本發(fā)明涉及內(nèi)容中心網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，特別涉及到一種內(nèi)容中心網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)據(jù)緩存替換方法和裝置。

背景技術(shù)：

內(nèi)容中心網(wǎng)絡(luò)是信息中心網(wǎng)的一種典型架構(gòu)，與傳統(tǒng)的IP網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)相比，最根本的區(qū)別是不再依賴IP地址，將傳統(tǒng)的以主機(jī)為中心的模型轉(zhuǎn)變?yōu)橐詳?shù)據(jù)內(nèi)容為中心的模型。所有的數(shù)據(jù)內(nèi)容被全網(wǎng)統(tǒng)一唯一命名，并且基于內(nèi)容進(jìn)行定位尋址、轉(zhuǎn)發(fā)路由。路由器具備和數(shù)據(jù)服務(wù)器同樣的存儲轉(zhuǎn)發(fā)功能，用戶除了在原始服務(wù)器請求內(nèi)容外，可以在網(wǎng)內(nèi)路由器節(jié)點的緩存空間命中內(nèi)容，減輕了服務(wù)器端的負(fù)載壓力。

內(nèi)容中心網(wǎng)絡(luò)中，路由器節(jié)點的緩存空間和服務(wù)器相比，空間極小，隨著客戶端請求次數(shù)的增加和時間推移，節(jié)點緩存空間將會出現(xiàn)飽和狀態(tài)，此時，如果有新的數(shù)據(jù)需要在該節(jié)點上進(jìn)行緩存，則需要用新接收到的數(shù)據(jù)替換掉該節(jié)點上已緩存的數(shù)據(jù)。

現(xiàn)有技術(shù)中，節(jié)點數(shù)據(jù)緩存替換方法主要有三種技術(shù)方案，

1.最近最少使用(簡稱，LRU)替換方法，在節(jié)點中維護(hù)一個緩存項隊列，隊列中的數(shù)據(jù)按照每項的最后被訪問時間排序。緩存空間飽和后，如果接收到新的數(shù)據(jù)，節(jié)點將刪除最后一次被訪問時間距離當(dāng)前時刻最久的數(shù)據(jù)項。

2.最近最少頻率(簡稱，LFU)替換方法，緩存空間飽和后，如果接收到新的數(shù)據(jù)，節(jié)點將刪除緩存中使用頻率最小的數(shù)據(jù)項。

3.先入先出(簡稱，F(xiàn)IFO)替換方法，緩存空間飽和后，如果接收到新的數(shù)據(jù)，節(jié)點將刪除最先緩存的數(shù)據(jù)項。

上述三種替換方法存在的問題是，LRU替換方法僅考慮了數(shù)據(jù)的最近使用時間，在進(jìn)行緩存替換時會造成使用頻率較高的數(shù)據(jù)被刪除，而保留下使用頻率較低的數(shù)據(jù)；LFU替換方法僅考慮了數(shù)據(jù)使用的頻率，如果某數(shù)據(jù)在過去一段時間內(nèi)被大量請求，使該數(shù)據(jù)具有較大的請求頻率，即使在最近時間該數(shù)據(jù)塊的請求頻率急劇下降，但由于前面的高頻率請求使該數(shù)據(jù)獲得了較大的權(quán)重，因此該數(shù)據(jù)即使當(dāng)前請求頻率很低也不能及時地將其替換，從而長期占用內(nèi)存空間；FIFO替換方法在節(jié)點實現(xiàn)上最為簡單，但在進(jìn)行數(shù)據(jù)替換時沒有考慮節(jié)點緩存數(shù)據(jù)使用情況。

綜上所述，現(xiàn)有的節(jié)點數(shù)據(jù)緩存替換方法都只考慮了單一的影響因素，在進(jìn)行數(shù)據(jù)替換時沒有充分的反映緩存數(shù)據(jù)的流行度，從而造成數(shù)據(jù)替換時不能很好的保證節(jié)點緩存空間中緩存數(shù)據(jù)的使用價值，不利于內(nèi)容中心網(wǎng)絡(luò)傳輸效率的提高。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本發(fā)明提出了一種內(nèi)容中心網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)據(jù)緩存替換方法和裝置，以提高節(jié)點緩存空間中緩存數(shù)據(jù)的使用價值。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案：

