信息中心網絡中的內置緩存技術研究

【摘 要】信息中心網絡的建立體現了科技的進步性，其也是互聯網技術不斷發展的產物，在信息中心網絡中，包含著多種技術，這些技術的有效應用可以保證信息中心網絡正常運行。內置緩存技術是信息中心網絡的重要構成，利用這項技術，可以提高信息傳輸的效率，也可以提高網絡資源的利用率，ICN緩存系統是信息中心網絡中一項新型的技術，其與傳統Web以及CDN緩存系統相比，具有較高的透明度，而且可以優化信息中心網絡的緩存體系。本文對信息中心網絡中的內置緩存技術進行分析，提出了幾點優化緩存網絡的方法，希望可以促進內置緩存技術的發展以及應用范圍的擴展。

【關鍵字】信息中心網絡；內置；緩存技術；ICN；系統

隨著互聯網技術的不斷發展，我國通信模式也在不斷的優化與改進，這也促進了信息中心網絡覆蓋面的擴大。ICN是信息中心網絡中重要的內置緩存系統，其與傳統緩存系統相比，有著較多的優點，其透明度比較高，在應用的過程中，可以提高用戶的滿意度。將ICN網絡緩存技術應用在信息中心網絡系統中，可以更好的對信息進行定位，還可以提高信息傳輸的效率。緩解網絡流量的增長速度，可以降低網絡帶寬的壓力，還可以使網絡構架更加透明化，其提高了資源的利用率，而且可以發揮出最大的緩存潛能。本文對ICN緩存進行分析與介紹，希望可以促進內置緩存技術在信息中心網絡中的推廣。

一、ICN內置緩存技術概述

ICN是一種新型的內置緩存系統，其是對Web、CDN緩存系統的改進與革新，而且應用在信息中心網絡中具有較多的優勢與特征。ICN緩存網絡最大的優點是透明度高、緩存泛在化以及細粒度化。下面筆者結合自身經驗，對ICN緩存系統的優點進行簡單的介紹，以供參考。

1、ICN緩存的優點

1.1緩存透明度高

傳統的緩存技術，主要是應用在流量統計中，其主要是以封閉系統的形式進行工作的，其中Web、P2P、CDN都屬于傳統的緩存系統。Web緩存系統是基于開放的HTTP協議存在的，其內容主要是域自主命名，但是同一種對象卻無法一致識別。P2P主要是基于私有協議，其基于封閉系統，而且很難實現緩存空間共享，所以，P2P緩存的透明度比較度。ICN是一種新型的緩存系統，其可以對上述兩種傳統的緩存系統進行了優化，可以實現同一種對象命名一致化的功能，還具有較高的緩存透明度。ICN以其優良的特性成為了通用性強、應用面廣、開放度高的基礎服務。

1.2緩存泛在化

在傳統緩存系統中，首先需要確定緩存點的位置，而緩存網絡結構多呈樹狀，其規律性比較強，緩存之間的協同關系一般建立在流量需求以及數學模型中。ICN緩存系統具有較強的緩存泛在化，而且網絡化程度高，其緩存點并不固定的，緩存結構具有多變性，節點之間緩存的關系并不明確，利用數學模型，無法準確的分析出緩存協同關系。

緩存泛在化，對緩存內容的可用性提出了較高的要求，相對于傳統緩存系統，ICN緩存對象可用性比較清晰，在CDN網絡中，緩存系統對于緩存對象的請求，需要對請求的可用性進行判斷，還要對緩存時間進行分析，優化解析系統的各個節點，提高系統的動態性，維持系統的一致性。在網絡內置緩存環境下，相關技術人員要提高緩存技術的利用率。

1.3緩存細粒度化

傳統的緩存一般是以文件作為對象進行存儲以及信息的交流，ICN緩存技術主要是以線速形式進行工作，其緩存運行的成本比較高，而且難以滿足線速執行的要求。ICN系統會將緩存對象進行統一的劃分，其主要以數據塊作為緩存的單位，這對緩存粒度也有著較大影響。

我國文件粒度訪問的流行度研究比較成熟，由于被訪問的頻率有著較大差異，所以，為了保證用戶觀看視頻數據的通暢度，必須對其理論模型進行綜合性的研究。

以粒度為文件的緩存模型，一般是獨立參考的模型，在對緩存對象的流行度進行研究時發現，其流行度與請求序列關系不大，但是針對同一文件，由于chunk間有著較大的關聯性，所以，用戶在對chunk進行請求時，需要以線性順序作為開頭。將緩存系統中的大文件劃分為小chunk后，增加了獲取網絡節點的途徑，而且有利于提升緩存的效率。所以，文件的大小與緩存的效率有較大關系。

2、ICN緩存的主要內容

在研究ICN緩存時，可以從兩方面入手，一是優化網絡系統性能，二是簡化緩存網絡。第一類緩存研究，需要設計出多種技術優化方案，而可以從不同的角度對緩存系統的性能進行優化；第二類緩存研究主要建立理論模式，相關工作人員需要建立理論體系，對緩存行為的支撐體系進行研究。

