基于协作缓存的ICN网络定制方法

本发明涉及计算机网络，尤其涉及一种基于协作缓存的icn网络定制方法。

背景技术：

1、近年来，数据流量的巨大增长以及引入的新应用程序已经从体系结构中产生了新的需求，例如对可伸缩内容分发、移动性、安全性、信任等的支持。现有的tcp/ip协议由于许多功能补丁的加入，已变得臃肿不堪，这意味着，未来为了追求更复杂、速度更快、效率更高的互联网技术，传统的ip网络便不能满足运营商的需求。

2、在这样的情形下，信息中心网络(icn)成为了未来网络架构的一个预备方案，icn打破了tcp/ip以主机为中心的连接模式，将数据与物理位置独立，通过数据的名字来标识每一个信息单元，访问网站时不再依赖于基于ip地址的传递参数，实现以信息为中心的连接模式。

3、实现合理的资源分配可以大大提高icn网络的性能。ip网络已有成熟的资源估算与网络定制体系。然而，ip网络的服务节点没有内容缓存相关服务，内容均存储在源服务器，工作流程与icn网络不尽相同，ip网络的资源估算方法和网络定制方案并不适用于icn网络。

4、目前关于icn网络定制与资源分配的研究，尚未存在拥有详尽理论支撑且投入实践使用的项目。大多数研究仍聚焦于缓存策略的设计与优化方法，通过优秀的缓存策略提高资源利用率。比较经典的有：

5、参考文献[1](psaras i,chai w,pavlou,g.probabilistic in-network cachingfor information-centric networks[c].proceedings of acm sigcomm icn workshop，helsinki，2012:55-60.)以减少缓存冗余为目标，进而更有效地利用交付路径上的可用缓存资源，提出了一种选择性缓存机制，根据用户的潜在需求和流行规则，只在必要的节点上缓存内容；

6、参考文献[2](chai w,he d,psaras i.cache"less for more"in information-centric networks[j].computer communications,2013,36(7):758–770.)利用介数中心性的概念，提出了一种基于中心性的缓存算法，以提高缓存增益，消除简单随机缓存策略性能的不确定性。

7、参考文献[3](vasilakos x,siris v,polyzos g,et al.proactive selectiveneighbor caching for enhancing mobility support in information-centricnetworks,international conference on networking 2012.)提出了一种选择性邻居节点缓存方案，用于增强icn架构中的无缝移动性。

8、然而，缓存策略的优化程度是有限的，面对不同的运营需求难免措手不及，通过在网络运行前合理地部署缓存、带宽等资源同样可以在一定程度上提高icn网络的性能。目前基于icn进行资源估算和网络定制的研究还比较少见，当前并没有相关的研究将重点放在建立一个模型，使之能够根据网络性能，精确地推导出所需要的网络资源，并进行icn网络设计，且更缺少相关的理论论证，这不利于规划出能够满足不同操作需求，且能够节省运营成本的icn网络。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种基于协作缓存的icn网络定制方法，可以更为有效的进行节点的资源分配，实现降本增效，并能够提高网络缓存命中率。

2、本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

3、一种基于协作缓存的icn网络定制方法，包括：

4、设定icn网络中内容的相关参数，内容的请求强度使用泊松分布刻画内容请求过程；建立特征时间的概念，对icn网络中的边缘节点与非边缘节点分别进行建模，结合各内容的请求强度计算出各边缘节点与非边缘节点的特征时间，并以此估算为各边缘节点与非边缘节点分配的资源大小；

5、之后，设计协作缓存替换策略对icn网络中缓存替换策略进行优化：以最小化用户平均请求时延为目标，使缓存价值最大化，基于缓存价值设计协作缓存替换策略，基于所述协作缓存替换策略进行缓存替换。

6、由上述本发明提供的技术方案可以看出，在确定的缓存策略下进行资源分配，资源分配方法和缓存策略适配度高，实现降本增效；在此基础上，设计的协作缓存策略进一步提高了网络各节点的缓存命中率，避免了用户个性化导致内容被请求概率估算不准，从而对资源分配模型的准确度造成的影响，通过实验验证了本发明的准确性与协作缓存替换策略的可行性。

技术特征：

1.一种基于协作缓存的icn网络定制方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种基于协作缓存的icn网络定制方法，其特征在于，所述设定icn网络中内容的相关参数，结合给定的缓存策略计算出各内容的请求强度包括：

3.根据权利要求1所述的一种基于协作缓存的icn网络定制方法，其特征在于，所述对icn网络中的边缘节点与非边缘节点分别进行建模，结合各内容的请求强度计算出各边缘节点与非边缘节点的特征时间，并以此估算为各边缘节点与非边缘节点分配的资源大小包括：

4.根据权利要求3所述的一种基于协作缓存的icn网络定制方法，其特征在于，各个边缘节点，结合各内容的请求强度计算出对各内容的命中概率，并由此计算出对应的特征时间包括：

5.根据权利要求1所述的一种基于协作缓存的icn网络定制方法，其特征在于，对于r>1层中的各个节点，也即第r层的非边缘节点，结合第r-1层中的各个节点对各内容的命中概率，更新各内容的请求强度，并由此计算出对各内容的平均命中率，再计算出对应的特征时间包括：

6.根据权利要求4或5所述的一种基于协作缓存的icn网络定制方法，其特征在于，估算为各边缘节点分配的资源大小包括：估算为各层各节点分配的缓存资源大小；

7.根据权利要求6所述的一种基于协作缓存的icn网络定制方法，其特征在于，还包括：估算为各层各节点分配的带宽资源大小；

8.根据权利要求1所述的一种基于协作缓存的icn网络定制方法，其特征在于，所述以最小化用户平均请求时延为目标，使缓存价值最大化包括：

9.根据权利要求8所述的一种基于协作缓存的icn网络定制方法，其特征在于，所述列出用户的平均请求路径大小，并将最小化用户平均请求时延的目标转换为一个0-1背包问题包括：

10.根据权利要求9所述的一种基于协作缓存的icn网络定制方法，其特征在于，所述结合上下层节点之间的互补协作缓存情况对所述0-1背包问题进行优化，使得缓存价值最大化包括：

技术总结本发明公开了一种基于协作缓存的ICN网络定制方法，在确定的缓存策略下进行资源分配，资源分配方法和缓存策略适配度高，实现降本增效；在此基础上，设计的协作缓存策略进一步提高了网络各节点的缓存命中率，避免了用户个性化导致内容被请求概率估算不准，从而对资源分配模型的准确度造成的影响，通过实验验证了本发明的准确性与协作缓存替换策略的可行性。技术研发人员：郑烇,杭昕璇受保护的技术使用者：中国科学技术大学技术研发日：技术公布日：2024/7/18