高子軒，鄭 烇，2

（1.中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)自動(dòng)化系未來(lái)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室，合肥 230026；2.中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)先進(jìn)技術(shù)研究院，合肥 230088）

0 概述

隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)體系在可擴(kuò)展性、移動(dòng)性和安全性等方面逐漸出現(xiàn)性能瓶頸。為了適應(yīng)互聯(lián)網(wǎng)的需求變化，一種新的網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)——信息中心網(wǎng)絡(luò)（Information Centric Networks，ICN）［1］應(yīng)運(yùn)而生，而命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)（Named Data Networks，NDN）［2］作為ICN 架構(gòu)的一種具體網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)，受到研究人員的廣泛關(guān)注。在NDN 中，用戶通過(guò)內(nèi)容名稱去獲取內(nèi)容，而無(wú)需關(guān)心內(nèi)容從何而來(lái)，同時(shí)，在返回內(nèi)容的過(guò)程中會(huì)在沿路根據(jù)緩存策略進(jìn)行緩存。

近年來(lái)，考慮到NDN 的優(yōu)越性能，研究人員開(kāi)始將NDN 和移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)（Mobile Ad hoc Networks，MANET）相結(jié)合并進(jìn)行分析［3-5］。傳統(tǒng)的MANET 基于TCP/IP 協(xié)議進(jìn)行通信，但是由于MANET 中節(jié)點(diǎn)移動(dòng)而引起了網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋭?dòng)態(tài)變化，導(dǎo)致其難以建立穩(wěn)定的端到端鏈路，這不僅使得網(wǎng)絡(luò)較難實(shí)現(xiàn)高效的數(shù)據(jù)傳輸，同時(shí)也阻礙了MANET 的實(shí)際應(yīng)用。由于MANET 中多數(shù)通信是“以內(nèi)容為中心”的信息共享，而不關(guān)心數(shù)據(jù)承載在哪個(gè)終端以及某個(gè)數(shù)據(jù)是由哪個(gè)終端產(chǎn)生，因此NDN 適用于MANET［6-8］，其比“以主機(jī)為中心”的IP 路由協(xié)議更有利于數(shù)據(jù)傳輸。

命名數(shù)據(jù)無(wú)線移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)（NDMANET）的研究起步較晚，許多問(wèn)題亟待解決。其中，緩存策略是NDN 中的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)［9-11］，由于MANET 中節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)性、網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)性以及網(wǎng)絡(luò)所呈現(xiàn)出的分布式特性，使得現(xiàn)有NDN 中的緩存機(jī)制可能不再適用于NDMANET。因此，如何在節(jié)點(diǎn)空間資源有限、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)自由移動(dòng)的MANET 中有效保證數(shù)據(jù)的可用性，提高更高優(yōu)先級(jí)內(nèi)容的命中率，加快請(qǐng)求的響應(yīng)速度，降低數(shù)據(jù)冗余，是NDMANET 數(shù)據(jù)緩存機(jī)制研究中的關(guān)鍵問(wèn)題。

不同于有線環(huán)境下可以擴(kuò)展較大的緩存容量，無(wú)線環(huán)境下移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的緩存容量大小受限，因此，對(duì)緩存替換策略的研究顯得尤為重要。目前，緩存替換策略主要包括先進(jìn)先出（FIFO）、最近最少使用（LRU）［12］和最少經(jīng)常使用（LFU）［13］。這些策略多數(shù)是從現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)中演變而來(lái)，通常存在兩點(diǎn)缺陷，一方面，它們沒(méi)有考慮內(nèi)容本身的特性，例如內(nèi)容優(yōu)先級(jí)、內(nèi)容的訪問(wèn)頻率等，另一方面，未考慮MANET應(yīng)用場(chǎng)景下節(jié)點(diǎn)自由移動(dòng)時(shí)重要節(jié)點(diǎn)脫離網(wǎng)絡(luò)時(shí)引發(fā)重要內(nèi)容不可用的問(wèn)題。因此，上述策略并不適用于NDMANET 這種新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。

本文分析NDN 的特性，根據(jù)內(nèi)容本身所傳達(dá)的信息，如內(nèi)容優(yōu)先級(jí)、內(nèi)容訪問(wèn)頻率等指標(biāo)，提出一種基于內(nèi)容優(yōu)先級(jí)的緩存替換策略PFC。通過(guò)向數(shù)據(jù)包添加新的TLV 字段“priority”，設(shè)計(jì)決策函數(shù)實(shí)現(xiàn)緩存內(nèi)容的替換，以在保證平均緩存命中率的同時(shí)提高重要內(nèi)容的緩存命中率和可用性。