一種內(nèi)容中心網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)據(jù)緩存替換方法，包括：

節(jié)點計算緩存空間中各數(shù)據(jù)最近訪問時間間隔T_int_i；

節(jié)點計算緩存空間中各數(shù)據(jù)的平均訪問時間間隔T_average_i；

節(jié)點根據(jù)所述T_int_i和所述T_average_i計算各數(shù)據(jù)的流行度P_i

節(jié)點將新接收到的數(shù)據(jù)存儲到緩存空間替換掉P_i最小的數(shù)據(jù)；

其中，所述i為節(jié)點緩存空間中緩存的數(shù)據(jù)的編號。

進(jìn)一步，所述節(jié)點計算緩存空間中各數(shù)據(jù)最近訪問時間間隔T_int_i包括：

節(jié)點獲取各數(shù)據(jù)最近一次被訪問的時間和當(dāng)前時間的間隔Tinterval_i，作為該數(shù)據(jù)的T_int_i。

進(jìn)一步，所述節(jié)點計算緩存空間中各數(shù)據(jù)的平均訪問時間間隔T_average_i包括：

節(jié)點根據(jù)所述各數(shù)據(jù)的第一次被訪問時間和所述各數(shù)據(jù)被訪問的次數(shù)計算各數(shù)據(jù)的平均訪問時間T_aver_i，T_aver_i＝(T_recent_i-T_first_i)/M_i；

節(jié)點將所述各數(shù)據(jù)的T_aver_i作為該數(shù)據(jù)的T_average_i；

其中，所述T_recent_i為第i個數(shù)據(jù)最近一次被訪問的時間，所述T_first_i為第i個數(shù)據(jù)第一次被訪問的時間，所述M_i為第i個數(shù)據(jù)被訪問的次數(shù)。

進(jìn)一步，所述節(jié)點計算緩存空間中各數(shù)據(jù)最近訪問時間間隔T_int_i包括：

節(jié)點獲取各數(shù)據(jù)最近一次被訪問的時間和當(dāng)前時間的間隔Tinterval_i；

節(jié)點對各數(shù)據(jù)的Tinterval_i進(jìn)行歸一化處理，計算各數(shù)據(jù)的T_int_i，

T_int_i＝T_interval_i/Tinterval_max

其中，所述Tinterval_max為各數(shù)據(jù)的Tinterval_i中的最大值。

進(jìn)一步，所述節(jié)點計算緩存空間中各數(shù)據(jù)的平均訪問時間間隔T_average_i包括：

節(jié)點根據(jù)所述各數(shù)據(jù)的第一次被訪問時間和所述各數(shù)據(jù)被訪問的次數(shù)計算各數(shù)據(jù)的平均訪問時間T_aver_i：

T_aver_i＝(T_recent_i-T_first_i)/M_i

節(jié)點對所述各數(shù)據(jù)的平均訪問時間進(jìn)行歸一化處理，獲得各數(shù)據(jù)的平均訪問時間間隔T_average_i：T_average_i＝T_aver_i/T_average_max；

其中，所述T_recent_i為當(dāng)前時間，所述T_first_i為第i個數(shù)據(jù)第一次被訪問的時間，所述M_i為第i個數(shù)據(jù)被訪問的次數(shù)，所述T_average_max為所有T_aver_i中的最大值。

本發(fā)明的內(nèi)容中心網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)據(jù)緩存替換裝置包括：

