論文：對未來網絡中CCN的緩存策略的研究
引言
隨著傳統(tǒng)TCP /IP 網絡諸多弊端的暴露，以內容為中心的網絡( Content-Centric Network，CCN)作為一種新型網絡架構，已經成為未來網絡的研究熱點。CCN 將內容置于首要地位，不再關心內容的存儲位置，而僅關心內容本身，內容的來源可以是網絡中的內容服務器，也可以是任意網絡節(jié)點中的緩存。當用戶需要獲取內容時，首先作為內容請求者，向網絡發(fā)送內容請求，然后根據CCN 的轉發(fā)策略，對內容請求進行逐跳轉發(fā)，任何能夠響應內容請求的節(jié)點或內容服務器都可以沿著內容請求的方向，直接將內容傳送給請求者，完成信息的傳輸。CCN 網絡采用了分布式的內容緩存機制，允許節(jié)點對傳輸?shù)膬热葸M行緩存。盡管緩存技術已經廣泛應用于計算機網絡領域，但考慮到CCN 中緩存功能的普遍性和通用性，緩存技術的研究仍存在很多需要解決的問題。
目前CCN 緩存技術的研究主要涉及緩存容量的分配策略、緩存替換策略、緩存利用策略和緩存放置策略，其中緩存放置策略是CCN 緩存研究的核心問題。但是當前提出的緩存機制還是有一些問題需要解決:首先是緩存無效，當很多節(jié)點上緩存相同的內容時，有一些節(jié)點，比如上游節(jié)點上的內容在一段時間內從未被請求過，而導致這些緩存一直未發(fā)揮作用，這就叫無效緩存。這會導致空間的浪費。其次是相同的緩存內容在某一時間段內存在于各個節(jié)點，尤其是在熱門時間內，各個節(jié)點上都緩存著�；谏鲜鰩讉�基礎方案存在的問題，文中提出一種基于內容流行度的動態(tài)緩存決定策略。基本原理如下:
傳統(tǒng)的LCE 或者LCD 等對任何內容都會進行緩存，而沒有考慮到內容的流行度，因為有的內容較為流行，需求量較大，而有的內容需求量較小。所以應該盡量多緩存流行度較高的內容，而流行度較低的內容，則盡量少緩存。這樣可以節(jié)省資源，并且提高了CCN 的整體表現(xiàn)能力。將這個策略叫做MPC( Most PopularContent) ，即只緩存流行內容，而不緩存不流行的內容，不緩存不流行的內容可以減少緩存替換時的負擔，因為緩存的不流行的內容越多，那么當流行的內容被請求時，不流行的內容就會被替換下來( 用LRU 等策略) ，這樣會增加緩存替換的工作量。
那么流行度怎么定義呢? 筆者定義了一個流行閾，當一個內容被請求了一定的次數(shù)，而達到了這個流行閾之后，這個內容就被稱為流行的內容。但是一個內容可能在一定時間內請求的節(jié)點比較多，但是過了一段時間后，漸漸變少了。所以將流行度定義為一定時間內被請求的次數(shù)，這個時間定義為統(tǒng)計周期或者是重置時間。比如，如果統(tǒng)計周期為5 s，當內容o在5 s 內被訂閱了3 次之后，它的流行度就是3。當時間過了5 s 之后，它的流行度就需要被重新計數(shù)了。所以當內容o 剛剛被發(fā)布時，訂閱它的節(jié)點很多，所以在幾個統(tǒng)計周期內它的流行度都很高。但是在過了一段時間之后，訂閱者逐漸減少。而且每隔一段時間流行度都需要被清零，所以流行度也就逐漸下降。在每個節(jié)點上，都會維護著一個流行度表，并且記錄著它收到的請求特定內容的興趣包。當一個內容或者說數(shù)據包變得流行以后，緩存該內容的節(jié)點，會通知它的相鄰節(jié)點，讓它的相鄰節(jié)點也緩存這個內容。但是收到建議后，相鄰節(jié)點可以做出選擇，可以緩存這個內容，也可以不緩存。需要注意的是，內容的流行度不是一直不變的，當一個內容變成流行內容之后，它可以在一段時間后變得不流行了，因為用戶的需求隨時在變化。
下面根據具體的實例來分析基于內容流行度的緩存決策方案所示，在一個統(tǒng)計周期內，最開始在節(jié)點D 緩存著一個流行內容d1而節(jié)點E 緩存著一個不流行的內容e1，假設為0。當節(jié)點A 發(fā)出請求內容e1的.興趣包之后，包括節(jié)點A，C，D，E 在內的沿路節(jié)點中，e1在流行度表中的流行度都上升了。
也就是說，e1在節(jié)點A，C，D，E 中的流行度現(xiàn)在已經由0 變?yōu)?了。同時，當節(jié)點A 發(fā)出請求內容d1的興趣包之后，包括沿路節(jié)點A，C，D 在內的節(jié)點，d1在流行度表中的流行度也變?yōu)? 了。接下來，節(jié)點B 請求內容d1，則在節(jié)點C 和D 中，d1的流行度變成了2。最后C 請求內容d1，那么在節(jié)點C 和D 中，內容d1的流行度也就變成了3。在這里把閾值設置為3，即流行度大于等于3 的內容會被緩存。此時，節(jié)點D 是唯一緩存內容d1的節(jié)點，D 向它的相鄰節(jié)點E 和C 發(fā)送消息，告訴它們，可以緩存內容d1。至于是否緩存，還要看節(jié)點C和E 的緩存能力。因為每個節(jié)點中，另外維護了兩個參數(shù)，最大緩存數(shù)和應當緩存數(shù)目，當緩存能力足夠時，就會緩存內容d1。所以當E 和C 緩存了d1之后，比如當節(jié)點A 請求內容d1時，就會直接從節(jié)點C 處獲取，而不是節(jié)點D
結束語
為了分析研究CCN 網絡的緩存決定策略，文中分析研究了幾種基本的緩存決定策略，如LCE、LCD 等，得出了它們存在的缺點和不足，比如無效緩存、冗余度高等等。在此基礎上提出了一種基于內容流行度的緩存決定策略，將內容流行度引入了緩存決策分析。經過仿真分析，基于內容流行度的緩存決策在緩存效率上遠遠優(yōu)于簡單的LCE 緩存決策。展望未來，還有很多地方值得研究，比如將MPC 推動到移動網絡環(huán)境中去，還可以利用節(jié)點之間的帶寬來換取緩存效率的思想。
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