1 相關(guān)工作

緩存機(jī)制包括緩存放置策略、緩存替換策略和緩存一致性維護(hù)策略等。緩存替換策略在緩存已滿而需要緩存新對(duì)象時(shí)，決定如何替換出緩存中的一些舊對(duì)象，從而為新對(duì)象騰出空間。在NDMANET中，有限的緩存空間使緩存替換策略更具挑戰(zhàn)性。NDMANET 的緩存研究包括MANET 和NDN 2 個(gè)方面。

在MANET 的相關(guān)緩存研究中，學(xué)者們提出了各種緩存技術(shù)。文獻(xiàn)［14］提出一種SQUIRREL 緩存軟件，該軟件可以集成到Internet的節(jié)點(diǎn)中，允許區(qū)域內(nèi)的多個(gè)節(jié)點(diǎn)共享其緩存。文獻(xiàn)［15］提出CachePath、CacheData 和HybridCache 3 種緩存方案，CachePath存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的位置和路徑信息，CacheData 通過(guò)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)而非路徑來(lái)節(jié)省時(shí)間，HybridCache 是一種混合方案。上述MANET 緩存策略均基于TCP/IP 網(wǎng)絡(luò)，需要存儲(chǔ)與內(nèi)容對(duì)應(yīng)的IP 地址，因此，并不適用于NDN 網(wǎng)絡(luò)。

在NDN 的相關(guān)緩存研究中，多數(shù)使用LRU、FIFO、LFU 和Random 策略作為緩存替換策略。為了提高NDN 的性能，研究人員也為其設(shè)計(jì)了很多緩存算法。文獻(xiàn)［11］提供了有關(guān)信息中心網(wǎng)絡(luò)中緩存機(jī)制的調(diào)查結(jié)果，其分析不同的參數(shù)（如緩存時(shí)間、內(nèi)容本身、內(nèi)容相關(guān)性以及緩存中的生存期）對(duì)ICN緩存性能的影響。文獻(xiàn)［16］提出一種ICN 的緩存替換策略，其將內(nèi)容的流行度視為替換指標(biāo)，此外，還考慮網(wǎng)絡(luò)中的全局流行度。但是，該策略不適用于NDMANET，一方面，對(duì)于NDMANET 而言，全局內(nèi)容流行度并不現(xiàn)實(shí)，而且還會(huì)對(duì)CS 管理造成更多的負(fù)擔(dān)；另一方面，該策略會(huì)延長(zhǎng)緩存檢索時(shí)間。文獻(xiàn)［17］提出一種基于流行度的細(xì)粒度緩存替換策略FGPC，但是，F(xiàn)GPC 僅使用請(qǐng)求頻率來(lái)決定內(nèi)容的替換。文獻(xiàn)［18］提出一種基于層次流行度的緩存替換策略，其將內(nèi)容流行度分為5 個(gè)層次，每個(gè)數(shù)據(jù)包都屬于一個(gè)流行度級(jí)別，當(dāng)緩存已滿時(shí)，將替換緩存中流行度最低的數(shù)據(jù)包。但是，該策略也導(dǎo)致一個(gè)問(wèn)題，一些重要內(nèi)容不一定是流行內(nèi)容，僅通過(guò)流行度去決定緩存替換，對(duì)于一些特定內(nèi)容將不合適。文獻(xiàn)［19］提出一種通用緩存替換策略，節(jié)點(diǎn)可以通過(guò)各項(xiàng)指標(biāo)，包括請(qǐng)求頻率、節(jié)點(diǎn)距離、節(jié)點(diǎn)可達(dá)性等，綜合決定替換內(nèi)容，但是，該策略中的內(nèi)容度量系統(tǒng)CMS 的權(quán)重系數(shù)是根據(jù)節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)絡(luò)中心的距離來(lái)確定的，對(duì)于MANET 這種去中心化的網(wǎng)絡(luò)而言顯然不合理。文獻(xiàn)［20］將節(jié)點(diǎn)的位置加入到緩存替換決策中，但是，其決策函數(shù)考慮的因素較多，計(jì)算復(fù)雜度較高，從而提高了替換時(shí)的計(jì)算代價(jià)與響應(yīng)時(shí)間。

