进入核心网流量高达32.1%,有效地提高了内容中心移动边缘网络的内容分发性能.     

一种基于节点中心性近似算法的ICN协作缓存策略

为了降低信息中心网络(Information Centric Networking, ICN)缓存冗余度和平均接入代价,提出一种基于节点中心性度量近似算法的协作缓存策略Centrality Metric Approximation Algorithm (CMAA)。考虑到精确计算最短路径的工作量对缓存性能的影响,CMAA策略利用最短路径近似估计值以提高节点中心性的计算效率,将节点中心性近似度量加权融合值、节点热度和缓存利用率三者作为缓存影响因子,计算得出兴趣包转发路径各节点的缓存优先级。在多种实验条件下对CMAA进行仿真实验,结果表明与LCE (Leave Copy Everywhere)和CLFM (Cache “Less for More”)相比,CMAA在平均缓存请求时延变化不大的情况下,可有效地提高缓存命中率,降低平均接入代价,从而改善缓存系统性能。     

软件定义网络中协同存储数据面快速转发

针对利用具备存储能力的网内节点进行协同存储需依据周边缓存状态快速转发数据包的问题,提出了一种数据面快速转发方法。该方法采用在交换机内对每一端口维护两个布隆过滤器（BF）的方式,实现在数据面对于周边缓存状态的维护;同时扩展了协议无感知转发指令,该指令直接查询BF,依据所查询结果,采用优化的转发流程转发数据包,实现依据周边缓存状态的快速转发。实验结果表明:依据控制器所维护状态进行转发在输入速率为80 Kb/s即达到性能瓶颈,而所提方法可在111 Mb/s时线速转发数据包,且转发效率略优于协议无感知转发原本的直接转发指令;所采用的BF维护的方式内存开销最多仅为流表项维护周边缓存状态方式内存开销的20%。在具备存储能力的软件定义网络（SDN）中,采用所提方法可在数据面维护周边缓存状态,提升协同存储依据周边缓存状态转发数据包的效率。     

基于Apache的动态Web内容缓存模块的实现

Web提供了访问远程信息资源便捷的方式,衡量Web服务质量的一个重要指标就是检索和获取信息所花费的时间。通过缓存服务器产生的动态内容可以避免对数据库重复的查询,减少用户对原始资源的访问密度,从而提高服务器的响应时间。文章介绍了Web服务器动态内容缓存模块的概念,优点,原理以及具体模块的实现流程。