指导网络缓存协议模拟程序参数调整过程的新手段——理想命中率

编写模拟程序是进行网络缓存协议研究的常用手段,而服务器日志是对模拟程序进行测试的原始数据。我们在使用日志文件进行测试之前,通过对日志文件简单的分析,得到不同日志文件各自的重要特征--理想命中率,可以大大降低调试模拟程序参数时的盲目性。     

指导网络缓存协议模拟程序参数调整过程的新手段--理想命中率

编写模拟程序是进行网络缓存协议研究的常用手段，而服务器日志是对模拟程序进行测试的原始数据。我们在使用日志文件进行测试之前，通过对日志文件简单的分析，得到不同日志文件各自的重要特征——理想命中率，可以大大降低调试模拟程序参数时的盲目性。     

基于PageRank的缓存替换策略

为了提高代理缓存的性能,提出了基于PageRank的缓存替换策略。该算法是从用户访问行为对文件对象价值具有影响的角度提出的,该算法首先将用户和文件对象类比为网络中的节点,将用户和文件对象之间的访问关系抽象为网络中的连线,然后采用PageRank算法计算文件和用户的权重值,最后在需要进行缓存替换时,优先替换文件权重值小的文件。仿真实验的结果表明,相对于LFU算法,该算法具有较高的请求命中率和字节命中率。     

基于内容价值的缓存替换策略

缓存替换机制是内容中心网络的重要研究问题之一,考虑到缓存空间的有限性,合理地对缓存内容进行置换,成为影响网络整体性能的关键因素。因此,设计了一种基于内容价值的缓存替换方案。该方案综合考虑了内容的动态流行度、缓存代价以及最近被请求的时间,构建了更实际的内容价值函数,并依据该内容价值函数,设计了有效的内容存储与置换方案。具体地,当缓存空间不足时,对已有缓存内容按照价值从小到大进行置换。仿真结果表明,相比于传统替换算法 LRU、LFU 和 FIFO,本文提出的方案有效地提升了网络节点的内容缓存命中率,降低了用户获取内容的平均跳数。     

内容中心网络中基于差异化缓存通告的混合路由机制

针对内容中心网络(CCN)节点暂态缓存的高效利用问题,将数据场的思想引入到CCN转发决策中,该文提出一种基于差异化缓存通告的混合路由机制。缓存通告时,依据内容活跃等级和缓存驻留概率,执行差异化的内容通告和势能辐射;路由查找时,针对持久稳定的内容源和动态可变的临时缓存副本,分别构建全局导向和局域吸引势能辐射场,实现兴趣包请求的全局路由和局部就近应答。仿真结果表明,该机制减小了内容请求时延,提高了缓存命中率,以少量额外的开销提升了CCN网络整体的内容分发性能。     

雾网络中基于统计分布的内容缓存与交付方案

作为5G中的一种重要模型，雾无线接入网络(Fog Radio Access Network, F-RAN)通过设备到设备通信和无线中继等技术获得了显著的性能增益，而边缘设备中合适的缓存则可以让内容缓存用户(Caching Users, CUs)向内容请求用户(Requesting Users, RUs)直接发送缓存内容，有效减小前传链路的负担和下载延迟。考虑一个F-RAN模型下用户发出请求并获得交付的场景，将每个CU的内容请求队列建模为独立的M/D/1模型，分析导出CUs缓存命中率和平均下载延迟关于内容缓存与交付方案的表达式，证明CUs缓存命中率与内容统计分布之间的联系有助于实现前者的近似最优解。针对在一段时间内的期望视角下建立的优化问题，提出了基于统计分布的算法并注意了执行时的交付控制。仿真结果表明，相较于现有缓存策略，优化内容整体统计分布的方案能够最大化CUs缓存命中率，同时减小平均下载延迟。     

CCN中基于替换率的缓存空间动态借调机制

针对内容中心网络(CCN, content centric networking)节点存储资源的有效利用和优化配给问题,在同质化缓存分配的基础上,提出了一种基于替换率的缓存空间动态借调机制。该机制从节点存储空间使用状态的动态差异性出发,首先对于缓存资源借调的合理性给予证明,进而,依据节点对于存储资源的需求程度,动态地执行缓存借调,将相对空闲的存储资源分配给需求程度更大的节点支配,换取过载节点缓存性能的提升。该机制减小了内容请求跳数,提高了缓存命中率,以少量额外的代价换取了内容请求开销的显著下降,提升了存储资源整体利用率,仿真结果验证了其有效性。     

