一種基于緩存角色劃分的緩存協(xié)同系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于緩存節(jié)點(diǎn)角色劃分的緩存協(xié)同系統(tǒng)。緩存協(xié)同系統(tǒng)將網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)分為接入層節(jié)點(diǎn)和核心層節(jié)點(diǎn)；接入層節(jié)點(diǎn)鄰近所服務(wù)的用戶，以傳統(tǒng)的緩存替換算法獨(dú)立地進(jìn)行緩存決策和替換；核心層節(jié)點(diǎn)作為一個邏輯整體協(xié)同工作，用于提高整個緩存網(wǎng)絡(luò)的緩存多樣性。當(dāng)對某個內(nèi)容的請求到達(dá)接入層緩存節(jié)點(diǎn)時，首先查詢其自身的緩存，如果存在，則直接將緩存內(nèi)容返回，否則，將向核心層緩存節(jié)點(diǎn)查詢是否存在所請求的內(nèi)容，如果存在，則服務(wù)請求；當(dāng)核心層也不存在所請求內(nèi)容時，接入層節(jié)點(diǎn)最后依據(jù)FIB表將請求向該網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商或內(nèi)容提供商外部轉(zhuǎn)發(fā)。本發(fā)明的系統(tǒng)能有效地降低網(wǎng)絡(luò)流量、提高用戶體驗。
【專利說明】—種基于緩存角色劃分的緩存協(xié)同系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于緩存角色劃分的緩存協(xié)同系統(tǒng)，屬于網(wǎng)絡(luò)多媒體數(shù)據(jù)傳輸【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)前，用戶對互聯(lián)網(wǎng)的需求正逐步從以點(diǎn)對點(diǎn)通信為主轉(zhuǎn)變?yōu)橐詢?nèi)容獲取為主。傳統(tǒng)的以單播路由為主的網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)已經(jīng)難以有效支撐海量的點(diǎn)對面的異步內(nèi)容分發(fā)。作為一種適配點(diǎn)對面?zhèn)鬏數(shù)募夹g(shù)，緩存能有效地緩解網(wǎng)絡(luò)的流量壓力。目前，無論是內(nèi)容提供商還是網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商，都傾向于通過部署泛在的緩存系統(tǒng)來降低網(wǎng)絡(luò)流量、提高用戶體驗。以NDN為代表的內(nèi)容中心網(wǎng)絡(luò)更是將內(nèi)容緩存作為新型網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)的基本組成要素。
[0003]在緩存泛在化、透明化的背景下，傳統(tǒng)的基于單緩存的替換算法或基于層次結(jié)構(gòu)的緩存協(xié)同機(jī)制不再適用。一方面，緩存系統(tǒng)應(yīng)該盡量提高用戶體驗，因此，應(yīng)盡量緩存流行度高的內(nèi)容，并將這些內(nèi)容推向網(wǎng)絡(luò)的邊緣，這將導(dǎo)致緩存網(wǎng)絡(luò)中流行度高的內(nèi)容將存在眾多的副本，浪費(fèi)寶貴的緩存資源；另一方面，對于訪問頻度較低的內(nèi)容，額外的訪問代價不應(yīng)太高，因此應(yīng)該盡量提高緩存的多樣性，降低同一內(nèi)容副本的出現(xiàn)頻度，但一味地提高緩存的多樣性難以保證用戶對高頻度內(nèi)容訪問的體驗。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題，提供一種基于緩存角色劃分的緩存協(xié)同系統(tǒng)，能有效地降低網(wǎng)絡(luò)流量、提高用戶體驗。
[0005]具體采用以下技術(shù)方案:
