一种用于内容中心网络的缓存随机放置策略

以内容为中心的网络是一种新型网络架构,它打破了传统的＂主机—主机＂通信模式,将内容本身作为网络的核心.以内容为中心的网络通过分布式的缓存机制对内容业务提供有效支持,缓存的放置策略也成为研究的热点.首先提出一种分布式的缓存随机放置策略,基于节点与内容源之间的跳数随机选择缓存放置节点,实现节点缓存的负载均衡;然后在该策略下推导缓存命中率与内容热度分布、请求到达率、缓存大小的关系.数值计算及仿真结果表明,该策略可以提高缓存命中率,与以内容为中心的网络传统策略相比,获取内容所需的平均跳数可减少5.59%-6.86%.

基于概率的启发式ICN缓存内容放置方法

提出一种基于概率存储的启发式住处中心网络内容缓存方法(PCP)。主要思想是请求消息和数据消息在传输过程中统计必要信息,当数据消息返回时,沿途各缓存节点按照一定概率决策是否在本地缓存该内容。设计缓存概率时综合考虑内容热度和缓存放置收益,即内容热度越高,放置收益越大的内容被缓存的概率越高。实验结果表明,PCP在缓存服务率、缓存命中率、平均访问延迟率等方面,与现有方法相比具有显著优势,同时PCP开销较小。

基于内容中心性的概率缓存内容放置方法

为减少信息中心网络的缓存冗余,改善缓存命中率和利用率,提出了一种基于内容中心性的概率缓存内容放置方法(content-centrality-based probabilistic caching content placement method,CCPCP).与传统网络中仅用来刻画网络拓扑结构的中心性指标不同,采用的内容中心性指标,不仅能刻画缓存节点的位置中心属性,而且能刻画信息内容本身属性.该方法中,沿途各缓存节点综合考虑内容中心性和内容获取时延自适应地计算各自缓存概率,即内容所在节点位置越居于中心,内容热度越高,内容获取时延节省越优的内容被缓存的概率就越高.仿真实验表明:与现有基于概率缓存内容放置方法相比较,CCPCP方法缓存内容副本数目较少,减少率可达到32%以上,CCPCP方法显著地减少了缓存冗余,降低了内容获取时延,提高了缓存命中率和缓存内容利用率.

En-Route Transcoding缓存的优化放置和替换

对en-route transcoding缓存中的缓存路由和协同放置及替换问题进行了研究.提出了CCRA(cost-aware cache routing algorithm)缓存路由算法,能以可控的探测开销来发现潜在的、具有最小访问开销的缓存对象.在此基础上,建立了en-route transcoding缓存的分析模型,将缓存放置和替换问题形式化为一个最优化问题,并利用一种基于动态规划的方法来求解最佳缓存放置策略.仿真结果表明,与已有的元算法放置策略相比,该协同放置和替换策略可以获得更好的CSR性能.

基于兴趣分簇的MP2P环境下的缓存放置策略

无线网络环境下,移动用户节点通过缓存技术降低数据访问的延迟,可以达到节省网络开销,提高服务质量的目的。设计一种基于兴趣-分簇的缓存放置策略,该策略对用户历史访问记录进行聚类分析进而提取关键词,使具有相似访问规律的节点聚合成逻辑网上的兴趣簇。针对MP2P网络的动态性等特征,节点之间的数据交换及共享在簇内进行,有效提高搜索匹配效率。

流媒体服务中基于分布式代理的缓存数据放置策略

随着高速宽带接入技术的发展,流媒体技术的研究得到了迅速的发展,并具有广阔的应用前景。流媒体代理技术作为减轻服务器的访问负载、提高用户的访问响应速度的重要手段,已成为流媒体研究领域中的研究热点之一。针对流媒体服务中的分布式代理服务器系统,提出了一种优化的缓存数据放置策略。其主要思想是将缓存数据放入某个特定的代理服务器中,使得今后访问该数据的网络传输开销最小。仿真实验表明,所提出的算法比传统的缓存数据放置算法能获得更小的传输开销和更好的可扩展性。