從已有文獻(xiàn)可以看出，MANET 緩存研究是基于IP 網(wǎng)絡(luò)的，不適用于NDMANET 網(wǎng)絡(luò)，針對(duì)NDN 的緩存替換策略也不適合NDMANET，原因是它們沒(méi)有考慮節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)性、網(wǎng)絡(luò)的去中心化等NDMANET 的特性。此外，多數(shù)緩存策略并未考慮內(nèi)容本身的優(yōu)先級(jí)。因此，本文從內(nèi)容的優(yōu)先級(jí)出發(fā)，同時(shí)兼顧內(nèi)容的請(qǐng)求頻率，提出一種緩存替換策略PFC。

一扇窗子立刻打開(kāi)，拿著槍的黑臉孔的人竟跳進(jìn)來(lái)，踏了金枝的左腿一下。那個(gè)黑人向棚頂望了望，他熟悉地爬向棚頂去，王婆也跟著走來(lái)，她多日不見(jiàn)金枝而沒(méi)說(shuō)一句話，宛如她什么也看不見(jiàn)似的。一直爬上棚頂去。金枝和母親什么也不曉得，只是爬上去。直到黃昏惡消息仍沒(méi)傳來(lái)，他們和爬蟲(chóng)樣才從棚頂爬下。王婆說(shuō)：“哈爾濱一定比鄉(xiāng)下好，你再去就在那里不要回來(lái)，村子里日本子越來(lái)越惡，他們捉大肚女人，破開(kāi)肚子去破‘紅槍會(huì)’（義勇軍的一種），活顯顯的小孩從肚皮流出來(lái)。為這事，李青山把兩個(gè)日本子的腦袋割下掛到樹(shù)上?！?/p>

2 基于內(nèi)容優(yōu)先級(jí)的緩存替換策略

有效的緩存替換策略可以提高緩存命中率，從而提升內(nèi)容分發(fā)性能。但是，現(xiàn)有研究一方面未考慮NDMANET 不同于傳統(tǒng)NDN 網(wǎng)絡(luò)的3 個(gè)特點(diǎn)：1）分布式控制，沒(méi)有中心節(jié)點(diǎn)；2）節(jié)點(diǎn)的自由移動(dòng)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓约澳承┕?jié)點(diǎn)可能會(huì)“掉線”的情況；3）節(jié)點(diǎn)的資源有限。另一方面，現(xiàn)有緩存策略僅考慮內(nèi)容的流行度而忽略了內(nèi)容本身的優(yōu)先級(jí)，這會(huì)導(dǎo)致重要內(nèi)容的可用性降低，一旦重要節(jié)點(diǎn)離開(kāi)網(wǎng)絡(luò)，可能出現(xiàn)請(qǐng)求無(wú)響應(yīng)的情況。

2.1 NDN 緩存機(jī)制

NDN 的通信模型由消費(fèi)者驅(qū)動(dòng)，消費(fèi)者發(fā)送興趣包（Interest Packet）請(qǐng)求相應(yīng)的數(shù)據(jù)包（Data Packet）。節(jié)點(diǎn)在收到興趣包后，其內(nèi)容緩存CS（Content Store）中如果有匹配的內(nèi)容，則會(huì)返回?cái)?shù)據(jù)包；否則，節(jié)點(diǎn)先查詢未決興趣表PIT，查看是否有記錄，若無(wú)記錄，興趣包將根據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)信息表FIB 在網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)一步轉(zhuǎn)發(fā)。在接收到數(shù)據(jù)包后，節(jié)點(diǎn)首先檢查相關(guān)請(qǐng)求是否在PIT 中，如果對(duì)該數(shù)據(jù)的請(qǐng)求仍然沒(méi)有得到響應(yīng)，則將數(shù)據(jù)進(jìn)一步轉(zhuǎn)發(fā)到網(wǎng)絡(luò)中的下游，否則將丟棄該數(shù)據(jù)。同時(shí)，節(jié)點(diǎn)根據(jù)適當(dāng)?shù)木彺鏇Q策方案將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在CS 中，如果CS 達(dá)到其最大容量，則根據(jù)緩存替換策略進(jìn)行內(nèi)容替換。NDN 的通信流程如圖1 所示。

圖1 NDN 通信流程Fig.1 NDN communication procedure

2.2 內(nèi)容的可用性與優(yōu)先級(jí)