節(jié)點緩存空間，用于緩存數(shù)據(jù)；

最近訪問時間間隔計算模塊，用于計算緩存空間中各數(shù)據(jù)最近訪問時間間隔T_int_i；

平均訪問時間間隔計算模塊，用于計算緩存空間中各數(shù)據(jù)的平均訪問時間間隔T_average_i；

數(shù)據(jù)流行度計算模塊，用于根據(jù)所述T_int_i和所述T_average_i計算各數(shù)據(jù)的流行度P_i：

數(shù)據(jù)替換模塊，用于將新接收到的數(shù)據(jù)存儲到所述緩存空間替換掉P_i最小的數(shù)據(jù)；

其中，所述i為節(jié)點緩存空間中緩存的數(shù)據(jù)的編號。

優(yōu)選的，所述最近訪問時間間隔計算模塊包括：

最近訪問時間獲取單元，用于獲取各數(shù)據(jù)最近一次被訪問的時間和當(dāng)前時間的間隔Tinterval_i；

最近訪問時間歸一化單元，用于對各數(shù)據(jù)的Tinterval_i進(jìn)行歸一化處理，計算各數(shù)據(jù)的T_int_i；

T_int_i＝T_interval_i/Tinterval_max

其中，所述Tinterval_max為各數(shù)據(jù)的Tinterval_i中的最大值。

優(yōu)選的，所述平均訪問時間間隔計算模塊包括：

平均訪問時間計算單元節(jié)點，用于計算各數(shù)據(jù)的平均訪問時間T_aver_i：

T_aver_i＝(T_recent_i-T_first_i)/M_i

平均訪問時間歸一化單元，用于對所述各數(shù)據(jù)的平均訪問時間進(jìn)行歸一化處理，獲得各數(shù)據(jù)的平均訪問時間間隔T_average_i：

T_average_i＝T_aver_i/T_average_max

其中，所述T_recent_i為第i個數(shù)據(jù)最近一次被訪問的時間，所述T_first_i為第i個數(shù)據(jù)第一次被訪問的時間，所述M_i為第i個數(shù)據(jù)被訪問的次數(shù)，所述T_average_max為各數(shù)據(jù)的T_aver_i中的最大值。

本發(fā)明的技術(shù)方案中，節(jié)點在緩存替換時通過各數(shù)據(jù)的最近訪問時間間隔和平均訪問時間間隔計算出各數(shù)據(jù)的流行度，根據(jù)各數(shù)據(jù)的流行度判斷節(jié)點所緩存的各數(shù)據(jù)的使用價值，替換掉使用價值最小的數(shù)據(jù)，從而有效的提高了節(jié)點數(shù)據(jù)替換的準(zhǔn)確性，有利于提高內(nèi)容中心網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸效率。

附圖說明

圖1本發(fā)明內(nèi)容中心網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)據(jù)緩存替換方法流程圖；

圖2本發(fā)明容中心網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)據(jù)緩存替換裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

具體實施方式

為了更好的說明本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式進(jìn)行詳細(xì)描述。

內(nèi)容中心網(wǎng)絡(luò)中，內(nèi)容中心網(wǎng)不再關(guān)心數(shù)據(jù)的存儲位置，只關(guān)心數(shù)據(jù)本身。網(wǎng)內(nèi)的數(shù)據(jù)不再使用IP地址作為數(shù)據(jù)的標(biāo)識，而是以數(shù)據(jù)的名稱作為標(biāo)識。內(nèi)容中心網(wǎng)中存在兩種數(shù)據(jù)包類型：請求包(簡稱，Interest Packet)和數(shù)據(jù)包(簡稱，Data Packet)。用戶發(fā)送包含數(shù)據(jù)名稱的請求包，該請求包被路由到含有對應(yīng)數(shù)據(jù)的鄰近節(jié)點或服務(wù)器；然后，將找到的數(shù)據(jù)包沿著請求包的反向路徑傳送給數(shù)據(jù)請求者。

(1)節(jié)點首先查找緩存空間(簡稱，CS)中是否有與該請求對應(yīng)的數(shù)據(jù)包，如果有就將數(shù)據(jù)傳回給請求者；

(2)否則節(jié)點會查詢未決請求表(簡稱，PIT)中是否含有與該請求對應(yīng)的條目，如果存在，就將請求包從某接口進(jìn)入的接口號添加到對應(yīng)條目的接口列表中，說明有客戶端對同樣的內(nèi)容發(fā)出過請求，并且經(jīng)過了該節(jié)點，后續(xù)對同樣內(nèi)容的請求只要把進(jìn)入的接口號添加到對應(yīng)的PIT條目下即可，然后將請求包丟棄，否則新建一個PIT條目并查詢節(jié)點的轉(zhuǎn)發(fā)信息庫(簡稱，F(xiàn)IB)，將請求轉(zhuǎn)發(fā)到下一跳節(jié)點；

(3)數(shù)據(jù)包到達(dá)時，節(jié)點會查詢未決請求表PIT，如果PIT中存在與數(shù)據(jù)對應(yīng)的請求條目就將數(shù)據(jù)從該條目的接口列表中轉(zhuǎn)發(fā)出去，并根據(jù)相應(yīng)的存儲策略將其存儲在合適節(jié)點的CS中。

