对内容中心网络中缓存的研究及现状分析的论文
时间：2021-08-31对内容中心网络中缓存的研究及现状分析的论文
1引言
随着互联网业务的爆炸式的发展，宽带化、个性化、内容海量化已经成为了互联网发展的主旋律，这也对现有TCP/IP网络架构提出了新的要求。目前互联网中广泛采用仍然是点对点的通信，需要指定源主机的IP地址、目标主机的IP地址，建立主机之间的通话。这种方式虽然简单，但不能适应不断增长的信息访问要求。CCN网络以内容为中心，摒弃了传统TCP/IP网络架构，通过中间路由节点进行数据缓存，解决了海量信息请求的问题。
以内容为中心就是整个网络的需求是内容，而不是主机，即CCN不再关心内容存储在哪里，而仅关心内容本身。传输模式由传统的“推”改为“拉”，转发机制由传统的存储转发演进为缓存转发，使得CCN网络能够有效地支持内容业务。因此，缓存节点的选取以及如何有效地缓存成为了CCN网络中研究的热点。
2CCN系统模型
CCN网络的主要特点是以内容为中心的请求应答机制和网内缓存技术。网络中的每个节点都具备了缓存功能，当数据包沿请求路径返回时，节点有选择的进行数据包的缓存。当有相同的用户请求到达该节点时，节点可以直接返回该数据，有效地提高了网络资源的利用，避免了不必要的请求转发。
如图1所示CCN节点的转发模型，当兴趣包到达节点时，首先查看节点的CS中是否存在匹配的内容，若匹配，直接将数据包返回;反之，查询PIT中是否存在该兴趣包的请求记录，若存在，则将本次请求端口添加到PIT匹配条目中。如不存在，查询FIB表格，若FIB中存3CCN缓存研究CCN作为一个新的网络体系架构，它的缓存也有别于现有的TCP/IP架构。在现有的缓存研究中，P2P(PeertoPeer)、等技术已经非常的完善，并且得到了商用，但是这些都位于应用层，存在大量冗余数据传输，网络资源利用率不高。CCN是一个线性存储的网络，其所呈现出来的缓存透明化、泛在化和细粒度化等新的发展趋式，致使传统的理论、模型和方法均无法直接无缝的移植到CCN缓存系统中。因此，针对CCN网络的特性，许多国家都开展了CCN网络缓存的研究，并提出了创造性的研究成果，以下分别从CCN网络缓存决定策略和缓存替换策略两个方面对现有缓存工作进行介绍。
3.1缓存决定策略
缓存决定策略主要是为了解决当某一数据到达缓存节点时，是否缓存该数据和如何缓存的问题。在传统的Web缓存和CDN缓存中，某些时候可以通过先验的拓扑和流量知识以及线下的计算实现缓存对象的预先放置，而在CCN中，缓存节点不再是固定的，缓存的流量类型也是多样化的。因此，需要研究CCN的缓存决定策略。
目前CCN网络中缓存决定策略的研究主要分为两个方面，非协作式缓存和协作式缓存。CCN默认缓存决定策略是一种非协作式的全缓存策略LCE，即网络中所有节点对收到的任何数据包均进行缓存，是一种“无效缓存”。
介绍了两种常用的显示协同的缓存策略，LCD和MCD策略，是对LCE的改进，降低缓存冗余性。
提出的缓存策略都属于隐式协同的策略，考虑内容的流行度，进行概率性的缓存。该类型的策略能够很好地提高用户请求的命中率，同时减小了内容替换的频率。但现有的流行度设计不符合CCN网络的Chunk模型。
当前对CCN网络内容缓存方面虽然也取得了一些进步，有的也给出了数学模型，但总体上还处于一种理论研究的初级阶段，要想实际应用还有许多问题有待解决。
3.2缓存替换策略
缓存替换策略主要是解决缓存空间已满时，应该删除缓存中的哪些内容以腾出存储空间。在传统的缓存替换算法中，绝大多数算法是利用访问频率或者访问时间为标准来制定的`。在信息中心网络中，要求缓存工作在线速条件下，因此缓存替换算法应该尽可能的高效。
现有CCN文献中最常见的置换策略是最近最少使用策略LRU，在该策略中，最近最少使用的数据块将被率先置换。
文献[8]中提出了_种最近最少访问频率策略LRFU。该算法为缓存空间中的每一个内容缓存项中维护_个权值，用来表示该内容是否被替换。但由于该参数值固定，无法动态适应访问模式的变化，因而会造成缓存系统性能下降。
文献[9]提出_种基于流行度偏好的置换策略：每次随机选择两个数据块，将其中具有更高流行度的数据块置换掉，通过这种设计试图使流行度低的数据块更长时间停留在缓存内，保证CCN网络中不同流行度的内容能够分布均匀，但该策略存在流行度低的数据块可能长期无法被置换的问题，不能达到良好效果。
3.3存在问题
现有的CCN网络缓存研究还处于初级阶段，各种问题解决方案不够完善，缺乏CCN网络总体考虑。不同的应用面向的内容对象具有高度异质性，典型的如Web对象、用户产生内容(UGC)、VoD对象和文件共享对象。这些对象在空间的规模、对象大小、对象流行度方面有着很大的差异。同时，现有的文献研究中大多以流行度作为其内容价值的衡量标准，这是不完善的，不同类别内容的价值不能够完全以流行度的高低显示出来，例如政治、经济方面的内容，流行度不_定很高，但内容的价值却很大。因此，流行度分析模型有待进一步的完善。
4结束语
目前，现有的网络架构已难以满足人们日益增长的各种内容需求，内容逐渐成为网络的主体。作为未来网络研究的重要技术，内容中心网络摆脱了传统体系结构对信息的束缚，使内容成为体系结构的设计中心，通过网络内容路由器节点进行内容的缓存，解决了海量信息高效传输的问题。本文综述分析了CCN网络中内容缓存的问题，首先对现有文献中提出的各种缓存策略进行了分析，提出各自存在的问题。
【对内容中心网络中缓存的研究及现状分析的论文】相关文章：