基于ICN的未来媒体网络缓存放置策略

随着媒体用户规模的增大和数字媒体内容指数式的增长,现有的互联网、广播网和电信网已无法同时满足如此庞大数据量的高效传输和用户随时随地低成本消费的需求,这严重影响了网络性能和服务质量,并在一定程度上推动了对以信息中心网络(ICN)为代表的未来网络体系架构的研究。在信息中心网络中,缓存放置策略的优劣在一定程度上决定了网络性能的优劣。文章结合奇异值分解算法(SVD)提出基于ICN的未来媒体网络缓存放置策略,通过分析不同网络中请求内容的相似性决定每个网络的缓存内容;一方面,利用ICN数据与位置分离的思想,降低链路负载,另一方面,通过SVD算法提高ICN中的数据响应速率和网络缓存命中率,减小了网络传输开销和数据的传输时延,对于提升媒体网络性能和用户体验具有重要意义。

基于QoE的无人机网络部署和缓存策略优化方法

为了最大限度提升用户的体验质量,设计了一个使用支持缓存的无人机进行辅助通信的蜂窝网络模型。该模型使用无人机通信和边缘缓存相结合的方式来进行流量卸载,通过联合优化无人机部署,缓存放置和用户关联以实现用户QoE的最大化,并使用平均意见得分来对其进行评估。基于问题定义,提出了一个无人机部署、缓存放置和用户关联的联合优化算法,以最大化MOS。该联合算法使用K-means聚类算法为用户创建基于用户位置的无人机部署集群,使用基于罚函数的凸优化算法以获得缓存放置策略,使用贪心算法以获得对用户的关联策略。多次仿真实验验证了所提出算法的有效性和可行性。实验结果表明,与三种基准算法相比,所提出的联合优化算法在MOS、回程流量卸载率和内容访问时延三方面均具有更好的性能。

基于均衡数据放置策略的分布式网络存储编码缓存方案

为了保证网络存储的负载平衡并避免在节点或磁盘故障的情况下造成不可恢复的损失,提出一种基于均衡数据放置策略的分布式网络存储编码缓存方案,针对大型高速缓存和小型缓存分别给出了不同的解决办法。首先,将Maddah方案扩展到多服务器系统,结合均衡数据放置策略,将每个文件作为一个单元存储在数据服务器中,从而解决大型高速缓存问题。然后,将干扰消除方案扩展到多服务器系统,利用干扰消除方案降低缓存的峰值速率,结合均衡数据放置策略,提出缓存分段的线性组合,从而解决小型缓存问题。最后,通过基于Linux的NS2仿真软件,分别在一个和两个奇偶校验服务器系统中进行仿真实验。仿真结果表明,提出的方案可以有效地降低峰值传输速率,相比其他两种较新的缓存方案,提出的方案获得了更好的性能。此外,采用分布式存储虽然限制了将来自不同服务器的内容组合成单个消息的能力,导致编码缓存方案性能损失,但可以充分利用分布式存储系统中存在的固有冗余,从而提高存储系统的性能。

无线网络中多视点视频的缓存放置问题

在高速增长的无线多媒体业务需求量中,由于VR等相关设备的陆续出现使得在用户请求文件中多视点视频占据了越来越多的比重。与传统的二维视频不同,多视点视频有着较大的数据量,因此,将能够有效解决网络负载压力过大问题的缓存技术与多视点视频结合起来研究尤为重要。通过利用多视点视频基于深度图像的渲染技术（DIBR）将其与缓存充分结合起来。提出了一种缓存策略,在缓存容量有限的约束下,致力寻找出一种多视点视频的放置策略从而最大化缓存增益减小传输时间。通过一种有效的算法来解决文件的放置问题,在保证合成视点质量达到一定标准的前提下,将平均缓存增益最优化。最后通过仿真来证明该方法在解决多视点视频放置问题上的良好特性。

基于组播传输的Small Cell网络缓存放置研究

Small Cell是一种低发射功率、小范围覆盖的基站。Small Cell作为3G/4G宏蜂窝的补充,能够使运营商以更低的代价为用户提供更好的无线宽带语音及数据业务。为了减少用户与蜂窝网络请求内容的流量,基于小基站文件流行度的缓存放置方案成为一种常见的解决方法。设计的缓存放置方案考虑到运营商能在一个服务周期内用单个组播服务多个用户对同一文件的请求,这比用多次单播耗费更少的能量。实验结果表明,设计的方案与现有的研究方案相比能量效率更高。

