基于層次分析法的NDN緩存策略

張君菲

摘要??? 本文從NDN技術內容出發，結合層次分析法的理論將二者有機結合，研究NDN的緩存策略的實用研究方法，為我國互聯網信息技術的進一步發展做出努力。

【關鍵詞】NDN 網絡層次分析法 緩存策略分析

1 NDN概述與其緩存策略研究現狀

1.1 NDN的概念

NDN（Named Data Networking）是命名數據網絡的縮寫，它的出現主要是因為在信息技術飛速發展的大背景下，IP地址已然不夠使用，在網路上的流量信息越來越大，已經不能夠適應于當前社會上的網絡服務要求。在這種情況下，一種新的、以信息為中心架構的網絡體系自從2010年首次提出以來就越來越受到業界的關注，也就是NDN。NDN中只有Interest數據包和Data數據包兩種，操作者使用它們就能夠完成請求指令發出到內容反饋的整個過程，最終將反饋信息輸送到數據的請求者手上。

NDN網絡的組成部分主要由以下幾個部分組成：命名技術、路由技術、緩存技術、安全技術等等方面，其中與解決實際問題最重要的部分就是其緩存技術。

1.2 NDN緩存策略研究現狀

在互聯網中產生的各種臨時文件需要暫時存儲同時保障用戶間的互相交換，NDN中的內容存儲器Content Store就是其緩沖存儲器，在NDN中其使用可以大幅度提升網絡的使用效率以及有效減輕互聯網的通信壓力。NDN的緩存技術主要包括了緩存大小、緩存替換、緩存信息的存儲位置等等方面。

目前的LCE（Leave Copy Everywhere）緩存策略是最簡單而又實用的緩存方法，也是當前的NDN中所采用的默認的緩存策略。簡而言之他就是將所有流經的信息內容全部都存儲起來，當信息的存儲空間被占滿之后，就用最近一段時間內最少使用（LRU）策略將其替換掉。這種存儲策略方法雖然很簡單易于操作，但是其很明顯有一個缺憾就是信息流沒有經過整理而顯得雜亂無章，當一個存儲節點的空間不夠大的時候，一個瞬時的熱點流量沖擊便會將其擊垮，這不僅影響用戶的使用體驗，也需要運營者花費時間和經歷投入資金和作業人員進行維護，故此算法顯然不是最優的存儲解決辦法。

2 層次分析的數據系統分析法

層次分析法即指將一個復雜的決策問題通過分解出許多個元素的方式進行決策優化。主要是將與其有關的元素分解成目標層、準則層等等，然后又在這些目標、準則的基礎上做定性定量的分析最終得出具體的決策方案。層次分析法就是按照這種方法將最終目標、子目標、應用準則以及可供選擇的備用方案放到不同的層次結構中去，然后根據矩陣特征向量求解的辦法得出在每一個層次的解決過程中對其上一個層次得到解決時的優先權來決定其選擇與否，并且逐層遞進，尋找出最適宜的、最符合總目標的最終方案權重即選為最終的目標方案。在層次分析法中的優先權重其實是一個相對的概念，是處于下位的子任務對于處于上一個層面的任務的優先程度的相對概念。這種分析方法比較適用于有分層的、同時又難以將目標值進行定量分析的評價系統。互聯網作為一個分層較明確的系統，同時由于其巨大的數據流的存在，很難做出嚴格的數據信息定量分析，故很適合運用層次分析法對其進行緩存決策研究。

3 NDN層次分析法的基本應用步驟

3.1 構建層次結構模式圖

NDN緩存策略中需要用到的數據結構有CS、FIB、PIT等等，利用它們把總目標、子目標、標準、具體實行方案等等具體的問題抽象化到一個層次化的決策系統結構模型上來。主要包括：

3.1.1 目標層

在這一層次中，只有一個元素，也就是這次分析的最終理想目標或者預估可以達到的目標，其優勢主要是減少流量冗余、優化緩存資源等。

3.1.2 準則層

這個層次包括了為實現目標層的任務而牽涉到的所有中間環節，可以由若干個層次進行組合，一般不會低于兩個層次，主要有所需要考慮的準則、子準則等內容。如Interest包和Data包的跳數、相應緩存內容被訪問的次數以及單位時間內流經相應節點的流量等等。

3.1.3 方案層

即為了實現這次的目標層內容所列舉出的可供選擇的實施方案。比如在得到所需參數的初始值后構造一個環路控制模型，運用該環路控制模型的變量和公式對我們所研究的參數進行后續的迭代求解，以期對所研究參數的結果進行不斷優化。

3.2 構建成對的比較矩陣

這一步的主要工作就是將幾個不同的影響因素放到同一個目標中去進行比較，驗證其對既定目標的影響能力，以此來確定不同的影響因素對這個目標的占比情況。層次結構可以反映出影響因素間的關系，但是值得注意的是在準則層中的各個準則在目標層中的占比情況是各不相同的，這會是影響決策者最終做出判斷的重要途徑。將這些不同的影響因素作為準則列出，形成對比矩陣進行分析，最后歸于一個較為統一的抉擇。

3.3 計算權重想想并做一致性檢驗

利用一致性檢驗指標、隨機一致性指標和一致性比例對成對比較矩陣進行計算，得出其最大的特征根和特征向量，并進行一致性檢驗分析。如果檢驗通過則其準則即為權重準則，否則需要重新構造對比矩陣再次進行檢驗，直到檢驗通過為止。

3.4 計算組合權向量并做一致性檢驗

在最后，將所有得到的最底層對于目標層的權重進行排序，通過自上而下的方式將單個的準則進行合成的工作。然后對總排序完成的層次做一致性檢驗，如果通過則認為分析結果可以接受，按照其指示出的方案進行解決。

5 結語

綜合全文，在利用層次分析法對NDN緩存策略進行研究時，可以通過構建層次結構模式圖、構建成對的比較矩陣以及進行計算權重想想并做一致性檢驗來完成。同時在進行NDN緩存策略研究時需要注重計算機技術、自動化技術的應用，切實提高NDN信息緩存效率，推動我國網絡結構的成熟以及社會經濟的發展。

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