内容中心网络中缓存策略研究-论文.pdf

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1、内容中心网络中缓存策略研究史甜甜(重庆邮电大学，重庆400065)摘要互联网需求由主机到主机通信转向海量内容获取为主。为满足新的互联网需求，内容中心网络(CCN)成为下一代互联网架构的研究热点。CCN5~最重要的特征之一是利用网内缓存提高接收者获取内容的传输效率和网络资源的利用率。本文阐述了CCN的基本思想，从CCNP9容缓存替换策略和缓存决策策略两个角度，阐述现有的研究如何实现CCN中内容缓存；对现有缓存策略进行了总结、分析和评价；给出TCCN缓存策略研究中仍存在的问题和未来的研究方向。关键词内容中心网络；缓存替换；缓存决策中图分类号TP311文献标识码A文章编

2、号1008—5599(2014)06—0075—04互联网已成为一个普遍存在、大规模的内容分发系需要合理的缓存策略来缓存内容。本文试图从内容缓存统。用户驱动的数字视频内容产生的流量在未来几年将替换策略和内容缓存决策策略两个方面，阐述现有的研高速增长，人们对数据内容的需求日趋明显，网络应用究如何实现CCN中内容缓存，并对这些缓存策略进行的主体正逐渐向内容服务转移。CCN(ContentCentric简要的总结，最后指出CCN中缓存策略的新思路。Networking)以“以内容为中心”为设计思想，不关注内容的存储位置，只关注内容本身。CCN通过对内容名1CCN体系架构

3、字进行唯一标识，也可基于内容进行定位、路由和传输。此外，CCN还可通过节点缓存内容，用以缩短其他用户从图1可看出，CCN与TCP／IP模型最大的不同是访问同样数据的响应时间，减轻网络拥塞，提高网络资源在“瘦腰”处用内容块(contentchunk)代替了IP。从网的利用率。缓存理论及相关的优化技术如CDN、Web和络的角度看，就是用对内容命名代替了对物理实体的命名。P2P，虽以内容为中心，但都位于应用层，存在大量冗余数据传输，网络资源利用率不高。CCN在中间节点采用2内容缓存替换策略了内容缓存技术，请求端不需要再到服务器端获取内容，而到最近的中间节点处获取内容即可

4、，利用存储开销换2．1相关研究取传输效率，减少网络传输时延。随着内容的海量增长，每个CCN节点都包含用于缓存数据分组的内容存有限的存储空间与无限的内容容量必然存在矛盾，所以储器(CS，ContentStore)，且在数据转发完成后，收稿日期：2o14—05—16·2014年第6期·75的网络访问性能。综上所述，目前针对CCN中内容替换策略的研究更倾向于考虑内容流行度，从而决定替换哪些数据块，提高资源利用率。2．2存在问题以及未来研究CCN大多将文件划分成独立可标识的更小数据块(chunk)，并以chunk为缓存单元。而不同内容对象的流行度分布不同，如Web中的对象

5、流行度服从Zipf分布，P2P中的对象流行图1TCP／IP结构与CCN网络协议栈对比度服从mandelbrot—zipf分布，且同一个文件尽可能缓存已完成的内容。这需要在有限的缓存空间的不同chunk被访问的频率并不相同。例如用户在观看下进行内容替换，尽可能降低内容请求失败率(RMP，视频时，通常只看开头部分，以决定是否继续观看下去，RequestMissProbability)。因此内容缓存替换策略成从而导致视频文件的不同chunk具有不同的访问流行为制约CCN网络性能的关键。度。迄今为止，chunk访问流行度还缺乏详细的理论模现有CCN文献中最常见的替换策略是

6、最近最少使型和实证研究。本文对存在的问题和未来的研究方向提用(LRU，LeastRecentlyUsed)策略，在该策略中，出以下几方面的思路。最近最少使用的数据块将被率先替换。文献[1]表明：(1)针对不同种类的内容对象，对其数据块进行标LRU策略对内容请求流行度的适应性较差，即流行度识，从而设定不同缓存替换策略。较弱内容的RMP对内容请求流行度分布变化不敏感。(2)从提供商方面考虑，缓存的内容要有价值，而而最近最多使用(MRU，MostRecentlyUsed)策略和流行度高的不一定带来高的收益，可综合考虑内容的最少频繁使用(LFU，LeastFrequent

7、lyUsed)策略，Age和流行度来缓存内容。即率先替换最近最多使用的数据块和率先替换使用频率(3)而对同一个文件的不同chunk被访问的频率不最少的数据块。除了考虑单个节点的存储替代机制外，同问题，以视频流为例，可以设置合适的缓存阈值来提节点间的合作机制同样也对网络性能的提高起到重要的高缓存效率。作用。文献[2】提出基于Age的合作存储机制，但是当节点中所有内容的Age都较大时，其替换策略不能很好3内容缓存决策策略的反映内容流行度的偏好。为此提出一种基于流行度偏好的置换策略：每次随机选择两个数据块，将其中具有3．1相关研究更高流行度的数据块替换掉，通过这种设计试

8、图使低流内