對內容中心網(wǎng)絡(luò )中緩存的研究及現狀分析的論文
1引言
隨著(zhù)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，這也對現有TCP/IP網(wǎng)絡(luò )架構提出了新的要求。目前互聯(lián)網(wǎng)中廣泛采用仍然是點(diǎn)對點(diǎn)的通信，需要指定源主機的IP地址、目標主機的IP地址，建立主機之間的通話(huà)。這種方式雖然簡(jiǎn)單，但不能適應不斷增長(cháng)的信息訪(fǎng)問(wèn)要求。CCN網(wǎng)絡(luò )以?xún)热轂橹行�，摒棄了傳統TCP/IP網(wǎng)絡(luò )架構，通過(guò)中間路由節點(diǎn)進(jìn)行數據緩存，解決了海量信息請求的問(wèn)題。
以?xún)热轂橹行木褪钦麄�(gè)網(wǎng)絡(luò )的需求是內容，而不是主機，即CCN不再關(guān)心內容存儲在哪里，而僅關(guān)心內容本身。傳輸模式由傳統的“推”改為“拉”，轉發(fā)機制由傳統的存儲轉發(fā)演進(jìn)為緩存轉發(fā)，使得CCN網(wǎng)絡(luò )能夠有效地支持內容業(yè)務(wù)。因此，緩存節點(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系統模型
CCN網(wǎng)絡(luò )的主要特點(diǎn)是以?xún)热轂橹行牡恼埱髴饳C制和網(wǎng)內緩存技術(shù)。網(wǎng)絡(luò )中的每個(gè)節點(diǎn)都具備了緩存功能，當數據包沿請求路徑返回時(shí)，節點(diǎn)有選擇的進(jìn)行數據包的緩存。當有相同的用戶(hù)請求到達該節點(diǎn)時(shí)，節點(diǎn)可以直接返回該數據，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發(fā)。
如圖1所示CCN節點(diǎn)的轉發(fā)模型，當興趣包到達節點(diǎn)時(shí)，首先查看節點(diǎn)的CS中是否存在匹配的內容，若匹配，直接將數據包返回;反之，查詢(xún)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(xún)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，它的緩存也有別于現有的TCP/IP架構。在現有的緩存研究中，P2P(PeertoPeer)、等技術(shù)已經(jīng)非常的完善，并且得到了商用，但是這些都位于應用層，存在大量冗余數據傳輸，網(wǎng)絡(luò )資源利用率不高。CCN是一個(gè)線(xiàn)性存儲的網(wǎng)絡(luò )，其所呈現出來(lái)的緩存透明化、泛在化和細粒度化等新的發(fā)展趨式，致使傳統的理論、模型和方法均無(wú)法直接無(wú)縫的移植到CCN緩存系統中。因此，針對CCN網(wǎng)絡(luò )的特性，許多國家都開(kāi)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?xún)蓚�(gè)方面對現有緩存工作進(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某一數據到達緩存節點(diǎn)時(shí)，是否緩存該數據和如何緩存的問(wèn)題。在傳統的Web緩存和CDN緩存中，某些時(shí)候可以通過(guò)先驗的拓撲和流量知識以及線(xiàn)下的計算實(shí)現緩存對象的預先放置，而在CCN中，緩存節點(diǎn)不再是固定的，緩存的流量類(lèi)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默認緩存決定策略是一種非協(xié)作式的全緩存策略L(fǎng)CE，即網(wǎng)絡(luò )中所有節點(diǎn)對收到的任何數據包均進(jìn)行緩存，是一種“無(wú)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，考慮內容的流行度，進(jìn)行概率性的緩存。該類(lèi)型的策略能夠很好地提高用戶(hù)請求的命中率，同時(shí)減小了內容替換的頻率。但現有的流行度設計不符合CCN網(wǎng)絡(luò )的Chunk模型。
當前對CCN網(wǎng)絡(luò )內容緩存方面雖然也取得了一些進(jìn)步，有的也給出了數學(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)際應用還有許多問(wèn)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(mǎn)時(shí)，應該刪除緩存中的哪些內容以騰出存儲空間。在傳統的緩存替換算法中，絕大多數算法是利用訪(fǎng)問(wèn)頻率或者訪(fǎng)問(wèn)時(shí)間為標準來(lái)制定的。在信息中心網(wǎng)絡(luò )中，要求緩存工作在線(xiàn)速條件下，因此緩存替換算法應該盡可能的高效。
現有CCN文獻中最常見(jiàn)的置換策略是最近最少使用策略L(fǎng)RU，在該策略中，最近最少使用的數據塊將被率先置換。
文獻[8]中提出了_種最近最少訪(fǎng)問(wèn)頻率策略L(fǎng)RFU。該算法為緩存空間中的每一個(gè)內容緩存項中維護_個(gè)權值，用來(lái)表示該內容是否被替換。但由于該參數值固定，無(wú)法動(dòng)態(tài)適應訪(fǎng)問(wèn)模式的變化，因而會(huì )造成緩存系統性能下降。
文獻[9]提出_種基于流行度偏好的置換策略：每次隨機選擇兩個(gè)數據塊，將其中具有更高流行度的數據塊置換掉，通過(guò)這種設計試圖使流行度低的數據塊更長(cháng)時(shí)間停留在緩存內，保證CCN網(wǎng)絡(luò )中不同流行度的內容能夠分布均勻，但該策略存在流行度低的數據塊可能長(cháng)期無(wú)法被置換的問(wèn)題，不能達到良好效果。
3.3存在問(wèn)題
現有的CCN網(wǎng)絡(luò )緩存研究還處于初級階段，各種問(wèn)題解決方案不夠完善，缺乏CCN網(wǎng)絡(luò )總體考慮。不同的應用面向的內容對象具有高度異質(zhì)性，典型的如Web對象、用戶(hù)產(chǎn)生內容(UGC)、VoD對象和文件共享對象。這些對象在空間的規模、對象大小、對象流行度方面有著(zhù)很大的差異。同時(shí)，現有的文獻研究中大多以流行度作為其內容價(jià)值的衡量標準，這是不完善的，不同類(lèi)別內容的價(jià)值不能夠完全以流行度的高低顯示出來(lái)，例如政治、經(jīng)濟方面的內容，流行度不_定很高，但內容的價(jià)值卻很大。因此，流行度分析模型有待進(jìn)一步的完善。
4結束語(yǔ)
目前，現有的網(wǎng)絡(luò )架構已難以滿(mǎn)足人們日益增長(cháng)的各種內容需求，內容逐漸成為網(wǎng)絡(luò )的主體。作為未來(lái)網(wǎng)絡(luò )研究的重要技術(shù)，內容中心網(wǎng)絡(luò )擺脫了傳統體系結構對信息的束縛，使內容成為體系結構的設計中心，通過(guò)網(wǎng)絡(luò )內容路由器節點(diǎn)進(jìn)行內容的緩存，解決了海量信息高效傳輸的問(wèn)題。本文綜述分析了CCN網(wǎng)絡(luò )中內容緩存的問(wèn)題，首先對現有文獻中提出的各種緩存策略進(jìn)行了分析，提出各自存在的問(wèn)題。
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