内容流行分布动态性对基站端缓存性能的影响

为了满足移动数据的爆炸性增长,在无线边缘部署缓存已经成为下一代移动通信的研究热点之一。业务模型与实际相符的程度直接决定了无线缓存性能评估的准确性,然而目前几乎所有关于无线缓存的文献所采用的文件请求模型并未考虑内容流行分布的动态变化。最近已有文献考虑时变流行分布,但是均采用了被动缓存策略,而主动缓存策略对无线缓存十分重要。本文分别基于一个能够描述内容流行度动态变化的文件请求模型——散粒噪声模型、和现有文献中广泛采用的独立参考模型,分析了采用被动和基于预测的主动基站缓存策略时内容流行分布动态变化对命中率和无线网络吞吐量的影响。仿真结果表明,采用散粒噪声模型对评估无线缓存系统吞吐量的影响很大,特别是当网络中干扰较小时;另外,已有文献基于被动缓存策略得到的结论并不适于主动缓存策略。      

基于内容预期价值的内容中心网络缓存替换策略

缓存替换技术是内容中心网络的研究内容之一。相对于海量的内容数据,缓存空间总是有限的,良好的缓存替换策略可以提高缓存收益。考虑到内容在将来被请求的概率越大,预期访问时间距离当前时刻越近,其留存价值就越大,提出了一种基于内容预期价值的替换策略。该方案通过考虑内容流行度和预期访问时间到当前时刻的时间距离,构建内容预期价值函数,并据此将价值最小的内容替换出去。仿真实验证明,该策略相对于传统的缓存替换策略,可以有效提高缓存命中率、降低请求跳数,提高网络性能。     

基于收益感知的信息中心网络缓存机制

针对信息中心网络（ICN）内置缓存系统中的海量内容块流行度获取和存储资源高效利用问题,以最大化节省内容访问总代价为目标,建立针对内容块流行度的缓存收益优化模型,提出了一种基于收益感知的缓存机制。该机制利用缓存对请求流的过滤效应,在最大化单点缓存收益的同时潜在地实现节点间协作和多样化缓存;使用基于布隆过滤器的滑动窗口策略,在检测请求到达间隔时间的同时兼顾从源服务器获取内容的代价,捕获缓存收益高的内容块。分析表明,该方法能够大幅压缩获取内容流行度的存储空间开销;仿真结果表明,该方法能够较为准确地实现基于流行度的缓存收益感知,且在内容流行度动态变化的情况下,在带宽节省和缓存命中率方面更具优势。     

命名数据网络中基于内容请求相关性的协作缓存算法

针对命名数据网络(Named Data Networking, NDN)存储空间的有效利用和应答内容的高效缓存问题,该文采用差异化缓存的方式,提出一种依据内容请求序列相关性的协作缓存算法。在内容请求中,预先发送对于后续相关数据单元的并行预测请求,增大内容请求的就近响应概率;缓存决策时,提出联合空间存储位置与缓存驻留时间的2维差异化缓存策略。根据内容活跃度的变化趋势,空间维度上逐跳推进内容存储位置,时间维度上动态调整内容缓存时间,以渐进式的方式将真正流行的请求内容推送至网络边缘存储。该算法减小了内容请求时延和缓存冗余,提高了缓存命中率,仿真结果验证了其有效性。     

命名数据网络中基于局部请求相似性的协作缓存路由机制

该文针对命名数据网络(Named Data Networking, NDN)应答内容的高效缓存和利用问题,依据内容请求分布的局域相似特征,提出一种协作缓存路由机制。缓存决策时,将垂直请求路径上的冗余消除和水平局域范围内的内容放置进行有效结合。垂直方向上,提出基于最大内容活跃因子的路径缓存策略,确定沿途转发对应的最大热点请求区域;水平方向上,采用一致性Hash协同缓存思想,实现应答内容的局域定向存储。路由查找时,将局域节点缓存引入到路由转发决策中,依据内容活跃等级动态执行局域缓存查找,增大内容请求就近响应概率。该机制减小了内容请求时延和缓存冗余,提高了缓存命中率,以少量额外的代价换取了内容请求开销的大幅下降,仿真结果验证了其有效性。     

一种内容中心网络中的热区控制及内容调度缓存算法

针对内容中心网络中同质化缓存造成的节点负载不均和存储资源无法有效利用的问题,提出一种热区控制及内容调度缓存算法.在内容请求时,根据节点介数与节点访问度综合判断节点热度,筛选出负载过重节点;缓存决策时,以流行度为依据将内容调度至空闲邻居节点,并设置生命期控制机制,从而达到分散请求、消除热区的目的.仿真结果表明该算法减少了请求时延与路由跳数,在提高缓存命中率的同时,有效改善了负载在节点上分布的均衡性.     