在NDMANET 中，內(nèi)容的可用性指在網(wǎng)絡(luò)中一部分節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障后，網(wǎng)絡(luò)整體是否還能響應(yīng)消費(fèi)者的請(qǐng)求。在一些實(shí)際的NDMANET 應(yīng)用場(chǎng)景，如軍事活動(dòng)、救援行動(dòng)中，由于環(huán)境的復(fù)雜性，可能經(jīng)常發(fā)生節(jié)點(diǎn)脫離網(wǎng)絡(luò)的情況。如果該節(jié)點(diǎn)緩存了重要內(nèi)容，可能會(huì)導(dǎo)致重要內(nèi)容不可用。因此，對(duì)于NDMANET 而言，節(jié)點(diǎn)可用性的重要程度不低于命中率、響應(yīng)延時(shí)等指標(biāo)。

常用的保證可用性的方法是在多處保留內(nèi)容副本，對(duì)于NDN 架構(gòu)而言，其每個(gè)節(jié)點(diǎn)所帶有的緩存能力可以很好地解決該問(wèn)題，但是，這些是建立在緩存容量足夠大的情況下。在移動(dòng)場(chǎng)景中，大緩存意味著低移動(dòng)性，為保證節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)性，高可用性需要與緩存替換策略相結(jié)合。因?yàn)殡y以提高所有內(nèi)容的可用性，所以本文的目標(biāo)是提高重要內(nèi)容的可用性。根據(jù)節(jié)點(diǎn)內(nèi)容對(duì)可用性的不同需求，本文對(duì)內(nèi)容優(yōu)先級(jí)進(jìn)行劃分，即一個(gè)內(nèi)容很重要，在網(wǎng)絡(luò)中需要很高的可用性，則其優(yōu)先級(jí)相應(yīng)很高。

在本文模型中，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)包添加新的TLV 字段“priority”來(lái)區(qū)分內(nèi)容的優(yōu)先級(jí)，priority 值越大，內(nèi)容優(yōu)先級(jí)就越高。

2.3 緩存替換策略

緩存替換決策函數(shù)所含的參數(shù)如下：

2）節(jié)點(diǎn)的請(qǐng)求頻率。本文期望在引入內(nèi)容優(yōu)先級(jí)后對(duì)全局平均命中率并不會(huì)產(chǎn)生太大影響，因?yàn)镹DN 緩存的本質(zhì)就是為后續(xù)請(qǐng)求提供內(nèi)容副本從而提高網(wǎng)絡(luò)性能，包括請(qǐng)求的響應(yīng)時(shí)間、吞吐量和網(wǎng)絡(luò)負(fù)載等，如果僅考慮優(yōu)先級(jí)，則會(huì)對(duì)全局性能造成影響，一些較為流行的內(nèi)容可能因?yàn)闆](méi)有被標(biāo)記為重要內(nèi)容而被替換，因此，本文引入節(jié)點(diǎn)的請(qǐng)求頻率，請(qǐng)求頻率度量?jī)?nèi)容在當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的CS 中被請(qǐng)求的次數(shù)，在某種程度上可以反映一個(gè)內(nèi)容是否流行，如果是流行內(nèi)容，其請(qǐng)求頻率會(huì)相對(duì)較大。

3）內(nèi)容大小?？紤]到移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)緩存容量的限制，本文將內(nèi)容大小也作為一個(gè)衡量指標(biāo)。

根據(jù)以上分析，對(duì)于每一個(gè)到達(dá)CS 的內(nèi)容k而言，都需要計(jì)算一個(gè)如式（1）所示的函數(shù)：

其中，P(k)表示內(nèi)容k的優(yōu)先級(jí)，F(xiàn)(k)表示內(nèi)容k在當(dāng)前CS 中的請(qǐng)求頻率，S(k)表示內(nèi)容k的大小，cf是F(k)的標(biāo)準(zhǔn)化系數(shù)，cs是S(k)的標(biāo)準(zhǔn)化系數(shù)。