基于自由视点视频的缓存放置策略

无线视频的数据流量快速增长,大量高速有效的缓存方法相继涌出,以满足用户丰富的多媒体业务需求。自由视点视频的超大数据量使问题更加需要借助缓存技术的相关特性,通过有效的内容布局和调度策略来最大化缓存增益来从而减小播放延迟。介绍一种基于分布式缓存的新方法来减少用户请求自由视点视频的平均响应时间。在给定视点文件请求率和服务器容量的前提下,找出一种最大限度减少所有服务器传输时间的文件放置方法,其目标是提高缓存性能。最后通过仿真来展示本文的算法在解决自由视点文件放置问题的良好性能。

车联网中基于信息年龄价值的边缘缓存策略

随着第五代移动通信(5G)技术的快速发展,车联网(Internet of Vehicles,IoV)已成为5G的重要应用场景之一.针对IoV应用对即时性内容缓存的迫切需求,本文研究了支持动态内容缓存的移动边缘缓存方案以确保动态内容的时效性,该方案允许车辆从边缘缓存接入点(Caching-enabled Access Point,CAP)获得具有新鲜度约束的缓存内容.此外,本文基于协作缓存,利用概率论建立了CAP缓存刷新和交付的随机模型.同时,以基于信息年龄(Age of Information,AoI)的缓存命中率为IoV缓存的服务质量(Quality of Service,QoS)指标,建立了系统缓存命中的价值模型.为确保缓存内容的有效性,本文在分层切片框架中考虑了两种具有不同AoI要求的车辆内容请求.最后,本文提出了一个基于协作内容放置的系统内容缓存命中价值最大化的优化问题,这是一个NP-hard多目标多维多选择背包问题.因此,本文将其划分为若干个相互独立的优化问题并设计了一种基于内容年龄价值的最大增量算法进行求解.仿真结果表明,本文采用的CAP协作内容放置策略的性能优于其他传统方法.

一种基于区域划分和内容流行度的NDN缓存策略

针对命名网络中路由器缓存能力有限的问题,提出了一种基于区域划分和内容流行度的NDN缓存策略(CCNCP).该策略根据拓扑结构划分区域,并综合衡量节点重要性选出局部中心节点和全局中心节点;引入分类的内容流行度,合理地将不同流行度的内容缓存在不同重要度的节点.首先采用经典的GN算法进行社区划分.定义了度中心性、紧密中心性、介数中心性等中心性度量指标.然后建立了系统模型,给出了缓存策略.最后对Zachary空手道俱乐部网络的社团结构进行改编,并引入真实拓扑GARR,使用Icarus模拟器进行仿真试验.结果表明:CCNCP在2个不同网络结构中表现得最好;当参数S等于0.25时,CCNCP和第2好缓存策略ProbCache的缓存命中率、延迟、路径拉伸比分别为30.9%和26.8%、52.9和56.2 ms、0.584和0.617,前者比后者分别提高4.1%、降低5.9%、降低5.3%,可见CCNCP在3个指标上与现有的典型策略相比都具有显著优势.

移动Ad Hoc网络下协作缓存策略研究

缓存是提高数据访问效率的一种常用技术。协作缓存技术,在多节点间实现缓存数据的共享,发掘缓存技术的潜能。移动Ad Hoc网络中缓存的基本问题是:缓存放置、缓存发现以及缓存替换。根据两种基本缓存的优点,结合Ad Hoc网络环境的动态变化,提出一种效率更高的Adaptive缓存放置策略。同时由于Ad Hoc网络资源有限性,文中对现有的COOP缓存发现策略引入了核心节点概念,提出一种改进的E-COOP策略。仿真结果表明,相比其他现有的缓存方案,Adaptive缓存放置策略配合改进的E-COOP缓存发现策略,在查询延迟、能量损耗、数据吞吐量等方面具有显著优势。

