文獻(xiàn)標(biāo)識碼: A
DOI: 10.19358/j.issn.2096-5133.2020.08.012
引用格式: 姚進(jìn)發(fā). 命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中基于Dec-POMDP的緩存策略[J].信息技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)安全,,2020,,39(9):61-67,73.
0 引言
隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展以及互聯(lián)網(wǎng)用戶的快速增加,網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的主體正逐步向內(nèi)容獲取和信息服務(wù)演進(jìn),。早期為解決端到端通信問題而設(shè)計的基于TCP/IP的體系架構(gòu)對計算機網(wǎng)絡(luò)性能的限制使得傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)難以滿足海量的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理需求,,這激發(fā)了人們對未來網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計的重新思考與研究。信息中心網(wǎng)絡(luò)(Information-Centric Networking,,ICN)[1]作為一種“革命性”體系架構(gòu),,其以內(nèi)容為中心的特點無縫迎合了未來網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢,因而受到研究學(xué)者的廣泛關(guān)注,。在ICN體系的諸多部署方案中,,命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)(Named Data Networks,NDN)因其先進(jìn)的設(shè)計理念,、靈活的路由轉(zhuǎn)發(fā)機制以及分布式的網(wǎng)內(nèi)緩存方式等良好特性已經(jīng)成為ICN中的研究熱點,。
為了滿足高效的內(nèi)容分發(fā)與獲取的需求,NDN在設(shè)計時通過引入網(wǎng)內(nèi)緩存(in-network caching)機制來減少不必要的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸,,從而提高數(shù)據(jù)傳輸效率,,增強網(wǎng)絡(luò)的可擴展性。在NDN中,,每個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點都具有一個內(nèi)容存儲庫(Content Store,,CS),用于緩存經(jīng)過本地節(jié)點的數(shù)據(jù),,從而為后續(xù)與數(shù)據(jù)對應(yīng)的相關(guān)請求提供路徑緩存服務(wù),。然而,與海量的數(shù)據(jù)相比,,網(wǎng)絡(luò)節(jié)點中CS的容量相當(dāng)有限,,因此如何合理地進(jìn)行內(nèi)容放置和緩存決策,是影響NDN性能的關(guān)鍵因素,。
NDN在設(shè)計之初默認(rèn)采用處處緩存(Cache Everything Everywhere,,CEE)策略[2],但該方法會導(dǎo)致節(jié)點緩存內(nèi)容趨于同質(zhì)化,,故無法充分發(fā)揮網(wǎng)內(nèi)緩存效率,。近年來,學(xué)術(shù)界圍繞NDN緩存技術(shù)的研究已經(jīng)取得了不少成果,。文獻(xiàn)[3]針對CEE策略的緩存冗余問題,,提出只在請求命中節(jié)點的直接下一跳緩存數(shù)據(jù)(Leave Copy Down,LCD),,一定程度上提高了網(wǎng)絡(luò)緩存的利用率,,但流行度高的內(nèi)容需要被訪問多次才能緩存到邊緣節(jié)點上,。文獻(xiàn)[4]提出了一種基于內(nèi)容流行度的協(xié)作緩存策略(WAVE),它根據(jù)內(nèi)容請求次數(shù)以指數(shù)方式逐步增加沿途節(jié)點上所緩存的數(shù)據(jù)包個數(shù),,從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)在空間存儲位置上的差異化,,但該方案并沒有考慮內(nèi)容請求序列的相關(guān)性。文獻(xiàn)[5]通過估算路徑的剩余存儲能力來計算同一路徑上的不同數(shù)據(jù)流在沿途各節(jié)點上的緩存概率,,從而提出了一種兼顧不同數(shù)據(jù)流間存儲公平性的概率緩存策略(ProbCache)。文獻(xiàn)[6]提出了一種分布式沿途緩存策略,,即最大增益網(wǎng)內(nèi)緩存(MAGIC),。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點基于內(nèi)容流行度和路由跳數(shù)來計算內(nèi)容的緩存增益,并在數(shù)據(jù)傳輸路徑上選擇具有最大緩存增益的節(jié)點進(jìn)行內(nèi)容緩存,,從而達(dá)到減少網(wǎng)絡(luò)帶寬消耗的目的,。但該方案在進(jìn)行緩存決策時需要重新計算各內(nèi)容的流行度,因此計算量大,,執(zhí)行復(fù)雜度高,。文獻(xiàn)[7]提出了一種主動緩存策略,其主要思想是利用熵來衡量移動性預(yù)測的不確定性,,并定位最佳的預(yù)取節(jié)點,,從而降低服務(wù)器負(fù)載,并減少緩存冗余,。
針對NDN的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)特性,,本文提出了一種基于Dec-POMDP的NDN緩存策略。首先利用Dec- POMDP理論框架對NDN網(wǎng)絡(luò)的緩存問題進(jìn)行建模,,該模型考慮了緩存節(jié)點間的相互協(xié)作,,以實現(xiàn)降低緩存內(nèi)容冗余度和內(nèi)容優(yōu)化存儲的目的。在此基礎(chǔ)上,,通過限制節(jié)點的協(xié)作域的方法來避免引入過量的額外通信開銷,,進(jìn)而降低模型求解的復(fù)雜度。最后,,本文給出了一種基于強化學(xué)習(xí)的局部近似最優(yōu)緩存策略的求解算法,。仿真結(jié)果表明,該方法能夠有效增加緩存內(nèi)容的多樣性,,提升緩存命中率,,進(jìn)而減小用戶請求內(nèi)容的總跳數(shù)。
本文詳細(xì)內(nèi)容請下載:http://forexkbc.com/resource/share/2000003100
作者信息:
姚進(jìn)發(fā)
(銳捷網(wǎng)絡(luò)股份有限公司 銳捷研究院,,福建 福州350002)