從式（1）可以看出，R(k)隨著F(k)線性增長(zhǎng)，即當(dāng)有很多節(jié)點(diǎn)對(duì)同一個(gè)內(nèi)容k發(fā)起請(qǐng)求時(shí)，R(k)可能會(huì)變得很大，但是如果在接下來(lái)一段時(shí)間內(nèi)沒(méi)有節(jié)點(diǎn)請(qǐng)求內(nèi)容k，k也會(huì)一直被緩存在CS 中，因?yàn)闆](méi)有較大的R(j)來(lái)替換它。為了解決這一問(wèn)題，本文在替換策略中考慮內(nèi)容的生成周期，每次新內(nèi)容到達(dá)后CS 會(huì)檢測(cè)緩存中是否有內(nèi)容過(guò)期，如果有，則刪除該內(nèi)容，以騰出緩存空間。

基于內(nèi)容優(yōu)先級(jí)的緩存替換策略PFC 的偽代碼如算法1 所示，其步驟為：當(dāng)一個(gè)內(nèi)容k到達(dá)CS 時(shí)，先檢查該內(nèi)容是否已經(jīng)在緩存中，如果已經(jīng)在緩存中，則更新R(k)的值；否則，檢測(cè)緩存空間是否已滿，若緩存未滿，則緩存該內(nèi)容，如果緩存已滿，則計(jì)算R(k)值，并與CS 其他內(nèi)容的R值進(jìn)行比較，淘汰R值最小的內(nèi)容，最后，清空過(guò)期的內(nèi)容。

算法1基于內(nèi)容優(yōu)先級(jí)的緩存替換策略PFC

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

本文選取比較常用的緩存策略LRU 和FIFO 作為對(duì)照組，通過(guò)模擬仿真來(lái)分析基于內(nèi)容優(yōu)先級(jí)的緩存替換策略的緩存性能。

3.1 實(shí)驗(yàn)環(huán)境

使用ndnSIM 仿真平臺(tái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，網(wǎng)狀拓?fù)涔舶?0 個(gè)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)既是內(nèi)容生產(chǎn)者（Producer）也是內(nèi)容消費(fèi)者（Consumer），實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)置如表1 所示。不同生產(chǎn)者產(chǎn)生的內(nèi)容有不同的優(yōu)先級(jí)標(biāo)記，為了方便分析，本文將內(nèi)容分為重要內(nèi)容和普通內(nèi)容2 種，其中，10%是重要內(nèi)容，其余是普通內(nèi)容，所有的內(nèi)容流行度服從Zipf-mandelbrot 分布，消費(fèi)者節(jié)點(diǎn)對(duì)內(nèi)容的請(qǐng)求服從泊松分布，請(qǐng)求速率為10 req/s。此外，為了模擬移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的情景，在仿真進(jìn)行到5 min 時(shí)，通過(guò)改變節(jié)點(diǎn)的通斷關(guān)系來(lái)改變網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹?/p>

表1 實(shí)驗(yàn)環(huán)境的參數(shù)設(shè)置Table 1 Parameters setting of experimental environment

3.2 結(jié)果分析

緩存命中率是到達(dá)緩存節(jié)點(diǎn)時(shí)命中的請(qǐng)求數(shù)與到達(dá)緩存節(jié)點(diǎn)的請(qǐng)求總數(shù)之比。圖2 所示為不同緩存替換策略下緩存命中率與緩存大小的關(guān)系，從圖2可以看出，隨著緩存容量的增加，各策略的內(nèi)容命中率都提高，原因是緩存容量增加，可以緩存的內(nèi)容副本數(shù)也隨之增加，導(dǎo)致內(nèi)容的命中率提高。

圖2 平均緩存命中率隨緩存容量的變化情況Fig.2 The change of average cache hit rate with cache capacity

圖3 所示為重要內(nèi)容命中率隨緩存容量的變化情況，從圖3 可以看出，各策略的重要內(nèi)容命中率也隨緩存容量的增大而提升，且本文內(nèi)容優(yōu)先級(jí)緩存策略對(duì)于重要內(nèi)容的緩存命中率有顯著提高，特別是在緩存容量較小時(shí)，緩存命中率較其他2 種策略而言提升幅度更大。這是因?yàn)榫彺娲笮∮邢迺r(shí)，內(nèi)容優(yōu)先級(jí)緩存策略優(yōu)先保留內(nèi)容優(yōu)先級(jí)較高的內(nèi)容，即淘汰相對(duì)不重要的內(nèi)容。隨著緩存容量的增加，可以緩存更多的內(nèi)容副本，內(nèi)容優(yōu)先級(jí)緩存策略對(duì)于重要內(nèi)容的緩存命中率仍然高于其他緩存替換策略。

