姜妮

摘要：分析了接入網(wǎng)和回程網(wǎng)得到流量的各種屬性，并定義了流量監(jiān)控的關鍵性能，以推斷出采用CDN網(wǎng)絡來減少流量的潛能?；谶@些研究和、CCN技術的微型CDN網(wǎng)絡應用，以減少ISP基礎設施內的冗余網(wǎng)絡流量同時提高用戶的QoS。并提出設計CDN網(wǎng)絡的內存要求，定義了流量監(jiān)控的關鍵性能，比如內容的流行度，請求的可緩存性，緩存消耗的性能指標等，并建立了較為準確的分析模型，可供今后設計CCN網(wǎng)絡作為參考，這在工程應用中具有很大的實用價值。

關鍵詞：流量;緩存;CDN網(wǎng)絡;

一、設計理由

信息產(chǎn)業(yè)經(jīng)過多年的高速發(fā)展，經(jīng)歷了計算機、互聯(lián)網(wǎng)與移動通信網(wǎng)兩次浪潮，物聯(lián)網(wǎng)被稱為世界信息產(chǎn)業(yè)第三次浪潮，代表了下一代信息發(fā)展技術，被世界各國當作應對國際金融危機、振興經(jīng)濟的重點技術領域。物聯(lián)網(wǎng)是現(xiàn)代信息技術發(fā)展到一定階段后出現(xiàn)的一種聚合性應用與技術提升，將各種感知技術、現(xiàn)代網(wǎng)絡技術和人工智能與自動化技術聚合與集成應用，使人與物智慧對話，創(chuàng)造一個智慧的世界。

通常，緩存的命中率和跳數(shù)是以網(wǎng)絡為中心的重要性能參數(shù)。在我們的CDN網(wǎng)絡中，我們要清楚ISP實際網(wǎng)絡中流量的內容屬性以及數(shù)學模型和網(wǎng)絡流量分析的數(shù)學模型是與信息內容的緩存大小以及安裝位置對于接入網(wǎng)以及回程網(wǎng)的流量有關?；谂d趣的訪問控制（IBAC）是一種替代技術，它是基于利益的名字模糊和授權的公開。 在竊聽者的監(jiān)聽下模糊名稱，隱藏興趣目標。每一個路由器都維護著一個高速緩存，這以特性能使路由器滿足興趣的特點，就減少了端到端信息的延遲和請求，為整個網(wǎng)絡的內容請求節(jié)省了相應的帶寬。

在NDN（命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡）中，內容是從網(wǎng)絡緩存器中根據(jù)其名字檢索，這導致在內容完整性上出現(xiàn)了嚴重的安全隱患。尤其是如果有毒的內容處于網(wǎng)絡緩存器（CS）中，感興趣的內容將會送達到有毒內容而不是內容服務器。因此，用戶無法將利益通過已經(jīng)被污染的內容存儲庫（CS）獲得有效內容。為了解決這個問題，每個內容都需要在插入到CS之前進行檢驗。然而，這種內置檢驗機制并不是一個實際的方法，因為其耗費了巨大的計算負荷。

二、設計原理

通過緩存穩(wěn)定的VIP算法可以有效的降低緩存數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡中的流轉量，在這個方案中緩存內容處于穩(wěn)定的狀態(tài)，不會頻繁的循環(huán)于網(wǎng)絡中，雖然這種算法在虛擬平臺中不是最佳方案，但是在實際平臺中能夠產(chǎn)生顯著的增益。

CDN網(wǎng)絡由以前的IP結構的網(wǎng)絡改到以內容為中心的網(wǎng)絡結構框架，新的網(wǎng)絡結構可以支持IBAC的訪問控制策略。同時，網(wǎng)絡建立了一個互信機制，其中路由器具有驗證功能，可以驗證用戶是否有權利訪問各個節(jié)點上緩存的內容。

通過計算節(jié)點中的VIP的流速和緩存的比率，外加特定一定的算法，控制當前節(jié)點的緩存數(shù)據(jù)轉移到其它節(jié)點和緩存其它節(jié)點的數(shù)據(jù)來有效的實現(xiàn)因為網(wǎng)絡緩存冗余的問題以達到最佳的網(wǎng)絡性能。