[0006]一種基于緩存角色劃分的緩存協(xié)同系統(tǒng)，系統(tǒng)按照緩存網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)特征將由一個網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商或內(nèi)容提供商管理的緩存系統(tǒng)分成接入層緩存節(jié)點(diǎn)和核心層緩存節(jié)點(diǎn)兩部分，與用戶直接連接或鄰近的緩存節(jié)點(diǎn)為接入層緩存節(jié)點(diǎn)，遠(yuǎn)離用戶位于網(wǎng)絡(luò)核心的為核心層緩存節(jié)點(diǎn)；所述接入層緩存節(jié)點(diǎn)以每個緩存為獨(dú)立單元，按照傳統(tǒng)的緩存替換策略獨(dú)立地作出緩存替換決定；所述核心層緩存節(jié)點(diǎn)以分布式哈希表的方式構(gòu)成一個邏輯整體，以協(xié)同的方式作出緩存決策和緩存替換決定；所述接入層緩存節(jié)點(diǎn)包括接入層請求處理模塊、響應(yīng)處理模塊和接入層緩存替換模塊；所述核心層緩存節(jié)點(diǎn)包含核心層請求處理模塊、基于分布式哈希的路由模塊和核心層緩存替換模塊。
[0007]所述接入層請求處理模塊的處理流程如下:當(dāng)某個內(nèi)容c的請求到達(dá)時，
[0008]步驟1，檢查自身的緩存是否包含被請求的內(nèi)容C，如果包含，則直接返回相關(guān)內(nèi)容，并更新用于緩存替換的相關(guān)狀態(tài)，否則，執(zhí)行下一步；
[0009]步驟2，判斷自身是否是接入層節(jié)點(diǎn)層次緩存結(jié)構(gòu)的根節(jié)點(diǎn)，若不是，則將請求向父緩存節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)，否則，節(jié)點(diǎn)位于接入層層次緩存結(jié)構(gòu)的根，將請求消息轉(zhuǎn)換成核心層的查詢請求，并發(fā)送給核心層節(jié)點(diǎn)；
[0010]步驟3，若核心層依然不包含所請求的查詢內(nèi)容，則向發(fā)出查詢的接入層節(jié)點(diǎn)發(fā)送失敗消息；
[0011]步驟4，查詢FIB表，將請求發(fā)送往FIB表給出的下一跳；
[0012]步驟5，記錄查詢的ID和接收到該請求的端口。
[0013]所述接入層緩存節(jié)點(diǎn)的響應(yīng)處理模塊的處理流程如下:當(dāng)某個內(nèi)容的響應(yīng)到達(dá)時，如果該響應(yīng)是對核心網(wǎng)查詢的響應(yīng)，則表明核心網(wǎng)包含所查詢內(nèi)容的緩存，將內(nèi)容沿著接入層的層次緩存結(jié)構(gòu)返回給請求者，按照節(jié)點(diǎn)的緩存策略作出緩存決策；如果該響應(yīng)是由于FIB表的請求轉(zhuǎn)發(fā)而得到的響應(yīng)，則將內(nèi)容沿著接入層的層次緩存結(jié)構(gòu)返回給請求者，由接入層緩存替換模塊按照節(jié)點(diǎn)的緩存策略作出緩存決策，同時，根據(jù)內(nèi)容響應(yīng)消息構(gòu)造一個內(nèi)容插入請求，向核心層緩存節(jié)點(diǎn)提交該內(nèi)容插入請求。
[0014]所述核心層請求處理模塊，接收接入層緩存節(jié)點(diǎn)發(fā)送的內(nèi)容查詢請求和內(nèi)容插入請求；當(dāng)核心層緩存節(jié)點(diǎn)接收到接入層緩存節(jié)點(diǎn)的內(nèi)容查詢請求時，依據(jù)分布式哈希路由模塊，將內(nèi)容查詢請求路由到負(fù)責(zé)該內(nèi)容的核心層緩存節(jié)點(diǎn)，由該節(jié)點(diǎn)的核心層緩存替換模塊進(jìn)行緩存的替換；當(dāng)內(nèi)容查詢請求路由到負(fù)責(zé)該內(nèi)容的核心層緩存節(jié)點(diǎn)后，該節(jié)點(diǎn)查詢自身的緩存，如果存在所請求的內(nèi)容，則將其返回給發(fā)出請求的接入層緩存節(jié)點(diǎn)，如果不存在所請求的內(nèi)容，則向發(fā)出請求的接入層緩存節(jié)點(diǎn)發(fā)送失敗的消息。
