對內容中心網絡中緩存的研究及現狀分析的論文

　　1引言

　　隨著互聯網業務的爆炸式的發展，寬帶化、個性化、內容海量化已經成為了互聯網發展的主旋律，這也對現有TCP/IP網絡架構提出了新的要求。目前互聯網中廣泛采用仍然是點對點的通信，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。這種方式雖然簡單，但不能適應不斷增長的信息訪問要求。CCN網絡以內容為中心，摒棄了傳統TCP/IP網絡架構，通過中間路由節點進行數據緩存，解決了海量信息請求的問題。

　　以內容為中心就是整個網絡的需求是內容，而不是主機，即CCN不再關心內容存儲在哪里，而僅關心內容本身。傳輸模式由傳統的“推”改為“拉”，轉發機制由傳統的存儲轉發演進為緩存轉發，使得CCN網絡能夠有效地支持內容業務。因此，緩存節點的選取以及如何有效地緩存成為了CCN網絡中研究的熱點。

　　2CCN系統模型

　　CCN網絡的主要特點是以內容為中心的請求應答機制和網內緩存技術。網絡中的每個節點都具備了緩存功能，當數據包沿請求路徑返回時，節點有選擇的進行數據包的緩存。當有相同的用戶請求到達該節點時，節點可以直接返回該數據，有效地提高了網絡資源的利用，避免了不必要的請求轉發。

　　如圖1所示CCN節點的轉發模型，當興趣包到達節點時，首先查看節點的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FIB表格，若FIB中存3CCN緩存研究CCN作為一個新的網絡體系架構，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)、等技術已經非常的完善，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，網絡資源利用率不高。CCN是一個線性存儲的網絡，其所呈現出來的緩存透明化、泛在化和細粒度化等新的發展趨式，致使傳統的理論、模型和方法均無法直接無縫的移植到CCN緩存系統中。因此，針對CCN網絡的特性，許多國家都開展了CCN網絡緩存的研究，并提出了創造性的研究成果，以下分別從CCN網絡緩存決定策略和緩存替換策略兩個方面對現有緩存工作進行介紹。

　　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時，是否緩存該數據和如何緩存的問題。在傳統的Web緩存和CDN緩存中，某些時候可以通過先驗的拓撲和流量知識以及線下的計算實現緩存對象的預先放置，而在CCN中，緩存節點不再是固定的，緩存的流量類型也是多樣化的。因此，需要研究CCN的緩存決定策略。

　　目前CCN網絡中緩存決定策略的研究主要分為兩個方面，非協作式緩存和協作式緩存。CCN默認緩存決定策略是一種非協作式的全緩存策略LCE，即網絡中所有節點對收到的任何數據包均進行緩存，是一種“無效緩存”。

　　介紹了兩種常用的顯示協同的緩存策略，LCD和MCD策略，是對LCE的改進，降低緩存冗余性。

　　提出的緩存策略都屬于隱式協同的策略，考慮內容的流行度，進行概率性的緩存。該類型的策略能夠很好地提高用戶請求的命中率，同時減小了內容替換的頻率。但現有的流行度設計不符合CCN網絡的Chunk模型。

　　當前對CCN網絡內容緩存方面雖然也取得了一些進步，有的也給出了數學模型，但總體上還處于一種理論研究的初級階段，要想實際應用還有許多問題有待解決。

　　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時，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問頻率或者訪問時間為標準來制定的`。在信息中心網絡中，要求緩存工作在線速條件下，因此緩存替換算法應該盡可能的高效。

　　現有CCN文獻中最常見的置換策略是最近最少使用策略LRU，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_種最近最少訪問頻率策略LRFU。該算法為緩存空間中的每一個內容緩存項中維護_個權值，用來表示該內容是否被替換。但由于該參數值固定，無法動態適應訪問模式的變化，因而會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：每次隨機選擇兩個數據塊，將其中具有更高流行度的數據塊置換掉，通過這種設計試圖使流行度低的數據塊更長時間停留在緩存內，保證CCN網絡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期無法被置換的問題，不能達到良好效果。

　　3.3存在問題

　　現有的CCN網絡緩存研究還處于初級階段，各種問題解決方案不夠完善，缺乏CCN網絡總體考慮。不同的應用面向的內容對象具有高度異質性，典型的如Web對象、用戶產生內容(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很大的差異。同時，現有的文獻研究中大多以流行度作為其內容價值的衡量標準，這是不完善的，不同類別內容的價值不能夠完全以流行度的高低顯示出來，例如政治、經濟方面的內容，流行度不_定很高，但內容的價值卻很大。因此，流行度分析模型有待進一步的完善。

　　4結束語

　　目前，現有的網絡架構已難以滿足人們日益增長的各種內容需求，內容逐漸成為網絡的主體。作為未來網絡研究的重要技術，內容中心網絡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，通過網絡內容路由器節點進行內容的緩存，解決了海量信息高效傳輸的問題。本文綜述分析了CCN網絡中內容緩存的問題，首先對現有文獻中提出的各種緩存策略進行了分析，提出各自存在的問題。

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