CCN中基于业务类型的多样化内容分发机制

针对内容中心网络(Content Centric Networking,CCN)如何提供差异化的业务需求服务的问题,采用区分服务的思想,从内容传输和缓存决策的角度出发,提出了一种基于业务类型的多样化内容分发机制.该机制依据不同的业务请求特征,分别设计了持久推送、并行预测和逐包请求的数据分发模式,对应提出了透明转发、边缘概率缓存和渐进式推进的沿途存储策略,实现了内容传递对于业务类型的感知和匹配.仿真结果表明,该机制减小了内容请求时延,提高了缓存命中率,以少量额外的控制开销提升了CCN网络整体的内容分发性能.     

一种基于日志分析的缓存效率提升方法

在移动互联网时代,互联网资源的缓存系统对客户感知具有重要影响。早期的缓存系统存在服务质量低下、QOS难以评估、缓存命中率难以提升等问题,文章提出的分析方法通过对缓存日志中关键字段进行细致分析、运算,提取出缓存资源质量关键指标并优化,通过降低传统方法评估缓存系统效率的人力成本,能够准确、快速的找到缓存资源中存在效率、质量降低的资源,从而对缓存资源进行优化和效率的提升。     

基于内容分块流行度分级的信息中心网络缓存策略

信息中心网络(ICN:Information-Centric Networking)域内缓存机制的研究大多假定单个内容的流行度相同,而忽视了同一内容的不同分块具有不同流行度的特性.本文提出了一种基于内容分块流行度以及缓存节点位置的分级缓存策略,通过兴趣包和数据包携带标签的方式实现隐式缓存协作.仿真实验证明相比于其他方案,该方案可以充分利用细粒度的内容分块流行度这一特性,提高缓存路由器缓存命中率,减小用户请求内容时延以及网络流量,进而提升用户对实时业务的服务体验.     

移动边缘计算中基于联邦学习的视频请求预测和协作缓存策略

随着互联网社交平台的崛起和移动智能终端设备的普及,自媒体短视频、直播等视频业务蓬勃发展,人们对高质量视频服务的需求也急剧上升。与此同时,连接到核心网络的大量智能设备增加了回程链路的负载,传统的云计算难以满足用户对视频服务的低延迟要求。移动边缘计算(MEC)通过在网络边缘部署具有计算和存储能力的边缘节点,通过在更靠近用户的边缘侧提高计算和存储服务,降低了数据传输时延进而缓解了网络阻塞。因此,基于MEC架构,该文充分利用网络边缘资源,提出了基于联邦学习的视频请求预测和视频协作缓存策略。通过利用多个边缘节点对提出的深度请求预测模型(DRPN)视频请求预测模型进行联邦训练,预测视频未来的请求情况,然后量化缓存内容所带来的时延收益并协作地以最大化该时延收益为目的进行缓存决策。该文分析了真实数据集MovieLens,模拟了视频请求缓存场景并进行实验。仿真结果表明,相比于其他策略,所提策略不仅能有效降低用户等待时延,在有限的缓存空间中提高内容多样性,从而提高缓存命中率,降低缓存成本,还能降低整个系统的通信成本。     

基于内容流行度差异性的CDN-P2P融合分发网络缓存替换机制研究

现有的CDN-P2P缓存替换机制没有关注内容文件中各片段的个体流行度差异性,而无法提高预缓存内容片段的访问命中率。鉴于此,提出了基于流行度差异性的缓存替换机制Diff-Attribute。同时考虑了内容文件的整体流行度和文件中各个片段的个体流行度。此外,基于分布熵,定义了一种内容流行度均衡性度量方法：若流行度均衡,就提前缓存各文件的前缀片段;否则提前缓存热门文件或其中最热门的内容片段。仿真结果表明：在缓存命中率和字节命中率方面,Diff-Attribute机制分别高出LFU、LRU等传统机制约6%和8%;在访问延迟启动率和传输成本消耗率方面,Diff-Attribute机制则降低了约13%和7%。     

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。     

内容中心网络中面向隐私保护的协作缓存策略

针对内容中心网络节点普遍缓存带来的隐私泄露问题,在兼顾内容分发性能的基础上,该文提出一种面向隐私保护的协作缓存策略。该策略从信息熵的角度提出隐私度量指标,以增大攻击者的不确定度为目标,首先对于缓存策略的合理性给予证明;其次,通过构建空间匿名区域,扩大用户匿名集合,增大缓存内容的归属不确定性。缓存决策时,针对垂直请求路径和水平匿名区域,分别提出沿途热点缓存和局域hash协同的存储策略,减小缓存冗余和隐私信息泄露。仿真结果表明,该策略可减小内容请求时延,提高缓存命中率,在提升内容分发效率的同时增强了用户隐私保护水平。