請求命中的數(shù)據(jù)在返回路徑中要存儲在某個節(jié)點時，可能會出現(xiàn)該節(jié)點空間存滿，需要把舊的數(shù)據(jù)替換出去。

具體實施例1

本實施例為本發(fā)明內(nèi)容中心網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)據(jù)緩存替換方法的一種優(yōu)選實施方式。

參見圖1，本實施例的節(jié)點數(shù)據(jù)緩存替換流程如圖1所示，包括：

S101、節(jié)點接收到新數(shù)據(jù)；

S102、節(jié)點判斷是否緩存空間是否飽和；如果是，執(zhí)行步驟S103，否則節(jié)點將接收到的新數(shù)據(jù)存入緩存空間，結(jié)束流程。

S103、節(jié)點計算緩存空間中各數(shù)據(jù)最近訪問時間間隔T_int_i；

作為本實施例的一種優(yōu)選實現(xiàn)方案，本步驟進(jìn)一步包括：

節(jié)點獲取各數(shù)據(jù)最近一次被訪問的時間和當(dāng)前時間的間隔Tinterval_i，作為該數(shù)據(jù)的T_int_i：

T_intveral_i＝(T_i-T_recent_i)

其中，所述Ti為當(dāng)前時間，所述T_recent_i為第i個數(shù)據(jù)最近一次被訪問的時間。

作為本實施例的又一種優(yōu)選實現(xiàn)方案，本步驟進(jìn)一步包括：

節(jié)點獲取各數(shù)據(jù)最近一次被訪問的時間和當(dāng)前時間的間隔T_aver_i；

T_intveral_i＝(T_i-T_recent_i)

節(jié)點對各數(shù)據(jù)的T_interval_i進(jìn)行歸一化處理，計算各數(shù)據(jù)的T_int_i；

T_int_i＝T_interval_i/Tinterval_max

其中，所述Tinterval_max為各數(shù)據(jù)的T_interval_i中的最大值。

S104、節(jié)點計算緩存空間中各數(shù)據(jù)的平均訪問時間間隔T_average_i；

作為本具體實施例的一種優(yōu)選實現(xiàn)方案，本步驟進(jìn)一步包括：

節(jié)點根據(jù)所述各數(shù)據(jù)的第一次被訪問時間和所述各數(shù)據(jù)被訪問的次數(shù)計算各數(shù)據(jù)的平均訪問時間：

T_aver_i＝(T_recent_i-T_first_i)/M_i

節(jié)點將所述各數(shù)據(jù)的T_aver_i作為該數(shù)據(jù)的T_average_i。

其中，所述T_recent_i為第i個數(shù)據(jù)最近一次被訪問的時間，所述T_first_i為第i個數(shù)據(jù)第一次被訪問的時間，所述M_i為第i個數(shù)據(jù)被訪問的次數(shù)。

作為本具體實施例的又一種優(yōu)選實現(xiàn)方案，本步驟進(jìn)一步包括：

節(jié)點根據(jù)所述各數(shù)據(jù)的第一次被訪問時間和所述各數(shù)據(jù)被訪問的次數(shù)計算各數(shù)據(jù)的平均訪問時間T_aver_i：

T_aver_i＝(T_recent_i-T_first_i)/M_i

節(jié)點對所述各數(shù)據(jù)的平均訪問時間進(jìn)行歸一化處理，獲得各數(shù)據(jù)的平均訪問時間間隔：

T_average_i＝T_aver_i/T_average_max

其中，所述T_recent_i為第i個數(shù)據(jù)最近一次被訪問的時間，所述T_first_i為第i個數(shù)據(jù)第一次被訪問的時間，所述M_i為第i個數(shù)據(jù)被訪問的次數(shù)，所述T_average_max為所有T_aver_i中的最大值。

S105、節(jié)點根據(jù)所述T_int_i和所述T_average_i計算各數(shù)據(jù)的流行度P_i

S106、節(jié)點將新接收到的數(shù)據(jù)存儲到緩存空間替換掉P_i最小的數(shù)據(jù)。

其中，所述i為所述節(jié)點所緩存的數(shù)據(jù)的編號。

具體實施例2

本實施例為本發(fā)明內(nèi)容中心網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)據(jù)緩存替換裝置的一種優(yōu)選實施方式。

