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基于拓扑的命名数据网络缓存优化策略

魏欣 颜拥 郭少勇 于卓 邱雪松

魏欣, 颜拥, 郭少勇, 于卓, 邱雪松. 基于拓扑的命名数据网络缓存优化策略[J]. 电子与信息学报, 2018, 40(9): 2057-2063. doi: 10.11999/JEIT170967
引用本文: 魏欣, 颜拥, 郭少勇, 于卓, 邱雪松. 基于拓扑的命名数据网络缓存优化策略[J]. 电子与信息学报, 2018, 40(9): 2057-2063. doi: 10.11999/JEIT170967
Xin WEI, Yong YAN, Shaoyong GUO, Zhuo YU, Xuesong QIU. Topology Based Caching Optimizing Strategy in Named Data Networking[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2018, 40(9): 2057-2063. doi: 10.11999/JEIT170967
Citation: Xin WEI, Yong YAN, Shaoyong GUO, Zhuo YU, Xuesong QIU. Topology Based Caching Optimizing Strategy in Named Data Networking[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2018, 40(9): 2057-2063. doi: 10.11999/JEIT170967

基于拓扑的命名数据网络缓存优化策略

doi: 10.11999/JEIT170967
基金项目: 国家自然科学基金(61702048),国家电网公司科技项目(5211DS17002D)
详细信息
    作者简介:

    魏欣:女,1996年生,博士生,研究方向为区块链、信息中心网络、物联网

    颜拥:男,1986年生,博士生,研究方向为区块链技术及其应用、电力市场、互联网、电力营销

    郭少勇:男,1985年生,讲师,主要研究方向为区块链与电力物联网

    于卓:男,1980年生,副高级工程师,主要研究方向为区块链及其应用、电力信息化

    邱雪松:男,1973年生,教授,博士生导师,主要研究方向为边缘计算

    通讯作者:

    魏欣  vaisy@foxmail.com

  • 中图分类号: TP393

Topology Based Caching Optimizing Strategy in Named Data Networking

Funds: National Natural Science Foundation of China (61702048), State Grid Corporation of Science and Technology Project (5211DS17002D)
  • 摘要: 针对命名数据网络(NDN)存储空间的有效利用和应答内容的高效缓存问题,该文建立了模型并基于拓扑信息采用贪心算法求解,执行过程中考虑兴趣热度对其优化,从而有效缩短网络整体的缓存命中距离。该文基于ndnsim及一些真实拓扑数据完成了仿真实验,并对提出的算法与传统的prob算法,默认的沿途全部缓存(CEE)算法及基于度的差异缓存算法(HSS)做出了对比及分析,验证了算法的有效性。
  • 图  1  NDN网络架构模型

    图  2  网络拓扑示意图

    图  3  归一化收益-缓存决策所占比例

    图  4  性价比-缓存决策所占比例

    图  5  收益-缓存条目数

    表  1  算法流程

     第1部分:依据拓扑信息为节点分配缓存
     节点计算路由表信息时:
      for all ${v_i} \in V$\; do
       for all ${v_j} \in V$\; do
         计算最短路径树得到 $p(i,j)$ and $d(i,j)$
       for all ${p_j} \in p(i,j)$ do
         for all ${v_k}$ in ${p_j}$ do
          $w(i,k)$+=1
       for all ${v_j} \in V$\; do
         计算 $w(i,j) \cdot d(i,j)$
      降序 $w(i,j) \cdot d(i,j)$
      while $\sum\limits_{{v_j} \in V} {{c_i}{x_{j,{f_i}}} \le kC} $
        ${x_{j,{f_i}}}$=1
      end while
     第2部分:执行过程中的优化
     节点收到内容
      If $({x_{j,f}}=1)$ then
       在[0, 1]区间生成随机数
       if (num<p) then
        cache f
    下载: 导出CSV

    表  2  真实网络拓扑参数

    网络 拓扑性质 核心网规模 时间
    GEANT 欧盟骨干网 37个节点,58条链路 2012年
    GARR 意大利骨干网 48个节点,62条链路 2011年
    DFN 德国骨干网 51个节点,80条链路 2011年
    Janet 英国骨干网 28个节点,43条链路 2011年
    下载: 导出CSV

    表  3  实验设置参数

    实验参数 实验设置
    缓存概率(prob) 0.5
    缓存概率(p) 0.5
    每节点产生内容数 100
    每节点请求内容频率 10 个/s
    每节点缓存空间 无限
    内容流行度 Zipf(q=0.7)
    仿真持续时间 10 s
    下载: 导出CSV

    表  4  基于DC的HSS策略实现伪代码

    for all ${v_j} \in V$\; do
      计算经过 ${v_j}$的路径数 ${m_j}$
      更新最大路径数M
    ${v_i}$收到内容
      在[0, 1]区间生成均匀分布的随机数
     ------------------------if (num< $k{m_i}/M$) then
      cache f
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2017-10-19
  • 修回日期:  2018-06-11
  • 网络出版日期:  2018-07-12
  • 刊出日期:  2018-09-01

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