[0015]本發(fā)明采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果:
[0016](I)通過劃分緩存角色，在邊緣接入網(wǎng)緩存存儲高頻度訪問內(nèi)容，而在核心網(wǎng)緩存通過哈希方式存儲低頻度訪問內(nèi)容，能有效提高用戶體驗；
[0017](2)通過提高同一個自治系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的緩存多樣性，能有效降低網(wǎng)絡(luò)域間流量。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1是本發(fā)明的緩存角色劃分示意圖；
[0019]圖2是本發(fā)明接入層緩存節(jié)點(diǎn)請求處理模塊工作流程；
[0020]圖3是本發(fā)明接入層緩存節(jié)點(diǎn)響應(yīng)處理模塊工作流程。
【具體實(shí)施方式】
[0021]本實(shí)施例公開了一種緩存節(jié)點(diǎn)的角色劃分和緩存網(wǎng)絡(luò)組建方法:
[0022]1.由一個網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商或內(nèi)容提供商管理的緩存系統(tǒng)被劃分成接入層節(jié)點(diǎn)和核心層節(jié)點(diǎn)兩部分；
[0023]2.按照緩存網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)特征對緩存節(jié)點(diǎn)進(jìn)行角色劃分，與用戶直接連接或鄰近的緩存節(jié)點(diǎn)為接入層節(jié)點(diǎn)，遠(yuǎn)離用戶位于網(wǎng)絡(luò)核心的為核心層節(jié)點(diǎn)?？梢园凑展?jié)點(diǎn)距離用戶的距離d來進(jìn)行劃分，當(dāng)d大于某個門限值D時，節(jié)點(diǎn)為核心層節(jié)點(diǎn)，反之，為接入層節(jié)點(diǎn)；也可以按照網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的核數(shù)(coreness)進(jìn)行角色劃分，當(dāng)節(jié)點(diǎn)的核數(shù)k大于某個門限值K時，為核心層節(jié)點(diǎn)，反之，為接入層節(jié)點(diǎn)；如圖1所示，按照距離用戶的距離來進(jìn)行劃分(D=I )，則R1-R4為接入層緩存節(jié)點(diǎn)，R5-R9為核心層緩存節(jié)點(diǎn)。
[0024]3.如果在用戶到核心層節(jié)點(diǎn)的路徑上存在多個接入層節(jié)點(diǎn)，則這些接入層節(jié)點(diǎn)構(gòu)成層次化的緩存；
[0025]4.接入層緩存節(jié)點(diǎn)以每個緩存為獨(dú)立單元，按照傳統(tǒng)的緩存替換策略獨(dú)立地作出緩存替換決定；[0026]5.核心層緩存節(jié)點(diǎn)以分布式哈希表(chord, Pastry)的方式構(gòu)成一個邏輯整體，以協(xié)同的方式作出緩存決策和緩存替換決定。
[0027]本實(shí)施例的基于上述緩存節(jié)點(diǎn)角色劃分的緩存協(xié)同系統(tǒng)，其中，接入層緩存節(jié)點(diǎn)包含請求處理模塊、響應(yīng)處理模塊和緩存替換模塊；
[0028]如圖2所示，當(dāng)對某個內(nèi)容c的請求到達(dá)接入層緩存節(jié)點(diǎn)時，請求處理模塊執(zhí)行下述動作:
[0029]步驟1，檢查自身的緩存是否包含被請求的內(nèi)容C，如果包含，則直接返回相關(guān)內(nèi)容，并更新用于緩存替換的相關(guān)狀態(tài)，否則，
[0030]步驟2，判斷自身是否是接入層節(jié)點(diǎn)層次緩存結(jié)構(gòu)的根節(jié)點(diǎn)，若不是，則
[0031]步驟3，將請求向父緩存節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)；