ICN中的一种协作缓存机制

为了克服现有Internet架构存在的众所周知的缺点,未来网络的研究成为热点.ICN(information-centricnetworking)在众多新架构中正逐渐被公认为最有前途的方案.它把传输的内容缓存到沿途的节点.高效的缓存机制是它的一个重要研究方面.为此,提出了一种在分布式缓存机制中嵌入中心式缓存决策的机制(content-awareplacement,discovery and replacement,简称APDR),它把内容的放置、发现、替换统一起来考虑,实现内容的有序缓存,提高网络的性能.APDR的主要思想是:Interest报文除了携带对内容的请求以外,还收集沿途各节点对该内容的潜在需求、空闲缓存等信息,使得Interest的汇聚点和目的地节点可以据此计算出一个缓存方案,并把该方案附加在Data报文上,通知返程途中的某些节点缓存该内容并设置指定的缓存时间.在多种实验条件下对APDR进行了仿真验证,结果表明,APDR可以改善网络性能,包括缓存命中率、接入代价、替换数量、转发效率以及缓存鲁棒性等;而且APDR的额外开销也不大.

CCN中选择性缓存机制的研究

现有Internet架构存在着众所周知的缺点,未来网络架构的研究成为了热点.其中,CCN(Content-Centric Networking)在众多新架构中正逐渐被大家认为是最有前途的方案之一,它要求网络中的每一节点都要有缓存功能.所以,研究高效的缓存机制就成为实现CCN预期目标的关键.针对CCN现有缓存机制中存在的"无序缓存"的问题,文中提出了选择性缓存机制SC(Selective Caching).它根据用户的潜在需求和内容的流行规律,只在必要的节点上选择性地(而不是沿着内容传输路径处处地)缓存.同时,采用带宽换缓存的思想,利用链路的冗余带宽,将内容分流到相邻节点缓存,进一步提升缓存效率.我们首先提出了缓存空间消耗的理论分析模型,然后在多种实验条件下对SC进行了验证,实验结果表明SC可以提高网络的缓存效率和性能,同时SC的通信、计算、状态记忆等额外开销也都很小.

分布式缓存系统中一种优化缓存部署的图算法

数据缓存技术可以有效地减少网络拥塞,减轻服务器负载,加快信息访问速度.通过部署一组地域分布的缓存节点相互协作处理用户请求,可以进一步提高系统性能.在分布式缓存系统中,一个值得关注的问题是优化缓存的放置,使访问开销最小化.首先建立了一个理论模型来分析缓存副本放置对系统访问开销的影响.基于这个模型,缓存放置问题可以形式化地描述成一个最优化问题,提出了一种图算法来解决该问题.图算法使用修改的Dijkstra算法在访问代价图中寻找一条最短路径,该路径对应一种最优的缓存部署.理论上证明了图算法的正确性,并使用仿真实验对其性能进行评估.实验结果表明,图算法的性能优于大部分现有的分布式缓存机制.

无线网络环境下的缓存策略研究

日益普及的无线网络和移动设备为普适的Internet接入提供了良好的硬件基础,缓存技术是普适Internet场景中人们进行信息共享和分发的关键技术之一。综述了两类无线网络环境,即基于基础设施无线网络环境和移动自组网中的缓存策略,具体包括缓存放置策略、缓存替换策略、缓存一致性维护算法。进而分析、讨论了上述策略的优缺点,并指出了缓存策略的发展趋势。

一种超节点P2P网络中基于语义的协同缓存管理机制

超节点P2P(Super-peer P2P)结合了P2P结构和C/S结构的优点,是当前应用最广的一类P2P系统。在超节点P2P网络中,文件访问是最基本的操作,往往使用缓存技术来提高其操作效率。目前大多数超节点P2P网络使用传统的"尽力而为"的缓存机制,该机制没有区分超节点网络中不同节点对资源的需求及关注程度不同,导致偶尔访问的对象替换经常访问的对象。针对"尽力而为"缓存机制的不足,本文提出一种基于语义信息的协同缓存管理机制SCOCM(Semantic-based Cooperative Cache Management mechanism for super-peer networks),应用已经请求对象的语义信息主动地选择对象放置缓存,以兴趣度的远近驱逐缓存内的对象,减少缓存对象的替换,使得每个缓存中缓存的对象之间尽可能地保持语义联系。实验结果表明,基于语义信息的协同缓存管理机制与LRU相比可大大降低缓存的替换率,提高缓存的存取效率,命中率也较高。