參見圖2，本實施例的裝置結(jié)構(gòu)如圖2所示，包括：

節(jié)點緩存空間，用于緩存數(shù)據(jù)；

最近訪問時間間隔計算模塊，用于計算緩存空間中各數(shù)據(jù)最近訪問時間間隔T_int_i；

平均訪問時間間隔計算模塊，用于計算緩存空間中各數(shù)據(jù)的平均訪問時間間隔T_average_i；

數(shù)據(jù)流行度計算模塊，用于根據(jù)所述T_int_i和所述T_average_i計算各數(shù)據(jù)的流行度P_i

數(shù)據(jù)替換模塊，用于將新接收到的數(shù)據(jù)存儲到所述緩存空間替換掉P_i最小的數(shù)據(jù)。

作為本具體實施例的一種優(yōu)選實現(xiàn)方案，所述最近訪問時間間隔計算模塊包括：

最近訪問時間獲取單元，用于獲取各數(shù)據(jù)最近一次被訪問的時間和當(dāng)前時間的間隔Tinterval_i；

最近訪問時間歸一化單元，用于對各數(shù)據(jù)的Tinterval_i進(jìn)行歸一化處理，計算各數(shù)據(jù)的T_int_i；

其中，所述對各數(shù)據(jù)的Tinterval_i歸一化處理為：

T_int_i＝T_interval_i/Tinterval_max

其中，所述Tinterval_max為各數(shù)據(jù)的Tinterval_i中的最大值。

作為本具體實施例的一種優(yōu)選實現(xiàn)方案，所述平均訪問時間間隔計算模塊包括：

平均訪問時間計算單元，用于計算各數(shù)據(jù)的平均訪問時間T_aver_i，所述計算為：

T_aver_i＝(T_recent_i-T_first_i)/M_i

平均訪問時間歸一化單元，用于對所述各數(shù)據(jù)的平均訪問時間進(jìn)行歸一化處理，獲得各數(shù)據(jù)的平均訪問時間間隔T_average_i，所述歸一化處理為：

T_average_i＝T_aver_i/T_average_max

其中，所述T_recent_i為第i個數(shù)據(jù)最近一次被訪問的時間，所述T_first_i為第i個數(shù)據(jù)第一次被訪問的時間，所述M_i為第i個數(shù)據(jù)被訪問的次數(shù)T_average_max為所有T_aver_i中的最大值。

其中，所述i為所述節(jié)點所緩存的數(shù)據(jù)的編號。

本發(fā)明的上述具體實施例中，節(jié)點在進(jìn)行緩存替換時，綜合考慮了各數(shù)據(jù)的最近訪問時間(即數(shù)據(jù)的新鮮度)和平均訪問間隔(即數(shù)據(jù)的訪問熱度)，計算出數(shù)據(jù)的流行度，通過數(shù)據(jù)的流行度來判定數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中的使用價值，進(jìn)行數(shù)據(jù)替換時優(yōu)先替換掉使用價值低(即流行度低)的數(shù)據(jù)，保證了節(jié)點中緩存的數(shù)據(jù)是使用價值較高的數(shù)據(jù)，使得后續(xù)用戶的數(shù)據(jù)請求包能夠更多的在節(jié)點緩存中快速命中，從而有效的提高了網(wǎng)絡(luò)的傳輸效率，提升了整個內(nèi)容中心網(wǎng)絡(luò)的性能。

在上述實施例的優(yōu)選實現(xiàn)方案中，節(jié)點通過對T_aver_i和/或T_aver_i歸一化得到各數(shù)據(jù)的T_int_i和T_average_i，可以把計算流行度的各個參量壓縮到0～1范圍之內(nèi)，使計算更加便捷快速。但各個數(shù)據(jù)之間仍然能夠保持相對大小，數(shù)據(jù)之間進(jìn)行比較時收斂速度更快，對內(nèi)容中心網(wǎng)來說，節(jié)點對數(shù)據(jù)處理要求需要達(dá)到線性速度，通過歸一化處理后，可以節(jié)省計算量，加快各數(shù)據(jù)對比的速度，可以有效減少甚至避免路由器節(jié)點出現(xiàn)擁塞狀況。

需要說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。