2.1優化緩存系統性能的方式

ICN系統是實現緩存效果的重要系統，為了向用戶提供更好的服務，必須找到有效的措施，提高ICN緩存系統的透明度。還要增加緩存網絡的內置設施。影響緩存系統性能的因素很多，在對緩存系統性能進行優化時，要了解這些因素之間的影響，這樣才能找到最佳的優化途徑。相關人員在制定緩存系統優化策略時，需要對緩存節點的大小、資源共享的方式進行綜合考慮，還要對緩存對象的可用性以及關注度進行研究，提高緩存資源的共享率以及利用率，提高緩存系統的整體性。

2.2緩存系統建模分析

為了更好了分析與了解緩存網絡體系，必須建立緩存網絡的理論建模體系，這樣也可以分析出緩存網絡行為。緩存系統建模與緩存對象的流行度、緩存網絡的拓撲結構、管理策略有著較大聯系，由于緩存對象在不同的緩存節點有著不同的緩存請求，這些請求之間也有著一定關聯性，通過建立數學模型，可以更好的分析出緩存網絡建模難點，也可以分析出緩存節點間的聯動關系。

二、優化ICN內置緩存系統性能的方法

ICN緩存服務是提高緩存性能的基礎，為了優化ICN緩存的性能，首先需要分析出系統透明度、泛在化以及細粒度等特征，還要對緩存機制運行中存在的機遇進行研究。優化緩存網絡性能的方法，是ICN緩存研究的重要內容下面筆者對緩存大小規劃、緩存空間共享機制、緩存決策策略等多個方面對優化ICN內置緩存系統性能的方法進行介紹。

1、緩存大小規劃

緩存存儲空間的大小，對緩存系統的性能有著較大影響，一般緩存空間越大，其可存儲的對象與數據則越多，而且緩存系統命中率也越高。但是，緩存空間越大，其運行的成本以及開銷也越多，為了更好的控制成本，必須對緩存空間的大小進行合理的規劃。ICN緩存節點主要是以線速方式進行工作，這限制了緩存空間范圍的擴大。從緩存大小規劃來看，為了優化緩存網絡的性能，必須做到以下兩個方面的內容。

第一，在規劃緩存空間大小時，需要保證系統實質性性能的提升。與傳統緩存系統相比，ICN緩存需要滿足線速執行的要求，這對節點緩存大小有著一定限制作用。ICN系統在對承載流量以及互聯網傳輸性能進行優化時，需要考慮節點緩存空間的設置效果，而且根據路由器的差異性，緩存系統的配置也有著較大差異。存儲器的材質不同，信息訪問速度也有著一定差異，所以根據ICN功能的差別，其存儲器的配置也需要想要的優化。

第二，緩存資源要做好優化配置工作，在不同的節點，需要配置不同的資源，這樣才能提高系統的整體性以及性能。在對網絡規劃進行預算時，需要考慮緩存資源的分配，還要考慮緩存結構以及網絡流量需求等因素。網絡拓撲中心是優化緩存系統的重要途徑，由于ICN緩存網絡的節點具有不確定性，所以，分配緩存空間，是提高信息中心網絡性能的有效措施。除此之外，增加非核心節點的數量，也可以擴大緩存控制的大小，有助于提高緩存的效率。在分析緩存網絡拓撲結構時，不能只考慮網絡中心性指標，相關人員還需要考慮緩存節點與用戶的距離以及用戶群體小大等內容。

2、緩存空間共享的優化

緩存透明化的一個直接后果是不同的流量、應用類型需要競爭使用有限的緩存資源。由于不同的應用、流量類型具有不同的流量特征，其緩存目標也不盡相同，如何在不同的應用、流量類型之間共享有限的緩存資源，并提供差異化服務，成為ICN中的緩存系統亟需解決的問題。

2.1固定劃分的共享

固定劃分是指為不同的應用、流量類型劃分固定的緩存空間大小.為每類應用、流量分配的緩存空間僅服務于該應用、流量類型，因此，每種應用、流量類型不會干擾其他應用、流量類型的性能。

2.2動態共享

緩存空間的動態共享則在一類應用不占用緩存資源時允許另一類應用占用，實現了緩存空間的統計復用。動態共享策略用于指定不同類型的應用共享緩存的方式，常用的兩種策略包括基于優先級的共享策略和基于加權公平的共享策略?；趦炏燃壍墓蚕聿呗缘哪康氖墙o予某些應用更高的服務優先級。

三、結語

內置緩存技術是互聯網技術不斷發展的產物，其對用戶觀看視頻的效果以及質量有著一定影響，優化與改進內置緩存基礎，可以提高數據信息的傳播效率，也可以促進信息技術的推廣與應用?，F如今，我國進入了信息時代，整個社會都呈現出了信息技術高速發展的態勢，為了緩解流量爆炸與信息傳輸通道擁堵的現象，必須優化網絡構架，實現網絡內置緩存的透明化以及泛在化，這樣才能保證信息流量傳輸的穩定性、安全性以及可靠性。ICN緩存網絡系統是一項新型的系統，在對該系統進行研究時，筆者與傳統緩存技術進行對比，這也有助于對現代緩存系統的完善。

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作者簡介：徐一帆（1992-），男，浙江省江山市人，周口師范學院計算機科學與技術學院2011級網絡工程班，研究方向為網絡工程