[0032]步驟4，否則，節(jié)點(diǎn)位于接入層層次緩存結(jié)構(gòu)的根，將請求消息轉(zhuǎn)換成核心層的查詢請求，并發(fā)送給核心層節(jié)點(diǎn)；
[0033]步驟5，若核心層依然不包含所請求的查詢內(nèi)容，則向發(fā)出查詢的接入層節(jié)點(diǎn)發(fā)送失敗消息；
[0034]步驟6，查詢FIB表，將請求發(fā)送往FIB表給出的下一跳；
[0035]步驟7,記錄查詢的ID和接收到該請求的端口 ；
[0036]如圖3所示，當(dāng)某個內(nèi)容的響應(yīng)到達(dá)接入層緩存節(jié)點(diǎn)時，如果該響應(yīng)是對核心網(wǎng)查詢的響應(yīng)，則表明核心網(wǎng)包含所查詢內(nèi)容的緩存，則:
[0037]步驟1，將內(nèi)容沿著接入層的層次緩存結(jié)構(gòu)返回給請求者；
[0038]步驟2，按照節(jié)點(diǎn)的緩存策略作出緩存決策；
[0039]否則，如果該響應(yīng)是由于FIB表的請求轉(zhuǎn)發(fā)而得到的響應(yīng)，則
[0040]步驟1，將內(nèi)容沿著接入層的層次緩存結(jié)構(gòu)返回給請求者；
[0041]步驟2，由緩存替換模塊按照節(jié)點(diǎn)的緩存策略作出緩存決策；
[0042]步驟3,由內(nèi)容響應(yīng)消息構(gòu)造一個內(nèi)容插入請求，向核心層緩存節(jié)點(diǎn)提交該內(nèi)容插入請求。
[0043]核心層緩存節(jié)點(diǎn)包含請求處理模塊、基于分布式哈希的路由模塊和緩存替換模塊。
[0044]核心層緩存節(jié)點(diǎn)請求處理模塊負(fù)責(zé)接收并處理接入層緩存節(jié)點(diǎn)發(fā)送的內(nèi)容查詢請求和內(nèi)容插入請求。
[0045]當(dāng)核心層緩存節(jié)點(diǎn)接收到接入層緩存節(jié)點(diǎn)的內(nèi)容查詢請求時，
[0046]步驟1，依據(jù)分布式哈希路由模塊，將內(nèi)容查詢請求路由到負(fù)責(zé)該內(nèi)容的核心層緩存節(jié)點(diǎn)；
[0047]步驟2，當(dāng)內(nèi)容查詢請求路由到負(fù)責(zé)該內(nèi)容的核心層緩存節(jié)點(diǎn)后，該節(jié)點(diǎn)查詢自身的緩存；
[0048]步驟21，如果存在所請求的內(nèi)容，則將其返回給發(fā)出請求的接入層緩存節(jié)點(diǎn)；
[0049]步驟22，如果不存在所請求的內(nèi)容，則向發(fā)出請求的接入層緩存節(jié)點(diǎn)發(fā)送失敗的消息。
[0050]當(dāng)核心層緩存節(jié)點(diǎn)接收到接入層緩存節(jié)點(diǎn)的內(nèi)容插入請求時,基于分布式哈希路由模塊將內(nèi)容插入請求路由到負(fù)責(zé)該內(nèi)容的核心層緩存節(jié)點(diǎn)，由該節(jié)點(diǎn)的緩存替換模塊進(jìn)行緩存的替換。
【權(quán)利要求】
1.一種基于緩存角色劃分的緩存協(xié)同系統(tǒng)，其特征在于，系統(tǒng)按照緩存網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)特征將由一個網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商或內(nèi)容提供商管理的緩存系統(tǒng)分成接入層緩存節(jié)點(diǎn)和核心層緩存節(jié)點(diǎn)兩部分，與用戶直接連接或鄰近的緩存節(jié)點(diǎn)為接入層緩存節(jié)點(diǎn)，遠(yuǎn)離用戶位于網(wǎng)絡(luò)核心的為核心層緩存節(jié)點(diǎn)；所述接入層緩存節(jié)點(diǎn)以每個緩存為獨(dú)立單元，按照傳統(tǒng)的緩存替換策略獨(dú)立地作出緩存替換決定；所述核心層緩存節(jié)點(diǎn)以分布式哈希表的方式構(gòu)成一個邏輯整體，以協(xié)同的方式作出緩存決策和緩存替換決定；所述接入層緩存節(jié)點(diǎn)包括接入層請求處理模塊、響應(yīng)處理模塊和接入層緩存替換模塊；所述核心層緩存節(jié)點(diǎn)包含核心層請求處理模塊、基于分布式哈希的路由模塊和核心層緩存替換模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于緩存角色劃分的緩存協(xié)同系統(tǒng)，其特征在于，所述接入層請求處理模塊的處理流程如下:當(dāng)某個內(nèi)容c的請求到達(dá)時， 