VIP架構的NDN網(wǎng)絡利用虛擬平臺與實際平臺相結合，在虛擬平臺上采用針對VIP的算法來計算出VIP的活躍度和隊列長度，通過VIP的活躍度和隊列長度來分配控制實際平臺的數(shù)據(jù)的轉發(fā)和緩存。

VIP架構的NDN網(wǎng)絡具有極低的網(wǎng)絡延遲和優(yōu)異的緩存命中率在新興的信息中心網(wǎng)絡的應用中能夠有效的提高網(wǎng)絡質量，減少網(wǎng)絡擁堵，提高網(wǎng)絡服務效率。使用CDN的獨特轉發(fā)層來提高終端用戶體驗質量和減少終端訪問成本和功耗。

三、設計思路

考慮向服務器請求的固定路由情況和現(xiàn)在的鏈路擁塞情況，提出一個感知緩存策略，提出了緩存的定義 ，Nr表示給定時間段內對象被請求的次數(shù)，No表示觀察到的不同對象數(shù)量（目錄的基數(shù)）。

將時間軸分解為以下尺寸的窗口T > 0，然后假設任意時間窗口Wi， Wi = （iT; iT + T）， 對內容目錄中的對象Ai的請求符合泊松分布，頻率為λ，對于所有i有Ai∩Aj = ?，j ： i ≠ j。對象的平均大小為σ字節(jié)，Ai符合Zipf定律，參數(shù)為α，N。比如一個內容項目被請求率排名κ，則它的被請求概率為qκ= cκ-α， κ∈{1，…，N}，∣Ai∣ = N.

核心緩存指數(shù)據(jù)信息緩存位置以核心路由為主，邊緣路由盡可能減少緩存信息。對于路由器來說，這種緩存存儲負擔重，邊緣緩存將信息存儲在用戶接入的邊緣路由器中，用戶可以直接獲取保存了的信息

使用LRU（最近最少使用算法），若高速緩存大小為χ字節(jié)，得知，如果T >> χαg ，同時1/g =λcσαΓ（1-1/α）α ，則高速緩存對于一個流行度排名κ位的對象的命中率大小為{-λqκgχα}。以此再根據(jù)內容流行度的分布函數(shù)以及對象目錄，就可以估算出所有內容的可緩存率，以及緩存大小的需求。通過在ISP接入網(wǎng)中實際實驗測試，證明了CCN技術對于網(wǎng)絡流量的降低有明顯的作用。

四、結論與思考

論文中提出的流量分析方法貼近實際，建立的數(shù)據(jù)模型清晰簡單，對于緩存和流量的關系能夠通過數(shù)學模型進行分析估計，并且有較高的準確度，這對于將CCN技術推廣到其它接入網(wǎng)時非常有意義，比如緩存大小的設計，緩存投資與線路流量節(jié)約的估算分析等。論文中對于緩存的分析僅限于在傳統(tǒng)IP網(wǎng)絡中增加緩存，與后期的ICN或者DDN技術有很大的不同，這種技術本身只是一種過渡技術，另外雖然加入緩存確實降低了數(shù)據(jù)流量，但接入網(wǎng)的覆蓋范圍有限，用戶的請求和返回流量方向相對簡單，將此技術大范圍推廣還是存在很大異議。

參考文獻：

[1]郭佳;網(wǎng)絡緩存技術的應用研究[J];產(chǎn)業(yè)與科技論壇;2012年12期

[2]張喆.基于WSP協(xié)同的視頻副本緩存算法研究[D].北京交通大學.2014.

[3]Stratis loannidis，Laurent Massoulié，Augustin Chaintreau： Distributed caching over heterogeneous mobile networks. Queueing Syst.72（3-4）： 279-309（2012）.

[4]Hei X， Liang C， Liang J， et al.A measurement study of a large scale P2P IPTV system.Journal of IEEE Transactions on Multimedia.2007.9（8）：1672-1687.