圖3 重要內(nèi)容緩存命中率隨緩存容量的變化情況Fig.3 The change of important content cache hit rate with cache capacity

圖4 所示為重要內(nèi)容緩存占比隨緩存容量的變化情況，從圖4 可以看出，在緩存容量較小時(shí)，重要內(nèi)容在緩存中占比最高，此時(shí)緩存的都是較為重要且請(qǐng)求較多的內(nèi)容，隨著緩存容量的增加，重要內(nèi)容緩存占比開(kāi)始減小。圖4 中開(kāi)始階段本文策略的重要內(nèi)容緩存占比達(dá)到1 是因?yàn)榫彺孑^小，而重要內(nèi)容的數(shù)量大于緩存容量，因此本文策略將重要內(nèi)容全部緩存從而替換不重要的內(nèi)容。其他策略的重要內(nèi)容緩存占比基本保持不變，即它們并不區(qū)分重要內(nèi)容與普通內(nèi)容。

圖4 重要內(nèi)容緩存占比隨緩存容量的變化情況Fig.4 The change of important content cache proportion with cache capacity

圖5 所示為平均響應(yīng)跳數(shù)隨緩存容量的變化情況，從圖5 可以看出，緩存可以降低請(qǐng)求的平均響應(yīng)跳數(shù)，隨著緩存容量的增加，響應(yīng)跳數(shù)減少，內(nèi)容請(qǐng)求者可以更快地獲取內(nèi)容，原因是隨著用戶的不斷請(qǐng)求，其感興趣的內(nèi)容被緩存在離用戶近的節(jié)點(diǎn)，響應(yīng)跳數(shù)隨之降低。

圖5 平均響應(yīng)跳數(shù)隨緩存容量的變化情況Fig.5 The change of average response hops with cache capacity

為了驗(yàn)證本文緩存策略PFC 在提高內(nèi)容可用性方面的性能，設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的包含10 個(gè)節(jié)點(diǎn)的小型拓?fù)?，網(wǎng)絡(luò)中有2 個(gè)節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生重要內(nèi)容，在仿真進(jìn)行到3 min 時(shí)分別不斷開(kāi)、斷開(kāi)1 個(gè)和2 個(gè)重要節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)絡(luò)的連接，然后計(jì)算10 s 后的內(nèi)容命中率，以反映重要內(nèi)容的可用性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖6 所示，其中，100%-topo 表示2 個(gè)節(jié)點(diǎn)都不斷開(kāi)，50%-topo 表示1 個(gè)節(jié)點(diǎn)斷開(kāi)，0%-topo 表示2 個(gè)節(jié)點(diǎn)均斷開(kāi)。從圖6可以看出，在沒(méi)有節(jié)點(diǎn)斷開(kāi)時(shí)，3 種緩存策略的命中率相差不多，隨著重要節(jié)點(diǎn)的斷開(kāi)，命中率下降，這是因?yàn)閮?nèi)容生產(chǎn)者節(jié)點(diǎn)斷開(kāi)連接后，用戶需要去向其他潛在內(nèi)容擁有者請(qǐng)求，原有路由可能請(qǐng)求不到內(nèi)容，造成命中率下降。但是，本文策略命中率下降幅度比較緩慢，這是因?yàn)樵摬呗詢?yōu)先緩存重要內(nèi)容，在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中重要內(nèi)容副本更多，所以更容易命中。

圖6 緩存命中率隨拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變化情況Fig.6 The change of cache hit rate with topology

4 結(jié)束語(yǔ)

本文提出一種基于內(nèi)容優(yōu)先級(jí)的緩存替換策略。根據(jù)節(jié)點(diǎn)內(nèi)容對(duì)可用性的不同需求劃分內(nèi)容優(yōu)先級(jí)，將優(yōu)先級(jí)作為緩存替換的參考因子進(jìn)行緩存替換決策。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該策略能夠提高NDMANET 網(wǎng)絡(luò)的緩存命中率，縮短響應(yīng)時(shí)間，提升網(wǎng)絡(luò)的抗毀性。本文的內(nèi)容優(yōu)先級(jí)劃分方式較簡(jiǎn)單，今后將通過(guò)更精確的方法，如根據(jù)生產(chǎn)者節(jié)點(diǎn)之間的博弈以及一些經(jīng)濟(jì)指標(biāo)來(lái)決定緩存內(nèi)容的優(yōu)先級(jí)，從而使本文策略更具可靠性。