步驟1，檢查自身的緩存是否包含被請求的內(nèi)容C，如果包含，則直接返回相關(guān)內(nèi)容，并更新用于緩存替換的相關(guān)狀態(tài)，否則，執(zhí)行下一步； 步驟2，判斷自身是否是接入層節(jié)點(diǎn)層次緩存結(jié)構(gòu)的根節(jié)點(diǎn)，若不是，則將請求向父緩存節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)，否則，節(jié)點(diǎn)位于接入層層次緩存結(jié)構(gòu)的根，將請求消息轉(zhuǎn)換成核心層的查詢請求,并發(fā)送給核心層節(jié)點(diǎn)； 步驟3，若核心層依然不包含所請求的查詢內(nèi)容，則向發(fā)出查詢的接入層節(jié)點(diǎn)發(fā)送失敗消息； 步驟4，查詢FIB表，將請求發(fā)送往FIB表給出的下一跳； 步驟5,記錄查詢的ID和接收到該請求的端口。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于緩存角色劃分的緩存協(xié)同系統(tǒng)，其特征在于，所述接入層緩存節(jié)點(diǎn)的響應(yīng)處理模塊的處理流程如下:當(dāng)某個內(nèi)容的響應(yīng)到達(dá)時，如果該響應(yīng)是對核心網(wǎng)查詢的響應(yīng)，則表明核心網(wǎng)包含所查詢內(nèi)容的緩存，將內(nèi)容沿著接入層的層次緩存結(jié)構(gòu)返回給請求者，按照節(jié)點(diǎn)的緩存策略作出緩存決策；如果該響應(yīng)是由于FIB表的請求轉(zhuǎn)發(fā)而得到的響應(yīng)，則將內(nèi)容沿著接入層的層次緩存結(jié)構(gòu)返回給請求者，由接入層緩存替換模塊按照節(jié)點(diǎn)的緩存策略作出緩存決策，同時，根據(jù)內(nèi)容響應(yīng)消息構(gòu)造一個內(nèi)容插入請求，向核心層緩存節(jié)點(diǎn)提交該內(nèi)容插入請求。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的一種基于緩存角色劃分的緩存協(xié)同系統(tǒng)，其特征在于，所述核心層請求處理模塊，接收接入層緩存節(jié)點(diǎn)發(fā)送的內(nèi)容查詢請求和內(nèi)容插入請求；當(dāng)核心層緩存節(jié)點(diǎn)接收到接入層緩存節(jié)點(diǎn)的內(nèi)容查詢請求時，依據(jù)分布式哈希路由模塊，將內(nèi)容查詢請求路由到負(fù)責(zé)該內(nèi)容的核心層緩存節(jié)點(diǎn)，由該節(jié)點(diǎn)的核心層緩存替換模塊進(jìn)行緩存的替換；當(dāng)內(nèi)容查詢請求路由到負(fù)責(zé)該內(nèi)容的核心層緩存節(jié)點(diǎn)后，該節(jié)點(diǎn)查詢自身的緩存，如果存在所請求的內(nèi)容，則將其返回給發(fā)出請求的接入層緩存節(jié)點(diǎn)，如果不存在所請求的內(nèi)容，則向發(fā)出請求的接入層緩存節(jié)點(diǎn)發(fā)送失敗的消息。
【文檔編號】H04L29/08GK103442039SQ201310351151
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年8月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月13日
【發(fā)明者】張國強(qiáng), 張懷暢 申請人:南京師范大學(xué), 掌贏信息科技（上海）有限公司